浅谈光伏发电技术在绿色建筑的应用

王婷婷 李海平

摘  要：随着我国可持续发展理念的提出，人们对绿色经济的重视越来越高，一方面绿色经济能够降低成本，提高利润，另一方面能够保护我们赖以生存的环境。建筑行业作为我国经济增长的重要领域，为了能够促进建筑行业的高效发展，通过光伏发电技术，能够减少不可再生能源的投入，增加能源的循环利用率，因此这符合我国社会可持续发展理念，是建筑行业发展的必然趋势。

关键词：光伏发电;绿色建筑;应用

中图分类号：TM615     文献标识码：A       文章编号：2096-6903（2020）03-0000-00

改革开放以来，我国建筑行业获得了前所未有的发展机遇，然而与此同时，也带来了由于技术落后所造成的能源损耗等问题，这非常不利于建筑行业的长期稳定发展。为解决以上问题，更多先进的技术被开发利用，应用到绿色建筑行业中。光伏发电技术，是通过设施设备将光能转换为电能，从而实现可再生能源向不可再生能源转换，达到可持续发展的目的，其具有设备简单、稳定可靠、清洁可再生的特点[1]。绿色建筑是社会发展的必然趋势，为顺从新时期发展理念，通过绿色建筑能够开阔建筑行业的前景，实现绿色、环保、低碳、节能的愿景。

1基本概念

1.1光伏发电

光伏发电又称为太阳能光伏发电，是通过半导体的光生伏特效应，将光能转换为电能的一种技术。光伏发电主要依靠半导体的光电功能，光照射到太阳能光伏板上，金属板中的电子获得能量，随着光吸收越多，能量逐渐增加，当达到一定程度，能量突破金属的束缚，从而形成了光电子。太阳能中的硅原子在接受到不同程度的电子时，能够形成不同类型的半导体，半导体之间具有电势差，通过电势差能够产生能量，也就能够产生放电行为，从而将光能转换为了电能。当前，分布式光伏发电还处于探索示范阶段，面临着一定的技术瓶颈，因此还需要进一步完善相关技术。[2]

1.2绿色建筑

绿色建筑是指基于坏境保护的建筑施工，在施工过程中充分考虑对环境造成的影响，以节约能源为出发点，提升建筑效率，减少污染物排放，形成人与自然共存的状态。绿色建筑不但能够保护生态环境，还能减少能源损耗，降低施工成本，提升施工利润。并且，在一定程度上，能够保证建筑物的质量，通过采用绿色材料，减少对人身体的伤害，为人们创建一个舒适的生活环境。绿色建筑是未来社会发展的重点内容，也是建筑行业能够持续发展的关键，需要社会各界引起重视，加大力度进行绿色建筑投资，达到人与自然和谐相处的最佳状态。目前光伏发电在民用建筑上的应用范围逐渐增加，装机容量日益扩大，应用也日渐广泛，但是仍然面临着装机组件未按照技术需要施工的问题[3]。

2光伏发电技术在绿色建筑中的应用

2.1在绿色建筑天窗安装方面的应用

天窗对建筑来说有很大的作用，一方面天窗的角度、大小等会影响到建筑物的通风效果，给人们居住环境带来新鲜感。另一方面，天窗有很好的遮挡阳光作用，能够避免建筑物内部处于暴晒状态，为人们创造一个好的居住环境。在绿色建筑中，以光伏板代替天窗，天窗设置的位置能够决定光的吸收率，这直接影响光伏发电的效果。在进行天窗安装时，要对天窗的角度充分考虑，使得光伏发电效果达到最佳，从而保证太阳能吸收最多的光照。

2.2在绿色建筑外墙中的应用

外墙是建筑物与外界接触最大的部分，也是光照面积最大的部分，所以绿色建筑的外墙设置也是施工的关键。建筑物的外墙是内部环境与外界环境之间的屏障，能够对内部环境起到保护作用，所以设置外墙时隔凉、隔热、隔音效果等都需要考虑。随着人们生活水平的逐渐提高，人们对生活质量的要求越来越高，除上述几点之外，包括建筑物的美感都是人们考虑的重点。现在很多人都采用玻璃幕墙作为建筑物外墙，这种墙壁符合现代人的审美观，以光伏板代替玻璃幕墙，不仅能够增加建筑物的美感，另外，还能够增加光照的面积，提高吸光率，有利于进行能源之间的转换。通过吸收更多的光照，将光照尽可能高效的转换为电能，提升光伏发电的效率。

2.3在绿色建筑屋顶设计方面的应用

绿色建筑物的屋顶本身比外墙的面积小，因此吸光效果也相对较差一点。因此，在进行屋顶设计时，要通过调整太阳能光伏板的角度尽可能的增加吸光率。除此之外，屋顶设计最重要的是要考虑自然灾害的影响，在整个绿色建筑中，最容易受到自然灾害损伤的就是屋顶，因此对于屋顶材料，要格外注意。在进行屋顶设计时，不但要考虑光伏板设置的位置及大小，還要考虑其质量是否能够符合房顶质量需求。除此之外，光伏板的角度也对房顶抵抗自然灾害有很大影响，因此在进行角度设计时，也要考虑如何最大程度上避免自然灾害的伤害，必要时，做一些防护措施，对太阳能光伏系统进行保护，避免影响光能转换。

2.4在绿色建筑其他部分的应用

除了以上绿色建筑物重要的组成部位可以用到太阳能之外，还可以将太阳能发电用在遮阳板等部位。

光伏发电系统对绿色建筑的作用体现在两方面，一方面太阳能光板能够起到遮挡的效果，另一方面还能够吸收大量的阳光，进行电能转换，减少能源的使用。通过提高光伏系统的转换率，提升光能转换的效率，更大程度的节约资源。

3案例分析

3.1项目介绍

某办公楼，屋顶面积3万m2，其中可以安装光伏发电系统的区域占85%。办公楼共计五层，一二层为休闲、餐饮区，三到五楼为办公区，办公楼四周无遮挡，采光效果好。该区域日照时间较长，太阳能资源丰富，非常适用于光伏发电系统安装，经调查显示，年平均日照时间在1 300  h左右，尤其是在夏日，日照时间更长，且光能更为丰富。常年光照稳定，四季波动不大。此办公楼用电集中在白天，晚上基本无用电需求，但白天用电需求较大，且一二楼用电期间用电量不稳定，波动较大。三到五楼用电量较为稳定，且用电量较小。根据相关规定，此处需要进行一项可再生设备安装，经对比研究，需要安装光伏发电系统，以减少电能损耗。

3.2光伏系统位置选择

对办公楼用电情况进行分析，此办公楼仅在白天进行使用，夜间很少使用，如需使用，可以采用发电机进行操作。因此，光伏系统仅需要支持白天用电即可，此建筑物四周无遮挡，能够很好的进行采光。为了能够保证在工作时间，光伏组件处于无遮挡状态，将光伏系统设置在建筑物的南侧，每相距140 cm安装一块光伏组件，总共安装18 000块，均匀分布，累计功率1 500 kW，通过光伏系统进行光能转换，进行供电。

3.3光伏发电应用范围

为了明确光伏发电的应用范围，需要对建筑物的用电情况进行分析，调查显示，办公楼的一二楼用电时间较短，且用电不稳定，对于供电系统要求比较高，光伏发电虽然能够很大程度上减少电能损耗，但是由于吸光面积有限，且无法保证高频率用电需求，不利于对一二楼进行供电。三到五楼属于办公区，用电量较少，且用电情况较为稳定，光伏发电系统能够满足办公区的用电需求。由此可以确定光伏发电应用的范围，主要是对三到五楼进行供电。

3.4光伏年发电量测算

在光伏发电技术的应用中，不但要计算环境效益、经济效益及成本回收期，也要对发电量进行计算。[4]

计算公式如下：En=Q×AC×μ1×μ2

其中，En表示为光伏年发电量;Q是纬度斜角平面年总辐照量（Q=1 205.94 kW·h/m2）;Ac是光伏发电板面积;μ1为光电转换率（μ1=15%）;μ2为综合发电效率（μ2=80%）。

由此得到光伏系统年发电量En=1 205.94×2.55×10 000×15%×80%=3 690 176.4 kW·h。

4结语

随着我国环保观念的逐渐加强，绿色建筑被更多的人关注，绿色建筑不但能够改变我们的生活质量，还能够改变生态环境，保证建筑行业的可持续发展。光伏发电是将光能转换为电能的重要装置，通过提高光能利用率，减少了我国对传统发电行业的依赖，从而实现绿色建筑目标。

参考文献

[1] 钟辉.太阳能光伏发电技术在绿色建筑中的应用分析[J].科技風，2019（20）：213.

[2] 李敏.智慧能源环境下住宅区分布式光伏发电投资决策研究[D].北京：华北电力大学，2018.

[3] 蔡焕宁.太阳能光伏发电系统在民用建筑中的应用分析[J].建筑电气，2018，37（2）：45-50.

[4] 李娟，丁蕾，王娅.太阳能光伏发电技术在绿色建筑中的应用分析[J].沈阳工程学院学报（自然科学版），2018，14（1）：1-4+22.

收稿日期：2020-02-03

作者简介：王婷婷（1987—），女，河北张家口人，硕士，研究方向：能源建筑、结构设计。