光伏发电系统在旧房改造中的应用研究

摘要：在建筑中注入绿色元素已成为建筑发展的趋势，而光伏发电是太阳能中尖端先进技术在绿色建筑中已被广泛应用。本文对光伏建筑一体化技术进行研究，通过分析建筑结构与建筑设计对节能的影响，光伏组件与建筑结合方式等影响因素，以及分析借鉴国内外成功案例，从而达到光伏发电系统在绿色建筑中的应用发展提供参考。

关键词：绿色建筑;光伏发电;光伏建筑一体化;太阳能

目前，环境污染、生态破坏和资源短缺带来的直接或衍生影响和破坏危害问题日益突出，危害着人们的生存与发展。我国对能源的过度采伐导致诸如地面下沉、塌陷且还产生了大量的CO2和SO2等有毒气体严重污染环境，造成生态恶化。因此，在传统能源枯竭之际，太阳能成为人类利用的主要新能源之一。

一、太阳能开发利用

地球上的风能、水能、生物质能和潮汐能等都是来源于太阳。太阳能具有：储量的“无限性”、存在的普遍性、利用的清洁性和经济性等优点，是最理想的可再生能源。

目前，从利用形式、环保节能和造价方面，太阳能都比现有的利用煤炭和水力发电的形式都较经济和无污染行等特点，通过主动式太阳能设备和系统进行统一的管理和控制，已达到优化太阳能应用系统使太阳能得到充分利用，从而使建筑能耗最大限度的降低，此技术与目前国家政策相适应，促进经济的持续快速发展，保护生态环境，节能降耗，解决国内能源短缺等问题。

二、光伏系统与建筑结合的研究

(1)光伏建筑一体化

一体化是把建筑、技术和美学融为一体，不是两者的简单相加，而是二者的有机结合，改变了传统太阳能发电设备对建筑外观的影响。它是“建筑物产生能源”新概念的建筑，是将太阳能光伏发电作为一种体系纳入建设工程基本建设程序中，同步的设计、施工、验收、使用和后期管理，是一种理念、设计、工程的总称。

(2)建筑结构对节能的影响因素

对建筑设计方面研究建筑体对节能的影响因素，其主要有以下几方面：

1、地理位置的影响

太阳能建筑应建在太阳能辐射丰富的地区，因此，在建筑选址时宜选在向阳的周围无遮挡的山地、坡地及位置较高的地方，以便于更好地接收太阳光，增大辐射量提高发电率。

2、建筑朝向的影响

从地理学角度来看：我国建筑一般坐北朝南：我国居住采光的朝向是南向的，这是因为我国位于地球北半部，一天中阳光大多数时间都是从南面照射过来。

3、建筑间距的影响

日照间距是影响太阳能建筑辐射量的'重要因素。建筑类型、建筑朝向、用地地形、当地地理纬度位置等因素影响日照间距。其理想的间距：D≥Hctg。

4、建筑外形的影响

太阳能建筑一般采用的屋顶，这是因为光照条件不受影响，可自由接受太阳辐射。目前遮阳板常选择pv材质，其材料不但具有很好的遮阳功效，还能够光伏发电。

(3)在建筑设计中应考虑的因素

太阳能光伏建筑一体化是利用各种光伏电池特殊的特性与建筑进行有机整合，同时考虑环保、节能、美观、安全和经济实用等因素。建筑设计中应考虑建设造价、楼层高度、日光的控制、美学和冷却等问题的影响，建筑师在设计时就需要平衡、协调、解决彼此之间的矛盾。

1、美学要求

建筑应该从初步设计时就将太阳能系统作为建筑中不可或缺的元素加以设计，将其包含的各个部件融入建筑之中进行一体设计，使其成为建筑组成不可分割的一部分，以达到其与建筑物的完美结合的目的。

2、屋顶倾角的要求

太阳电池方阵倾角影响方阵面接受太阳的辐射量。固定的光伏方阵若倾斜面设计的未达到最佳合理角度，就需要靠太阳电池组件来补给。对倾角固定的屋顶满足负载用电的条件，而平屋顶要确定方阵的最佳倾角。

3、建筑形体的要求

太阳能辐射量集中在每天的9：00-16：00，地面反射对建筑的影响约为32%。所以，为了使太阳能辐射热量更多地获取，常把建筑墙体设计为东西轴朝向的长方体，正方形次之，南北朝向的长方体体型的建筑节能效果最差。

4、光伏系统及光伏组件的要求

将光伏系统和建筑这两个独立的系统有机结合，涉及诸多方面，如建材的隔热性、抗风、绝缘性、美观、抗老化能力以及强度和刚度等性能要求。

5、光伏建筑设计中应注意的问题

目前，对不同项目的不同情况在不断的改变，要使光伏建筑设计、结构和技术的问题达到一个平衡比较困难。为了把光伏系统与建筑能更好的整合，在设计时需要考虑如下一些因素：1)如何与建筑有机结合;2)如何增加建筑美感;3)光伏板色彩和肌理;4)注意通风降温设计、光伏板维修与扩容和建筑结构与光伏组件电学性能的配合等问题。

(5)光伏建筑的结合方式及应用

太阳能光伏建筑一体化按结合方式不同可分为：独立安装型和建材安装型。真正意义上的光伏建筑构件即可用做建材又可以发电，是光伏和建筑的完美融合。

1、与建筑外墙体结合

对于多、高层建筑，为了使墙面更多地收集太阳能。目前，常从墙体构造和材料两个方面分别考虑，将光伏板及玻璃幕墙集成为PV玻璃幕墙，即可屏蔽太阳的热辐射有效减低建筑墙体的温度，从而降低建筑物室内空调冷负荷;另外，也增加了太阳能转化为电能。

2、与建筑屋顶结合

光伏阵列安装在建筑屋顶可最大限度的接受太阳光辐射。同时，为了减少夏季屋顶的热负荷兼做屋顶的遮阳板，或者做通风隔热屋面，综合使用了材料节约了成本。

3、应用与建筑天窗

在新建或改造建筑中采用光伏板代替天窗玻璃。通过利用光伏采光天窗和中庭间接采光，白天可以减少或者完全不需电力照明，大大节约了电能用量，节约了运作成本。

4、其它建筑元素中的应用

建筑中遮雨篷、遮阳板、阳台等构件与光伏板集成一体化用于建筑构建，在满足美观性要求的情况下，建筑构件应满足工程技术规范要求。

三、结语

在太阳能光伏系统与建筑结合应用的调查研究的基础上，从技术和美学两方面考虑，分析与建筑集成的光伏系统技术性和光伏建筑美学性的设计，建筑与太阳能有机结合应考虑的因素和措施分析研究，从而得出上述方案措施，已达到解决如何将太阳能光伏系统与建筑更好地进行有机整合的目的，从而为其很好的运用提供一定的参考。

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