高校光伏建筑一體化的應(yīng)用探析

■柯紅峰 ■九江工業(yè)建筑設(shè)計院，江西 九江 332000

隨著國際石油價格持續(xù)上漲以及煤炭價格上調(diào)壓力的增大，我國面臨的能源壓力顯著的增大，降低能源消耗、保護(hù)環(huán)境以及節(jié)能減排等話題已經(jīng)成為全社會關(guān)注的特點。光能是一種可再生的綠色能源，光伏建筑是利用光能進(jìn)行發(fā)電的建筑一體化工程，利用光伏建筑發(fā)電對降低電能消耗、降低供電高峰負(fù)荷以及保護(hù)地球環(huán)境等方面具有非常重要的作用。通過利用光伏建筑一體化在環(huán)保和節(jié)能方面的功能，將光伏建筑一體化應(yīng)用在高校中，不僅能夠很好的滿足學(xué)校教學(xué)以及科研的要求，還具有非常好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。

1 光伏建筑一體化在高校中應(yīng)用的優(yōu)勢探析

光伏建筑一體化在高校中應(yīng)用的優(yōu)勢主要包括兩個方面:一方面，在節(jié)能環(huán)保方面，光伏建筑一體化在高校中的應(yīng)用通常不會對環(huán)境造成影響，因為其不產(chǎn)生有害氣體、固體垃圾以及噪聲等，因此通過將光伏建筑一體化應(yīng)用在高校中，能夠利于保護(hù)環(huán)境，在發(fā)達(dá)國家已經(jīng)發(fā)展中國家經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)區(qū)域具有非常好的應(yīng)用前景;例如某?？诔鞘械哪掣咝２捎昧斯夥ㄖ惑w化，每年能夠為高校提供85．12萬kWh綠色電能，同比節(jié)約煤炭約287．36噸，減少了二氧化硫、二氧化碳等有害氣體的排放，具有非常好的節(jié)能環(huán)保效益和社會效益;另一方面，在經(jīng)濟(jì)效益、光伏技術(shù)以及建筑學(xué)方面的應(yīng)用優(yōu)勢主要表現(xiàn)在以下幾個方面:建筑光伏電一體化的發(fā)電可以將電力安裝、系統(tǒng)操作、控制以及維護(hù)等都結(jié)合在建筑物內(nèi);建筑光伏電一體化的建筑方式優(yōu)美，改善高校建筑的外觀;光伏陣列通常安裝在墻的南立面或者屋頂，便于直接吸收太陽能，這樣不僅降低了墻面以及屋頂?shù)臏囟龋€能夠為學(xué)校提供電力;光伏建筑建設(shè)在高校附近，在原地進(jìn)行放電，降低電能在運輸中的損耗，節(jié)省電站輸送電網(wǎng)的費用;光伏建筑并不需要安裝額外的設(shè)施，能夠有效的降低建筑損耗，實現(xiàn)節(jié)省材料、成本的效果;光伏建筑是利用墻幕或者屋頂，并不需要占據(jù)多余的土地資源，適合在土地資源昂貴的城市高校使用。

2 光伏建筑一體化在高校中的應(yīng)用

文章以某沿江高職學(xué)院為例，年平均溫度在23．3℃ －24．6℃，平均日照為1740－2680/小時，該城市的某高校建設(shè)了一座3MW光伏建筑一體化示范項目，由城市、住房建設(shè)部以及財務(wù)部納入到光伏建筑一體化示范工程。該工程在學(xué)校的食堂、圖書館、宿舍樓、教學(xué)樓、體育中心等的墻面和屋頂安裝了光伏發(fā)電裝置，并且還創(chuàng)新的采用了光伏電子樹，該光伏建筑一體化項目主要包括安裝支架、監(jiān)測以及顯示單元、傳輸線纜、電纜以及電氣保護(hù)單元、交流配電箱、太陽能光伏組件等。光伏建筑一體化在高校中的實踐應(yīng)用主要表現(xiàn)在以下幾個方面:

2．1 太陽輻射量和陰影分析

為了得到更加詳盡、全面適合安裝太陽能光伏組件的區(qū)域，應(yīng)該對高校的太陽輻射和陰影進(jìn)行分析:對于太陽輻射量的分析，太陽輻射量最大量的光伏組件應(yīng)該朝向西南方向，但是在高校建筑中，為了能夠盡可能的降低陽光對室內(nèi)的直射，同時空調(diào)等設(shè)備的能耗，高校建筑的門窗通常都設(shè)置在東南方向。通過結(jié)合相應(yīng)的理論以及實際輻射狀況，采用專業(yè)的可視化光輻射系統(tǒng)設(shè)計分析軟件，對高校建筑的太陽輻射量進(jìn)行計算，以此分析高校建筑各個區(qū)域的光能輸出率，以此確定光伏系統(tǒng)安裝區(qū)域;對于陰影的分析，根據(jù)《太陽能光伏與建筑一體化應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》中“安裝光伏組件的建筑部位宜滿足冬至日4h日照不受遮擋的要求”的相關(guān)規(guī)定，需要對高校建筑的陰影狀況進(jìn)行分析，根據(jù)調(diào)查顯示，該高校的屋頂夏至日9－15h的陰影相對較為對稱，屋頂?shù)奈鞑筷幱跋鄬?yán)重，并且經(jīng)過太陽輻射分析之后，初步認(rèn)為不適合安裝光伏組件。

2．2 選擇光伏組件

光伏組件是光伏組件的選擇應(yīng)該滿足以下幾個要求:其一，尺寸與性狀，根據(jù)高校建筑的具體狀況，選擇不同尺寸和形狀的光伏組件，以此滿足建筑個性化、多樣化的實際需求;其二，透光率，當(dāng)建筑和光伏組件集成使用時，例如光電采光頂和光電幕墻，通常需要對光伏組件的透光性具有一定的要求，主要是要求對于自身不透光的晶體硅太陽能電池淶水，在制作的過程中采用雙層玻璃封裝，還可以通過調(diào)節(jié)電池片之間的空隙，以此調(diào)整光伏組件的透光量;其三，抗變形能力與強(qiáng)度，光伏組件和建筑集成使用時，光伏組件作為一種建筑材料，可以當(dāng)做建筑幕墻使用，因此其強(qiáng)度以及抗變形能力應(yīng)該滿足學(xué)校建筑的可靠性以及安全性的要求，例如光伏組件的玻璃應(yīng)該具有一定的抗風(fēng)能力，需要進(jìn)行加厚處理;其四，質(zhì)感與顏色，光伏組件通常都安裝在建筑外部，因此光伏組件的顏色和質(zhì)感應(yīng)該和學(xué)校的建筑整體相協(xié)調(diào)。

2．3 光伏建筑一體化排布

光伏組價的排布應(yīng)該根據(jù)，太陽輻射以及陰影的動向進(jìn)行，盡可能的降低陰影對光伏組件排布的影響，以此降低光伏組件的荷載，保證其能夠應(yīng)對更多極端的天氣狀況，更好的發(fā)揮在高校中的作用。該高校的光伏建筑一體化排布主要包括以下幾個方面:

(1)光伏遮陽板。通過分析當(dāng)?shù)貧夂驐l件，在節(jié)能設(shè)計的基礎(chǔ)上，將遮陽板應(yīng)用在光伏建筑一體化設(shè)計中，在遮陽板上結(jié)合太陽能電池，該種形式是藝術(shù)、功能與新能源的結(jié)合，但是缺陷在于顏色方面有所缺失。

(2)光伏幕墻。該高校的光伏幕墻采用了雙玻璃光伏組件，厚度為6mm+2mm+6mm，最大組件的尺寸表現(xiàn)為1160mm×2460mm，面積為2．85平方米，該種結(jié)構(gòu)形式為外循環(huán)雙層幕墻。內(nèi)層為鋁板幕墻，能夠很好的將雨水以及熱量阻擋在墻體之外，外層為開放式光伏幕墻，光伏組件為了保持空氣流通，降低電池片的溫度，提高光伏幕墻的發(fā)電率，光伏組件空隙間不能打膠。該種光伏幕墻形式將內(nèi)層鋁板幕墻和開放式幕墻完美的結(jié)合，避免了兩者的缺陷，集合了兩者的優(yōu)勢。

(3)電子樹。海口城市的氣溫相對較高，遮陽是非常廣泛的需求，以鋼結(jié)構(gòu)模仿樹枝的形態(tài)支撐頂棚，在頂棚采用太陽能電池板，形成電子書，這種獨特的電子書光伏建筑，不僅能夠為校園提供遮陽的地方，并為學(xué)校提供相應(yīng)的電能，同時這種在陽光下光影斑駁的電子書，還為學(xué)校增添了一道靚麗的風(fēng)景線。

3 結(jié)束語

總而言之，顏色單一、不透光的光伏電池和建筑集合形成的光伏建筑一體化，是一種能源技術(shù)和藝術(shù)的有機(jī)結(jié)合，通過將光伏建筑一體化應(yīng)用在高校中，不僅能夠起到節(jié)能環(huán)保的作用，還能夠為學(xué)校提供清潔的電能以及增添風(fēng)景的作用。因此，光伏建筑一體化在高校以及其他地區(qū)具有良好的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益，具有非常廣泛的應(yīng)用前景。

［1］彭金銀．淺析高校光伏建筑一體化及其應(yīng)用［J］．價值工程，2014，5(28):258－259．

［2］何紅勝，劉崢嶸，劉漢彪．太陽能光伏發(fā)電與建筑一體化應(yīng)用及分析［J］．江蘇科技信息，2013，3(25):69 －70．

［3］丁世磊，賈艷剛，王寶華等．光伏建筑一體化應(yīng)用技術(shù)與案例［J］．太陽能，2013，1(14):46 －49．