光伏发电技术在建筑工程中应用

【摘要】随着社会对能源的要求越来越大，光伏发电技术的应用也越来越广泛。本文作者基于多年关于光伏发电系统的实践经验，从光伏发电技术的分类、原理，以及通过BIPV建筑一体化对其在建筑工程中的应用进行了探讨。
【关键词】光伏发电技术；BIPV建筑一体化；建筑工程
【 abstract 】 along with society's energy demand is more and more big, the photovoltaic power generation technology application of more and more widely. In this paper the author based on many years about (pv) power system of practical experiences, from (pv) power technology classification, principle, and through the building integrated BIPV in the construction engineering application were discussed.
【 keywords 】 photovoltaic power generation technology; BIPV building integrated; Construction engineering
前言
能源是社会和经济发展的重要保障，大力开发可再生能源是解决能源危机的主要途径。太阳能光伏发电是一种最具可持续发展理想特征的可再生能源发电技术，近年来我国政府也相继出台了一系列鼓励和支持太阳能光伏产业发展的政策法规，使得人阳能光伏产业迅猛发展，光伏发电技术和应用水平不断提高，应用范围逐步扩大，我国光伏发电产业的前景十分广阔。本文从光伏发电技术的分类、原理，以及通过BIPV建筑一体化对其在建筑工程中的应用进行了探讨。

1. 光伏发电系统简介

1.1光伏发电系统的分类

光伏发电系统按大类可分为独立光伏发电系统和并网光伏发电系统两大类。其中，独立光伏发电系统又可分为直流光伏发电系统和交流光伏发电系统以及交、直流混合光伏发电系统。而在直流光伏发电系统中又可分为有蓄电他的系统和没有蓄电池的系统。在并网光伏发电系统中，也分为有逆流光伏发电系统和无逆流光伏发电系统，并根据用途也分为有蓄电池系统和无蓄电池系统等。

1.2光伏发电系统的工作原理

1.2.1 独立光伏发电系统工作原理

光伏发电的核心部件是太阳能电池板，它将太阳光（或其它光）的光能直接转换成电能，并通过控制器把太阳能电池产生的电能存储于蓄电池中。当负载用电时，蓄电池件的电能通过控制器合理地分配到各个负载上。太阳能电池所产生的电流为直流电，可以直接以直流电的形式应用，也可以用交流逆交器将其转换成为交流电，供交流负载使用。太阳能发电的电能可以即发即用，也可以用蓄电池等储能装置将电能存储起来，在需要时使用。

1.2.2 并网光伏发电系统工作原理

并网型光伏发电系统由太阳能电池组件方阵将光能转变成电能，并经直流配线箱进入并网逆变器，有些类型的并网型光伏系统还要配置蓄电池组来存储直流电能。并网逆变器由充放电控制、功率调节、交流逆变、并网保护切换等部分构成。经逆变器输出的交流电供负载使用，多余的电能通过电力变压器等设备馈入公共电网。当并网光伏系统因天气原因发电不足或自身用电量偏大时，可由公共电网内交流负载供电。系统还配备有监控、测试及显示系统，用于对整个系统工作状态的监控、检测及发电量等各种数据的统计，还可以利用计算机网络系统远程传输控制和展示数据。

2. 光伏发电技术在建筑工程中的应用

光伏建筑一体化是光伏技术、建筑学和社会效应的统一体，已经成为了光伏应用的选择。光伏建筑设计是一个综合过程，把光伏建筑技术的能源意识和环保意识加到建筑学上，是一种最有希望的未来光伏技术市场，它像一座桥梁，把光伏技术应用从小规模新型产品过渡到大型发电中心技术。随着光伏发电成本的降低，光伏技术和建筑学会很好地结合在一起，光伏建筑技术和整体光伏技术市场将会越来越大。

2.1 BIPV建筑一体化

太阳能光伏—建筑一体化（BIPV）是应用太阳能发电的一种新概念：在建筑为维护结构外表面铺设光伏阵列提供电力。可以说在众多可再生能源发电技术中，光伏发电是最绿色最环保也是最值得期待的一项技术。

2.2光伏与建筑相结合的形式

光伏与建筑的结合有两种方式。一种是建筑与光伏系统的结合，把封装好的光伏组件平板或曲面板安装在居民住宅或建筑物的屋顶上，建筑物作为光伏阵列载体，起支撑作用，然后光伏阵列再与逆变器、蓄电池、控制器、负载等装置相连。建筑与光伏系统相结合是一种常用的光

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伏建筑一体化形式，特别是与建筑屋面的结合。
另一类是建筑与光伏组件相结合。建筑与光伏组件相结合是光伏建筑一体化的一种高级形式，它对光伏组件的要求较高。光伏组件不仅要满足光伏发电的功能要求，同时还要兼顾建筑的基本功能要求。

2.1 建筑与光伏系统的结合

与建筑相结合的光伏系统，可以作为独立电源供电或者以并网的方式供电。当光伏建筑一体化系统参与并网时，可以不需要蓄电池，但需要与电网连入的装置，而并网发电是当今光伏应用的新趋势。将光伏组件安装在建筑物上，引出端经过控制器及逆变器与公共电网连接，需要由光伏阵列及电网并联向用户供电，这就组成了户用并网光伏系统。由于不需要蓄电池，大大降低了造价。光伏系统与建筑物相结合的形式主要包括与建筑物屋顶相结合以及与建筑墙体相结合等方式。

2.2 建筑与光伏组件的结合

建筑与光伏组件的结合是指将光伏组件与建筑材料集成化，光伏组件以一种建筑材料的形式出现，光伏阵列成为建筑不可分裂的一部分。把光伏组件作为建材所要求的几项条件，如坚固耐用、保温隔热、防水防潮、适当强度和刚度等性能、用光伏组件替代部分建材、在将来随着应用面的扩大，光伏组件的生产规模也随之增大，则可从规模效益上降低光伏组件的成本，有利于光伏产品的推广应用，所以存在着巨大的潜在市场。近几年，随着全球光伏产业的迅猛发展，薄膜光伏电池市场前景看好，技术日臻成熟，光伏转换效率和稳定性不断提高。薄膜光伏电池的一个重要优点是适合做成鱼建筑物结合的光伏发电组件：双层玻璃封装性的薄膜光伏电池组件，可以根据需要，制成不同的透光率，可以替代玻璃幕墙，而不锈钢和集合物衬底的柔性薄膜光伏电池适用于建筑屋顶等需要造型的部分。一方面它具有漂亮的外观，能够发电;另一方面，用于薄膜光伏电池的透明导电薄膜又能很好地阻挡外部红外线的进入和内部热能的散失，将成为建筑与光伏组件结合的主要方向之一。

2.3 BIPV建筑一体化应用前景

就目前而言，尽管光伏器件与建筑相结合可能降低一些应用成本，但与常规能源相比，费用仍然较高，这是影响光伏推广的主要障碍之一。然而我们必须注意到，这样简单的对比是不恰当的，因为一些隐藏的成本并没有计入常规能源的成本，譬如治理常规能源所造成的污染等费用，一些国家对化石燃料的补贴，以及最近逐渐高涨的是有等。光伏发电虽然一次性投入较大，但运行费用很低，并且越来越多的国家正在出台相应的政策，扶植光伏产业的发展。可以预计，光伏发电与建筑相结合时未来光伏应用中最重要的领域之一，前景十分广阔，有着巨大的市场潜力。随着科学技术的不断进步，光伏组件的成本会逐步降低，与光伏建筑相结合的建筑物会雨后春笋般的出现在我们身边，同时太阳能光伏发电必将在能源结构中占有相当重要的位置。
结束语
随着全球气候的急速变化，发展中国家对能源需求量的增加，矿物质燃料的逐步短缺和耗尽，能源的开发和使用已成为人类活动的突出问题。太阳能在建筑上的应用最为有效的方法之一是采用建筑光伏一体化,即光伏建筑，在建筑物上镶嵌太阳能光伏板发电为建筑物提供全部或部分电力。建筑物能耗通常占一个国家和地区全部能源消耗的30%~50%，利用光伏建筑发电对于减少常规电力消耗量，降低供电高峰负荷和保护地球环境具有重要的意义。
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