太阳能光伏建筑一体化电站设计范广军

太阳能光伏建筑一体化电站设计范广军

范广军

（国网内蒙古东部电力有限公司扎赉特旗供电分公司内蒙古兴安盟137600）

摘要：目前，在人们对新能源的长期探索中可以看出，开发利用太阳能资源能够有效解决当今世界所面临的能源短缺的问题。同时，太阳能资源是一种不会对环境造成污染的可再生资源，被人们公认为最理想的替代能源之一。其中太阳能光伏发电技术作为一种新型太阳能资源利用技术，已经逐步成为各行业重点研究对象，在未来的能源发展中对太阳能光伏发电技术的应用必不可少。由此可见，对太阳能光伏发电技术及其应用的研究有非常重要的现实意义。

关键词：太阳能；光伏建筑；一体化；电站设计

1、光伏建筑一体化

光伏建筑一体化简称BIPV，是将光伏发电系统与建筑结构集成在一起，既能承担建筑结构中的建筑职能，也能完成发电作业。光伏建筑一体化的建筑是光伏电站的一种，可分为两种形式：一种在在早期发展阶段被较多采用，即是以已有的建筑物为基础建筑，多用于旧建筑的改造工程中；另一种是把光伏组件作为一种基础的建筑材料使用，同时应用到建筑物的表层建筑设计中，通过与建筑融为一体来交付使用，这样的建筑被称之为光伏一体化建筑。

2、光伏建筑一体化的类型

2.1、光伏组件与屋面结合

光伏组件与屋面相结合可采用光伏组件敷设于屋面及光电屋面方式。光伏组件直接敷设于屋面的设计对于不同种类的屋面均能找到有效的利用方法，可在斜屋顶上通过安装导流板能对光伏支架进行光伏组件的固定，而在瓦片屋顶外挂。此类结合方式应用面比较广泛。光电屋面是光伏组件直接作为屋面的建筑材料，进行建筑设计时应设置倾角，使光伏组件表面不积雪水及杂物，同时光伏组件能够达到较为理想的倾角。在屋顶设计时应与建筑专业沟通，在保证美观的前提下进行。

2.2、光伏组件与建筑立面结合光伏组件

与建筑立面的结合形式主要分为光伏组件与建筑立面的结合和集成。根据结合方式的不同，建筑立面外形及产生电能有所差异。

2.2.1、垂直光伏幕墙

垂直光伏幕墙与承重结构相互独立作用，由于垂直光伏幕墙不承重，可以不受结构的影响，只是作为独立的建筑表皮，可以灵活地设计成不同的造型。该形式的光伏组件可标准化生产，可在办公楼、展馆等建筑立面中使用。根据气候环境，可将立面设计成为“可呼吸”的玻璃幕墙。在高温时段，双层玻璃幕墙会产生“烟囱效应”，减少进入室内的太阳辐射量，达到降低空调负荷的目的。

2.2.2、倾斜式光伏幕墙

在建筑设计过程中，由于受周围环境等因素的影响，建筑的细部设计可采用化整为零的方法，将光伏组件横向按照锯齿的形状布置，可以解决建筑朝向及外形的问题。为使光伏幕墙最大限度地接受太阳辐射，可将建筑立面设计成为竖直向锯齿状，使建筑外形错落有致且韵律感强。为了满足室内采光的需求，将竖直向锯齿立面的视线以上部分设置光伏组件，解决发电及遮阳问题；视线以下部分向室内倾斜，设置墙体及窗。

3、完善太阳能光伏建筑一体化措施

3.1、加大对太阳能光伏发电技术科研工作的力度

从整个产业链出发，积极寻求更高效的新材料、新技术，例如对提高光伏逆变器容量比的研究，对分布式光电的新型电池结构和特种材料的研究。光伏组件的光电转化效率对发电量的影响接近线性，确保光伏产品本身质量，提高光伏发电效能。同时，重视行业人才的培养和核心技术的研发，针对全产业链的各个环节完善创新激励体制，增强研究工作的系统性、经济性和实用性。

3.2、政府对光伏建筑政策的延续性

目前，大型光伏建筑项目大都是由政府财政补贴、企业积极参与实施的，在市场资源配置过程中，政策的导向性较强，很多时候都需要政府调控资源的有效配置，做好管制与激励工作，落实补贴政策，保持政策的延续性、稳定性，提高分布式光伏发电的竞争力，防止出现建设投机行为，保持行业的健康发展。依靠政策的扶持，逐步建立成熟的市场运作体系，促进光伏技术进步和产业升级，实现市场对资源的优化配置。

3.3、形成系统化的太阳能光伏建筑设计体系

太阳能光伏建筑是以建筑作为载体，将光伏系统应用进发电体系，光伏电站出现的质量问题中，在其设计中有必要形成系统化的设计体系，使建筑与光伏发电系统高效地融为一体，提高太阳能利用率。将场所设计条件调查、太阳光电设备空间配置设计、太阳能光伏发电系统、结构安全性与构造性设计以及太阳能光伏发电系统应用效益评估等标准化、规范化。

3.4、加强对晶硅生产的环保监管，加快薄膜太阳能电池的发展应用

加强产品生产过程中产生污染环节的监管力度，完善相关处理办法条例，在兼顾到经济效益的同时加大对污染物的回收利用技术设备的投入力度，创造一个环境友好型的光伏生产链条。同时，积极发展具有生产成本低、原材料消耗少、弱光性能优良等优势的薄膜太阳能电池，大面积推广，进而实现光伏建筑一体化。

3.5、完善光伏建筑相关标准、规范的编制与修订

借鉴国外先进经验，结合国内光伏建筑的发展现状及未来，制定修缮光伏组件标准、分布式光伏项目的建设安装等相关标准、规范、工法和图集，完善光伏建筑应用设计、施工及验收等技术标准体系。

3.6、创新投融资和建设运营模式

传统的分布式光伏建设运营模式主要分为民用建设模式和工业区建设模式两大类，以及后来出现的与农业大棚相结合的光伏发电项目，随着不断地探索实践，融资模式更加多样化，如银行贷款、股权融资、资产证券化、众筹模式、风险分担和收益分成模式以及融资租赁等模式。其中风险分担模式通过第三方对光伏项目及产品进行监督认证，从而获得相应的投资融资及保险，从而促进光伏项目建设运营的规范化。

4、北方农村地区清洁取暖发展思路

4.1、继续大力推行“煤改气”工程。天然气供暖相对于燃煤供暖，污染物大幅降低，且在补贴政策下供暖费用与燃煤供暖相当，农户接受度较高。从能源结构看，未来逐年增加的天然气消费量已成为趋势，农村煤改气也将是主流的散煤替代方式。不过，大面积推广的同时，对于广大农村地区，气源是否可以长期保障值得进一步论证。此外，农村地区管理难度相对较大，生产活动频繁，大面积的露天敷设天然气管道所带来的安全隐患不容忽视。

4.2、对于距离建成区较远的地区、山区、住户分散的农村，燃气管网难以覆盖的区域，考虑使用空气源热泵。对于新农村建设工程，空气源热泵尤其适合作为供暖制冷设备，新农村建设过程中可以统一敷设地暖，并加装房屋保温设施，进而突显空气源热泵高COP、低运行费用的优势。

4.3、蓄热式电暖气能源转换效率低、供暖效果相对较差，在农村地区推广效果欠佳。此外，对于无蓄热功能的电热膜取暖，由于需24h通电供热，电费支出相对较高，不适宜在北方农村地区推广。

总而言之，随着社会经济快速发展，太阳能光伏发电技术的优势逐渐凸显。目前，太阳能光伏发电是一种比较理想的绿色能源，在中国的应用领域非常广泛，并充分发挥了其优势功能。中国在对太阳能光伏发电的保护方面，应积极制定相应措施、完善相关政策法规，从而促进太阳能光伏发电技术可持续发展，为未来的绿色工程建设起到推进作用。

参考文献：

[1]潘珍妮，汤美安.太阳能光伏建筑的经济外部性及政策研究[J].价值工程，2016，35（35）：78-80.

[2]郭福雁，王宁.太阳能光伏建筑雷电防护问题研究[J].天津城建大学学报，2016，22（05）：352-355.

[3]陈易，张顺尧.太阳能光伏建筑之美[J].建设科技，2016（14）：23-25.