太陽能光伏建筑一體化關(guān)鍵技術(shù)問題芻議

1、 太陽能光伏建筑一體化關(guān)鍵技術(shù)問題芻議 摘要：太陽能光伏建筑一體化是建筑節(jié)能的一種典型形式。本文分析了光伏發(fā)電的基本原理特性，介紹了光伏建筑一體化的定義、類型，結(jié)合光伏電池特性與建筑施工的工藝要求，論述了光伏建筑一體化施工中應(yīng)該注意的關(guān)鍵技術(shù)問題，對提高其發(fā)電效率及降低光伏建筑一體化初期投入成本具有現(xiàn)實意義。關(guān)鍵詞：光伏組件；太陽能光伏發(fā)電；光伏建筑一體化1、光伏發(fā)電系統(tǒng)原理在光伏發(fā)電系統(tǒng)中光伏電池組件是收集太陽能的核心部件，從其組成結(jié)構(gòu)來看與普通二極管一致，同樣是由p、n型2種半導(dǎo)體組合而成，所以特性也與普通二極管相同，屬于非線性元件。光伏發(fā)電的原理就是利用光伏電池板的光生伏特效應(yīng)將光能轉(zhuǎn)化

2、為電能的過程，當(dāng)外部光源包括太陽光或者其他形式的光源直接或者間接照射到光伏電池組件上時，此時光伏電池組件便開始吸收光能，在吸收光能的過程中會產(chǎn)生一種電極性相反的光生電子空穴對（空穴與電子）。由于空穴是正電特性，而電子是負電特性，由于兩者極性相反在光伏電池組件內(nèi)建場的作用下，光生電子和空穴被分離，于是帶負電的光生電子在n區(qū)附近聚集，帶正電的穴積在p區(qū)附近聚集,p區(qū)與n區(qū)電壓不一致，形成電壓差，該電壓差也就是光伏電池組件的“光生電壓”，將光伏電池組件與外電路接駁形成完整回路時便產(chǎn)生了電流獲得了電能，于是就達到了光能轉(zhuǎn)換為電能的目的。2、光伏建筑一體化2.1、光伏建筑一體化定義太陽能光伏建筑一體化技

3、術(shù)其本質(zhì)就是將太陽能光伏發(fā)電組件集成或結(jié)合到建筑上的技術(shù)，不僅具有外圍護結(jié)構(gòu)的功能，而且還可以產(chǎn)生電能供建筑使用，太陽能光伏建筑一體化并不是單純地將太陽能光伏電池陣列安裝在建筑物的屋頂或者外立面上組合成光伏發(fā)電系統(tǒng)，而是涉及建筑物的前期規(guī)劃、勘察設(shè)計、工程施工、竣工驗收的全過程，并且以節(jié)能環(huán)保、安全美觀、經(jīng)濟適用為出發(fā)點，將其作為完整建筑工程體系的一個子單位或者分部工程,納入到建設(shè)工程基本建設(shè)程序中，與建設(shè)工程項目施工的全過程保持著高度一致性與同步性的一種工程項目建設(shè)設(shè)計理念與工程名稱。2.2、光伏建筑一體化類型建材型、建筑型及安裝型是目前光伏發(fā)電系統(tǒng)與建筑相結(jié)合的主要形式。2.2.1、建材型

4、光伏發(fā)電系統(tǒng)建材型光伏發(fā)電系統(tǒng)是太陽能光伏電池組件與建筑建材的結(jié)合物，兩者組成了一個有機整體，利用這種復(fù)合光伏組件替代傳統(tǒng)建筑屋面瓦、外墻磚等。該復(fù)合材料不僅具有建材基本特性及功能，而且還可以將太陽能轉(zhuǎn)化為電能，可謂一舉兩得。如光伏瓦、光伏磚、光伏屋面卷材等都屬于建材型光伏發(fā)電系統(tǒng)。2.2.2、建筑構(gòu)件型光伏發(fā)電系統(tǒng)建筑構(gòu)件型光伏發(fā)電系統(tǒng)是由各個光伏電池組件經(jīng)過串并聯(lián)連接的方式組合成型或者獨立成型作為建筑構(gòu)件的光伏構(gòu)件。建筑構(gòu)件型光伏組件可用于框架結(jié)構(gòu)建筑物外圍護墻板、幕墻、屋面板,把整個維護結(jié)構(gòu)、墻體外立面或者屋面做成光伏陣列，可以吸收各種形式的太陽光照。目前，研制成型的大尺度彩色光伏模塊，

5、不僅可以美化建筑外觀，而且充當(dāng)著遮陽板、防雨棚及防護欄板的角色，既能實現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換,又具有一般建筑構(gòu)件的使用功能。2.2.3、安裝型光伏發(fā)電系統(tǒng)安裝型光伏發(fā)電系統(tǒng)是指把包括平面板或曲面板在內(nèi)封裝成型的光伏電池組件按照一定傾斜角度架空安裝在各種建筑物包括成片開發(fā)的住宅樓、商業(yè)寫字樓、綜合體及酒店的屋頂或墻面,再與系統(tǒng)控制器、儲能裝置、末端負載等裝置相連組成離網(wǎng)型光伏發(fā)電系統(tǒng);如果光伏發(fā)電系統(tǒng)不經(jīng)過儲能裝置而直接通過并網(wǎng)逆變器將發(fā)出的電能轉(zhuǎn)換成相位、頻率等符合市電要求并接入到市政公共電網(wǎng)中即可組成并網(wǎng)型光伏發(fā)電系統(tǒng)。3、光伏建筑一體化應(yīng)用的關(guān)鍵技術(shù)問題3.1、光伏電池的非線性特性根據(jù)光伏電池輸出特性

6、可知當(dāng)溫度超過一定值時，光伏電池組件輸出功率與溫度呈負相關(guān)關(guān)系，即隨著溫度的升高光伏電池輸出功率反而減小。因此,在實際工程應(yīng)用中為了克服這一問題通常采用降低光伏組件表面溫度的方法來提高光伏建筑一體化的發(fā)電效率。對于光伏幕墻系統(tǒng)，建筑施工中可以在玻璃幕墻上部頂端和下部底端等位置設(shè)置百葉窗，通過加速空氣自然對流來達到降低光伏幕墻表面溫度的目的，即所謂的“呼吸式太陽能光伏玻璃幕墻”。此外還可以在光伏陣列模塊背面設(shè)置吸熱裝置和安裝管路水流系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括水箱、管道等主要機電設(shè)備以及支吊架、導(dǎo)軌、螺栓、管夾等管道支承件，通過水在管路中的循環(huán)流動帶走熱量,這樣不僅可以降低光伏電池組件的溫度，提高光伏發(fā)電效

7、率,而且還有效地利用了余熱獲得熱水，具有更好的節(jié)能效果。從環(huán)保節(jié)能的角度出發(fā)該方法與呼吸式太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)相比顯然更加合理，但是該方法由于增加了相關(guān)機電設(shè)備，成本造價相對更高，并且對于建筑物的空間也有一定要求。在光伏建筑一體化系統(tǒng)的實際應(yīng)用中需要根據(jù)項目具體情況與現(xiàn)場實際施工環(huán)境條件擇優(yōu)選擇性價比最好的方案。3.2、光伏電池的最佳安裝傾角傾角也叫傾斜角，是太陽能光伏電池組件安裝成型后與水平地面之間的夾角，該傾角直接影響著光伏電池組件的輸出功率，理想狀態(tài)就是此安裝傾角是光伏組件在全年中發(fā)電量最大時的最佳安裝傾角。為了追求光伏電池組件輸出功率最大化，必須保證光伏組件處于最佳安裝傾角的位置，一年中

8、該最佳安裝傾角與當(dāng)?shù)氐乩砭暥扔嘘P(guān)，當(dāng)緯度較高時，傾角也相應(yīng)大，在實際施工前要充分調(diào)研當(dāng)?shù)貧v史氣象數(shù)據(jù)及相關(guān)地理信息，對搜集的歷史數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析，利用計算機相關(guān)輔助軟件計算出最佳安裝傾角。確定最佳安裝傾角對于提高屋頂型光伏發(fā)電系統(tǒng)及成片規(guī)劃建設(shè)的光伏電站發(fā)電效率具有顯著的效果，可以提高光伏發(fā)電利用率，降低初期投入成本。3.3、陰影與遮擋工程實際應(yīng)用中，安裝光伏組件前必須對周圍環(huán)境包括樹木或建筑物高度及相對于本建筑物方位朝向進行考察，謹慎選擇光伏組件的安裝位置，盡量避免陰影與遮擋。相關(guān)實驗測試表明陰影會影響光伏電池的性能，即使小部分的陰影遮擋也會導(dǎo)致嚴(yán)重、不成比例的能量損失。相關(guān)研究已經(jīng)結(jié)果表明

9、，陰影遮擋對光伏電池組件的輸出電壓和輸出電流影響較為明顯，當(dāng)陰影遮擋面積達到50%以上時光伏電池組件輸出功率將會降到原來的1%。3.4、不均衡連接損失光伏方陣是由一片片單體光伏組件所組成，各個組件之間也具有個體差異性，其輸出電壓、電流等性能參數(shù)也不可能完全一致，組成系統(tǒng)中的連接附件包括電線電纜、連接插頭插座等構(gòu)配件，其接觸電阻也不盡相同，這樣就會導(dǎo)致最小輸出電流的組件會限制各串聯(lián)光伏電池組件的輸出電流,而最小輸出電壓的組件會限制各并聯(lián)組件輸出電壓，由于各組件輸出特性的不均衡性就會導(dǎo)致連接損失產(chǎn)生，即各個單體組件的輸出效率之和高于方陣總效率。所以為了盡量減小連接損失，必須嚴(yán)格把關(guān)光伏方陣的選型，方陣組裝前盡量選擇型號規(guī)格參數(shù)一致的組件，并對每個單體組件的輸出特性參數(shù)進行測試并做相關(guān)測試記錄，根據(jù)測試記錄比對分析進行篩選，然后分類整理組合，把輸出特性相同、相近的組件進行組合。4、結(jié)論隨著節(jié)能環(huán)保觀念不斷深入，國家相關(guān)法律法規(guī)的頒布實施，綠色建筑不僅是未來建筑行業(yè)發(fā)展的趨勢，而且也是工程設(shè)計、施工企業(yè)的追求目標(biāo)。光伏組件的產(chǎn)量化發(fā)展，相關(guān)技術(shù)不斷成熟導(dǎo)致光伏發(fā)電系統(tǒng)成本造價越來越低,將其與建筑相結(jié)合組成的光伏建筑一體化系統(tǒng)兼顧建筑美學(xué)的欣賞價值與節(jié)能環(huán)保經(jīng)濟的實用價值，相信光伏建筑一體