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光伏發(fā)電系統在舊房改造中的應用研究
摘要：在建筑中注入綠色元素已成為建筑發(fā)展的趨勢，而光伏發(fā)電是太陽(yáng)能中尖端先進(jìn)技術(shù)在綠色建筑中已被廣泛應用。本文對光伏建筑一體化技術(shù)進(jìn)行研究，通過(guò)分析建筑結構與建筑設計對節能的影響，光伏組件與建筑結合方式等影響因素，以及分析借鑒國內外成功案例，從而達到光伏發(fā)電系統在綠色建筑中的應用發(fā)展提供參考。
關(guān)鍵詞：綠色建筑;光伏發(fā)電;光伏建筑一體化;太陽(yáng)能
目前，環(huán)境污染、生態(tài)破壞和資源短缺帶來(lái)的直接或衍生影響和破壞危害問(wèn)題日益突出，危害著(zhù)人們的生存與發(fā)展。我國對能源的過(guò)度采伐導致諸如地面下沉、塌陷且還產(chǎn)生了大量的CO2和SO2等有毒氣體嚴重污染環(huán)境，造成生態(tài)惡化。因此，在傳統能源枯竭之際，太陽(yáng)能成為人類(lèi)利用的主要新能源之一。
一、太陽(yáng)能開(kāi)發(fā)利用
地球上的風(fēng)能、水能、生物質(zhì)能和潮汐能等都是來(lái)源于太陽(yáng)。太陽(yáng)能具有：儲量的“無(wú)限性”、存在的普遍性、利用的清潔性和經(jīng)濟性等優(yōu)點(diǎn)，是最理想的可再生能源。
目前，從利用形式、環(huán)保節能和造價(jià)方面，太陽(yáng)能都比現有的利用煤炭和水力發(fā)電的形式都較經(jīng)濟和無(wú)污染行等特點(diǎn)，通過(guò)主動(dòng)式太陽(yáng)能設備和系統進(jìn)行統一的管理和控制，已達到優(yōu)化太陽(yáng)能應用系統使太陽(yáng)能得到充分利用，從而使建筑能耗最大限度的降低，此技術(shù)與目前國家政策相適應，促進(jìn)經(jīng)濟的持續快速發(fā)展，保護生態(tài)環(huán)境，節能降耗，解決國內能源短缺等問(wèn)題。
二、光伏系統與建筑結合的研究
(1)光伏建筑一體化
一體化是把建筑、技術(shù)和美學(xué)融為一體，不是兩者的簡(jiǎn)單相加，而是二者的有機結合，改變了傳統太陽(yáng)能發(fā)電設備對建筑外觀(guān)的影響。它是“建筑物產(chǎn)生能源”新概念的建筑，是將太陽(yáng)能光伏發(fā)電作為一種體系納入建設工程基本建設程序中，同步的設計、施工、驗收、使用和后期管理，是一種理念、設計、工程的總稱(chēng)。
(2)建筑結構對節能的影響因素
對建筑設計方面研究建筑體對節能的影響因素，其主要有以下幾方面：
1、地理位置的影響
太陽(yáng)能建筑應建在太陽(yáng)能輻射豐富的地區，因此，在建筑選址時(shí)宜選在向陽(yáng)的周?chē)鸁o(wú)遮擋的山地、坡地及位置較高的地方，以便于更好地接收太陽(yáng)光，增大輻射量提高發(fā)電率。
2、建筑朝向的影響
從地理學(xué)角度來(lái)看：我國建筑一般坐北朝南：我國居住采光的朝向是南向的，這是因為我國位于地球北半部，一天中陽(yáng)光大多數時(shí)間都是從南面照射過(guò)來(lái)。
3、建筑間距的影響
日照間距是影響太陽(yáng)能建筑輻射量的重要因素。建筑類(lèi)型、建筑朝向、用地地形、當地地理緯度位置等因素影響日照間距。其理想的間距：D≥Hctg。
4、建筑外形的影響
太陽(yáng)能建筑一般采用的屋頂，這是因為光照條件不受影響，可自由接受太陽(yáng)輻射。目前遮陽(yáng)板常選擇pv材質(zhì)，其材料不但具有很好的遮陽(yáng)功效，還能夠光伏發(fā)電。
(3)在建筑設計中應考慮的因素
太陽(yáng)能光伏建筑一體化是利用各種光伏電池特殊的特性與建筑進(jìn)行有機整合，同時(shí)考慮環(huán)保、節能、美觀(guān)、安全和經(jīng)濟實(shí)用等因素。建筑設計中應考慮建設造價(jià)、樓層高度、日光的控制、美學(xué)和冷卻等問(wèn)題的影響，建筑師在設計時(shí)就需要平衡、協(xié)調、解決彼此之間的矛盾。
1、美學(xué)要求
建筑應該從初步設計時(shí)就將太陽(yáng)能系統作為建筑中不可或缺的元素加以設計，將其包含的各個(gè)部件融入建筑之中進(jìn)行一體設計，使其成為建筑組成不可分割的一部分，以達到其與建筑物的完美結合的目的。
2、屋頂傾角的要求
太陽(yáng)電池方陣傾角影響方陣面接受太陽(yáng)的輻射量。固定的光伏方陣若傾斜面設計的未達到最佳合理角度，就需要靠太陽(yáng)電池組件來(lái)補給。對傾角固定的屋頂滿(mǎn)足負載用電的條件，而平屋頂要確定方陣的最佳傾角。
3、建筑形體的要求
太陽(yáng)能輻射量集中在每天的9：00-16：00，地面反射對建筑的影響約為32%。所以，為了使太陽(yáng)能輻射熱量更多地獲取，常把建筑墻體設計為東西軸朝向的長(cháng)方體，正方形次之，南北朝向的長(cháng)方體體型的建筑節能效果最差。
4、光伏系統及光伏組件的要求
將光伏系統和建筑這兩個(gè)獨立的系統有機結合，涉及諸多方面，如建材的隔熱性、抗風(fēng)、絕緣性、美觀(guān)、抗老化能力以及強度和剛度等性能要求。
5、光伏建筑設計中應注意的問(wèn)題
目前，對不同項目的不同情況在不斷的改變，要使光伏建筑設計、結構和技術(shù)的問(wèn)題達到一個(gè)平衡比較困難。為了把光伏系統與建筑能更好的整合，在設計時(shí)需要考慮如下一些因素：1)如何與建筑有機結合;2)如何增加建筑美感;3)光伏板色彩和肌理;4)注意通風(fēng)降溫設計、光伏板維修與擴容和建筑結構與光伏組件電學(xué)性能的配合等問(wèn)題。
(5)光伏建筑的結合方式及應用
太陽(yáng)能光伏建筑一體化按結合方式不同可分為：獨立安裝型和建材安裝型。真正意義上的光伏建筑構件即可用做建材又可以發(fā)電，是光伏和建筑的完美融合。
1、與建筑外墻體結合
對于多、高層建筑，為了使墻面更多地收集太陽(yáng)能。目前，常從墻體構造和材料兩個(gè)方面分別考慮，將光伏板及玻璃幕墻集成為PV玻璃幕墻，即可屏蔽太陽(yáng)的熱輻射有效減低建筑墻體的溫度，從而降低建筑物室內空調冷負荷;另外，也增加了太陽(yáng)能轉化為電能。
2、與建筑屋頂結合
光伏陣列安裝在建筑屋頂可最大限度的接受太陽(yáng)光輻射。同時(shí)，為了減少夏季屋頂的熱負荷兼做屋頂的遮陽(yáng)板，或者做通風(fēng)隔熱屋面，綜合使用了材料節約了成本。
3、應用與建筑天窗
在新建或改造建筑中采用光伏板代替天窗玻璃。通過(guò)利用光伏采光天窗和中庭間接采光，白天可以減少或者完全不需電力照明，大大節約了電能用量，節約了運作成本。
4、其它建筑元素中的應用
建筑中遮雨篷、遮陽(yáng)板、陽(yáng)臺等構件與光伏板集成一體化用于建筑構建，在滿(mǎn)足美觀(guān)性要求的情況下，建筑構件應滿(mǎn)足工程技術(shù)規范要求。
三、結語(yǔ)
在太陽(yáng)能光伏系統與建筑結合應用的調查研究的基礎上，從技術(shù)和美學(xué)兩方面考慮，分析與建筑集成的光伏系統技術(shù)性和光伏建筑美學(xué)性的設計，建筑與太陽(yáng)能有機結合應考慮的因素和措施分析研究，從而得出上述方案措施，已達到解決如何將太陽(yáng)能光伏系統與建筑更好地進(jìn)行有機整合的目的，從而為其很好的運用提供一定的參考。
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