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光伏發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展的趨勢，而光伏發電是太陽能中尖端先進技術在綠色建筑中已被廣泛應用。本文對光伏建筑一體化技術進行研究，通過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，從而達到光伏發電系統在綠色建筑中的應用發展提供參考。
關鍵詞：綠色建筑;光伏發電;光伏建筑一體化;太陽能
目前，環境污染、生態破壞和資源短缺帶來的直接或衍生影響和破壞危害問題日益突出，危害著人們的生存與發展。我國對能源的過度采伐導致諸如地面下沉、塌陷且還產生了大量的CO2和SO2等有毒氣體嚴重污染環境，造成生態惡化。因此，在傳統能源枯竭之際，太陽能成為人類利用的主要新能源之一。
一、太陽能開發利用
地球上的風能、水能、生物質能和潮汐能等都是來源于太陽。太陽能具有：儲量的“無限性”、存在的普遍性、利用的清潔性和經濟性等優點，是最理想的可再生能源。
目前，從利用形式、環保節能和造價方面，太陽能都比現有的利用煤炭和水力發電的形式都較經濟和無污染行等特點，通過主動式太陽能設備和系統進行統一的管理和控制，已達到優化太陽能應用系統使太陽能得到充分利用，從而使建筑能耗最大限度的降低，此技術與目前國家政策相適應，促進經濟的持續快速發展，保護生態環境，節能降耗，解決國內能源短缺等問題。
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、技術和美學融為一體，不是兩者的簡單相加，而是二者的有機結合，改變了傳統太陽能發電設備對建筑外觀的影響。它是“建筑物產生能源”新概念的建筑，是將太陽能光伏發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。
(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
太陽能建筑應建在太陽能輻射豐富的地區，因此，在建筑選址時宜選在向陽的周圍無遮擋的山地、坡地及位置較高的地方，以便于更好地接收太陽光，增大輻射量提高發電率。
2、建筑朝向的影響
從地理學角度來看：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，一天中陽光大多數時間都是從南面照射過來。
3、建筑間距的影響
日照間距是影響太陽能建筑輻射量的重要因素。建筑類型、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，可自由接受太陽輻射。目前遮陽板常選擇pv材質，其材料不但具有很好的遮陽功效，還能夠光伏發電。
(3)在建筑設計中應考慮的因素
太陽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行有機整合，同時考慮環保、節能、美觀、安全和經濟實用等因素。建筑設計中應考慮建設造價、樓層高度、日光的控制、美學和冷卻等問題的影響，建筑師在設計時就需要平衡、協調、解決彼此之間的矛盾。
1、美學要求
建筑應該從初步設計時就將太陽能系統作為建筑中不可或缺的元素加以設計，將其包含的各個部件融入建筑之中進行一體設計，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
太陽電池方陣傾角影響方陣面接受太陽的輻射量。固定的光伏方陣若傾斜面設計的未達到最佳合理角度，就需要靠太陽電池組件來補給。對傾角固定的屋頂滿足負載用電的條件，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方體，正方形次之，南北朝向的長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獨立的系統有機結合，涉及諸多方面，如建材的隔熱性、抗風、絕緣性、美觀、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、結構和技術的問題達到一個平衡比較困難。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)注意通風降溫設計、光伏板維修與擴容和建筑結構與光伏組件電學性能的配合等問題。
(5)光伏建筑的結合方式及應用
太陽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能。目前，常從墻體構造和材料兩個方面分別考慮，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光輻射。同時，為了減少夏季屋頂的熱負荷兼做屋頂的遮陽板，或者做通風隔熱屋面，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、遮陽板、陽臺等構件與光伏板集成一體化用于建筑構建，在滿足美觀性要求的情況下，建筑構件應滿足工程技術規范要求。
三、結語
在太陽能光伏系統與建筑結合應用的調查研究的基礎上，從技術和美學兩方面考慮，分析與建筑集成的光伏系統技術性和光伏建筑美學性的設計，建筑與太陽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能光伏系統與建筑更好地進行有機整合的目的，從而為其很好的運用提供一定的參考。
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