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光伏發電系統在建筑的應用

來源:網絡|發布時間:2021-03-27|瀏覽次數:
光伏發電系統在建筑的應用 摘要:隨著社會能源危機的愈加嚴峻,新能源的開發和利用備受社會關注.基于光伏發電系統的開發,光伏建筑一體化技術成為當前節能環保的熱點.在分析安徽省光伏發電系統應用現狀的基礎上,點出來光伏發電系統在建筑中的適用場所,最后對光伏發電系統在建筑中的應用進行研究和節能效果的分析.在建筑中采用光伏發電系統,不僅可以有效降低建筑內部的能耗,而且還提升了建筑的經濟效益,并使其在綠色環保和節能效果方面都得到了有效加強.

關鍵詞:光伏發電;建筑;節能

引言

當今世界正面臨著越來越嚴重的能源危機,新能源的開發和利用已備受社會的關注.其中,太陽能屬于可再生清潔能源,其儲量的無限性、范圍的普遍性和利用的環保性,已經在各能源領域得到了重視并開發,屬于一種較好的綠色能源.在這個基礎和前提下,光伏發電系統作為太陽能利用的主要方式,具備良好的發電、儲存、傳輸和利用等優勢,已經在各行各業中得以體現.其中,最為主要的應用方式就是光伏建筑一體化技術的體現.將光伏發電系統應用于建筑設計中,不僅可以有效降低建筑在使用過程中產生的能源損耗,還對建筑的結構優化、綠色環境的營造產生積極的現實作用[1].本文主要以安徽省為例對光伏發電系統在建筑中的應用進行有效研究,分析光伏建筑的節能效果以及對綠色建筑的構建情況,有效促進安徽省建筑能源損耗的減少以及綠色節能建筑的改善.

1安徽省光伏發電系統的應用現狀

1.1安徽省太陽能資源情況

安徽省地處我國的東部地區,恰好位于暖帶和亞熱帶的過渡地域,四季比較分明,境內有山川、平原等,長江與淮河兩大流域橫貫其中,同時受到季風的影響較大,因此,安徽省有著獨特的氣候環境.淮河以南主要以亞熱帶濕潤氣候為主,以北主要以暖袋半濕熱氣候為主.安徽省全省平均氣溫主要分布在14℃~17℃,平均日照時長約為2000h~2500h,霜期僅為100d左右,降水量較大,約為1000mm~2000mm.由此可見,安徽省屬于太陽能資源的中等地區,其中省內光照情況見圖1所示.

1.2安徽省建筑能耗情況

據統計,在2016年安徽省全民建筑能耗達到200億kW•h,其中,公共建筑雖然僅占省內全民總建筑的27%,但是能源消耗所占比例達到了66%,而大型公共建筑占總建筑面積的2%,能耗卻占總能耗的5%.由此可見,大型公共建筑單位面積耗能比例居各類建筑的能耗之首,是一般公共建筑能耗的2倍.期中,在一般公共建筑中,商場、超市之類的建筑單位面積能耗最高,其次是酒店、賓館之類的建筑,分別是居住類建筑單位能耗的11倍和10倍,而辦公類的建筑單位能耗雖然比較低,但是由于其總面積的龐大,使得辦公類建筑的能耗占公共建筑能耗的44%,由此可見,安徽省境內建筑能耗比較大主要體現在商場、酒店以及辦公樓等.據調查,該三者能耗比較大的主要原因是空調系統的使用,占據總能耗的53%,辦公設備占26%,而照明設備等僅占21%,這一比例根據不同的建筑性質也有所改變.

1.3安徽省光伏建筑情況

近些年來,隨著國家能源的緊缺以及建筑節能環境的迫切需求,政府加大了對光伏發電的補貼力度,在國家發改委提出的借助于價格促進光伏發電健康發展通知的基礎上,安徽省針對光伏發電系統采取了電價降價或者電價補貼策略,由于安徽省地處我國中等太陽能資源地區,對光伏發電電價執行每千瓦時收取1元的價格,分布式廣發發電用戶可以享受每千瓦時0.42元的電價補貼.同時,建筑屋頂、光伏發電建筑等光伏發電站,按照其發電量給予每千瓦時0.02元的補貼,補貼連續時間為15年.在安徽政府強有力的補貼和支持下,安徽省各個地區大規模開展了光伏發電系統,開始注重建筑的光伏發電一體化技術.例如,2015年,安徽合肥市第一個光伏商業建筑屋頂開始建設,選擇地點為合肥市一個農產品市場的屋頂上,通過接近一年的建設,已經開始投放使用.該農產品市場占地1200多畝,屬于華東地區最大的農產品批發及物流配送中心,凈化工程www.schrjh.com,建筑面積接近100萬m2,其中可以用做光伏發電系統的屋頂面積也達到20萬m2,最后,該光伏建筑實現了年均發電量1500萬kW•h,,意味著每年可以減少15000t的二氧化碳排放和500t的二氧化硫排放,在滿足該農產品市場周邊的用電需求外,還有效減少了建筑的能耗,實現建筑的綠色環保.然而,由于安徽省光伏發電系統在建筑的應用起步較晚,與其他地區的光伏建筑一體化已久存在一定的差距,遠遠不能滿足安徽境內的能耗需求.另外,安徽省屬于三等光照強度地區,太陽能資源比較豐富,在政府的大力支持下,安徽光伏發電系統在建筑中的應用還有進一步的發展空間.

2光伏發電系統在建筑中的適用場所

光伏發電系統在建筑中的應用比較廣泛,限制性較小,通過對安徽省公共建筑的能耗分析,在建筑中應用光伏發電系統可以進一步提升建筑的節能水平和環保質量[2],因此,根據建筑的分類以及使用情況,分布式光伏發電系統在建筑中的適用場所可以有以下幾種:(1)工業廠房.工業廠房具備較大的屋頂面積,并且比較平整,有利于光伏發電系統的安裝;另外,工業用電價格比較貴,在工業廠房中采用光伏發電系統可以緩解工業高用電情況,減少工業生產的成本,同時還可以最大限度的利用廠房,提升建筑的使用效率;(2)商業建筑.首先,根據商業建筑的用電特點,屬于白天用電高峰、夜間用電低谷,恰好與光伏發電的發電特性相匹配;其次,商業建筑比如商場、辦公樓等建筑屋頂普遍采用水泥材料,更有利于光伏發電系統的布置和安裝;最后,根據安徽商業建筑的能耗情況,在商業建筑中采用光伏系統可以對能耗的降低起到關鍵性作用;(3)高校校園.現代的高校校園不再局限于教學活動,高校與社會的相互交流也在一定程度上影響著高校校園建筑的能源消耗水平.在校園建筑中采用光伏一體化技術,一方面利用綠色環保的技術解決高校建筑用電量大用電復雜的問題;另一方面,光伏系統是獨立于城市電網之外的能源儲備,故有著良好的自適應性.對高校校園的綠色化發展提供了良好的保障.

3光伏發電系統在建筑中的應用研究

3.1光伏發電系統在建筑外墻體中的應用

據研究表明,建設的外墻體和太陽光的接觸面積最大、最廣,也是吸收太陽光能量最多的結構地方,尤其是當今城市,為營造一個美化的市容市貌,將大多數高層建筑的外墻都采用了玻璃幕墻[3].因此,可以借助于當前城市的建筑,將光伏發電系統簡化成光伏電池內置于玻璃幕墻之中,這樣,不僅可以起到美容和裝飾城市的作用,還可以合理的利用太陽能進行發電,以供該建筑的內部電能源消耗,起到了一舉兩得的作用.這種由PV板和玻璃制成的光電幕墻,由太陽電池芯以及雙層玻璃組成,芯片夾在玻璃中間,芯片之間留有一定間隙以提高透光性,芯片面積占70%左右,即不僅可以有效解決了玻璃墻的遮陽,還有效降低了建筑的熱負荷,同時還有30%的采光度.然而,在采用光伏發電電池板內置于玻璃幕墻過程中,首先需要考慮幕墻玻璃的透光度,在充分發電的基礎上,不能影響建筑內部的采光,以確保屋內的光線透入量;其次需要考慮的是建筑外墻設計的角度設計,這樣可以確保無論太陽升起還是落下時,都能讓光伏發電電池得到更多的光照;最后需要考慮其安全性,在設計光伏發電電池排布中,需要同時將建筑的開窗設計以及人群的密級程度等考慮在內,確保建筑低層部分光伏發電的安全性[4].

3.2光伏發電系統在建筑屋頂中的應用

一般建筑的屋頂設計都比較平整,同時,建筑的屋頂部分可以更多角度地接受太陽光的照射.因此,在建筑的屋頂布置光伏發電系統有著得天獨厚的條件.另外,屋頂的光伏發電系統除發電作用之外,還能起到一定的遮陽、隔熱作用,有效降低建筑內部在夏天時的熱負荷.再者,在建筑的屋頂使用光伏發電系統,可以實現光伏建筑屋頂一體化技術,大大降低了光伏材料的成本,使得單位太陽能能量轉換設施的價格減少,有效地提升了建筑屋面的綜合功能(見圖3).然而,雖然建筑屋頂中的光伏發電系統在安裝布置過程中要求相對較低,但是依舊可能會造成屋頂的防雨雪問題,這個問題可以以及不同地區的不同天氣情況進行針對性的設計,在雨雪比較多的地方,可以將光伏屋頂一體化設計成具有一定角度的斜坡,在安徽境內,由于雨天比較多,雪天比較少,可以將該斜面角度設計比較小一些,與太陽光成最佳照射角,提升光伏發電效率[5].在光伏屋頂設計中,太陽能瓦是由太陽能光伏電池和屋頂瓦板結合而成的產品,該材料實現了太陽能和建筑的完美結合.可以直接將該系統安裝在屋頂,無需支架,另外,太陽能模板的尺寸、形狀以及鋪設時的方法和普通瓦一樣,簡單高效.這樣,可以實現光伏發電系統和建筑的完美一體化設計,將天陽能瓦直接鋪設在建筑的屋頂,不需要多余的固定和安裝材料,不僅可以降低安裝時的成本,還與建筑的屋頂結構完美融合于一體,外形、尺寸以及安裝方式等都與普通瓦相似,起到了綠色環保的作用.

3.3光伏發電系統在建筑天窗中的應用

在房屋建筑中,天窗一般都用來屋頂的采光,但是過大或者過多的天窗會讓建筑內部空間透過過多的陽光.因此,選擇性的在部分天窗中應用光伏發電系統,不僅可以起到發電節省能源之外,還可以緩解天窗陽光直射的亮度.用光伏發電板替代傳統的天窗,可以讓室內的采光得到最佳,實現屋內免用電照明,根據光照的不同,可以將光伏板天窗設計成為不同的透明程度,借助于光伏板的透光和縫隙的透光,讓發電之余避免屋內的采光.另外,光伏發電板的天窗設計可以采用不同形狀的設計和不同角度的布置,對于多種類型的建筑設計具有較強的適應能力和美觀要求(見圖4).由圖可知,光伏板天窗采用了透明性比較好的光伏板,并且可以利用光伏板之間的間隙進行采光.另外,天窗的造型是多樣化的,圖中類似井格狀的天窗起到了很好的室內效果.天窗光伏系統的布置很好的滿足該教學樓簡單的教具用電需求,同時還為學生的學習提供了最佳的光照氛圍.

3.4光伏發電系統在建筑其他元素中的應用

光伏發電系統在建筑中的應用不僅僅局限于屋頂、天窗以及外墻,只要有太陽照射的地方都可以用來進行光伏設計,比如,建筑中遮陽板、陽臺以及空調遮擋或遮雨棚等,都可以用來進行光伏發電(見圖5).由圖可以看出,將不透明的太陽能光伏板用做了遮陽板,在給該建筑物提供電力的同時,改善室內的光照,避免炫目的感覺.這些建筑的元素完全可以和光伏發電系統設計為一體化,用不透明的光伏發電板替代遮陽板或者防雨棚等,凈化工程www.schrjh.com,在合理發電之余使建筑增添了外在的美,同時將投入到屋內的光線變得柔和,對室內的采光環境也有著良好的改善[6].光伏發電系統在建筑中的多元素和多維利用,讓建筑在有效降低能源消耗以外,還提升了該建設的檔次,成為一種綠色的時尚和典型的品牌,起到了對城市以及社會的綠色、節能引領作用.但同時在多元素光伏發電建筑一體化設計中,需要對其進行科學合理的計算,滿足建筑的強度要求和三防需求等.

4建筑中采用光伏發電系統的節能效果分析

4.1光伏建筑的綠色環保效果

光伏建筑一體化的建筑為光伏發電系統的布置提供了足夠的面積,不需要單獨的占別的土地,還可以減少傳統光伏發電系統安裝的支架等材料.另外,光伏發電系統的材料如太陽能硅電池等屬于半導體材料,在工作過程中無噪音,不會帶來額外的噪音污染;其次,光伏一體化建筑可以實現用電的自給自足,減少了輸電的損耗,降低了用電的分配污染和維修支出;再次,光伏建筑在光照強度加強,發電效率最高時,恰逢建筑的用電高峰.因此,光伏建筑一體化系統在保證自身建筑的用電之外,在一定條件下可以向外供電,有效緩解了用電高峰時的電網壓力;最后,光伏發電系統在建筑的應用可以于建筑融為一體,將光伏發電系統內置到建筑內部結構中,增添建筑的美學之外,促進了建筑的綠色化設計.

4.2光伏建筑節能效果分析

在建筑中應用光伏發電系統,其節能效果是非常顯著的.首先,最直接的節能效果就是充分吸收天陽能,轉換成為建筑所需的大量電力,有效降低了非環保能源的消耗以及電網輸送的成本,為低碳環保事業的發展提供了有力的支持;其次,就是用光伏發電板替代傳統的玻璃天窗以及遮陽板等結構,在不減少原來作用的基礎上,還對太陽的輻射進行了吸收和利用,提升了其遮陽、隔熱的效果,降低了炎熱夏天中建筑室內的溫度,同時減少了屋內制冷電器的使用頻率,間接上節省了能源的消耗,加強了其節能的效果;最后,由于我國當前發電形式依舊以火力發電為主,在建筑中廣泛的采用光伏發電系統,可以有效降低社會對火力發電的需求,這樣不僅緩解了用電高峰期能源的緊張局面,還對綠色環境的營造、低碳意識的培養和節能效果的提升都具有一定的積極意義.

4.3光伏建筑節能經濟效益分析

光伏發電系統在建筑中的應用,不僅起到了一定的節能作用,還對經濟效益的提升具有良好的促進作用.雖然光伏發電系統初期投入力度較大,同時安裝成本也比較高,但是光伏發電系統屬于一次性投入,即初期投入,長久使用.例如,在某建筑中采用光伏發電系統,假設安裝一臺1千千瓦的光伏發電系統,南墻面傾角為90°,峰值日照小時數為3.5h,取系統效率為80%,以安徽省光照強度和時長計算,該建筑一年可以發電量為1000×3.5×80%×365=1022000kWh,即超過1百萬千瓦時的電力,在整個系統的安裝、布置以及人工、材料費用大約為800萬.現按照當前商業用電約為0.8元/kWh,計算可得,該建筑每年都可以節省電費約80萬元,也就是意味著10年的時間就可以收回前期的投資,按照光伏發電系統25年的使用壽命,在10之后的15年里,該光伏發電系統就可以節省約為1200萬的電費支出,扣除日常的維護以及檢修之外,依舊可以有1000多萬的經濟效益.由此可見,在未來的發展中,光伏發電系統有著長遠的經濟效益,體現了光伏發電綠色建筑的節能效果和綜合收益的回報.

5結語

城市的發展不斷加快,建筑物的數量持續增長,如何實現建筑節能和降低能耗成為建筑行業的難題.隨著光伏發電技術在建筑中的應用,解決這一難題也將成為可能.因此,在建筑中采用光伏發電系統,通過與建筑的屋頂、天窗、外墻等多元素的完美結合,不僅可以有效降低建筑內部的能耗,還提升了建筑的經濟效益,使得其在綠色環保、節能效果方面都得到了加強,值得在更多建筑中推廣和使用,共同營造一個綠色環境和低碳生活.

參考文獻

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[2]熊博越.安徽省光伏發電政策價格研究[D].上海:上海交通大學,2014.

[3]張長志.光伏發電系統在綠色建筑中的應用及其節能研究[J].科技與企業,2015(9):102-102.

[4]蔡銀龍.光伏發電系統在綠色建筑中的應用及其節能研究[J].科技資訊,2014,12(22):128-128.

[5]張健.分布式光伏發電在建筑中的應用實踐探討[J].安徽建筑,2016,23(4):242-243.

[6]李水清.光伏發電系統在綠色建筑中的應用及其節能研究[J].中華建筑,潔凈室www.hrjhgs.com,2015(8):144-145.

作者:梁楠 單位:安徽工程大學 在线看日本免费不卡资源,日本免费网址大全在线观看,日本不卡免费一区二区

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