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光伏建筑發展的影響及作用

來源:網絡|發布時間:2021-03-29|瀏覽次數:
光伏建筑發展的影響及作用作者:徐燊 單位:華中科技大學建筑與城市規劃學院

1光伏建筑設計中的難點

光伏板不同于傳統建材,不應該只是簡單的附加到建筑表皮上。從建筑設計的角度,需要考慮光伏材料的色彩、質地等美學要素,保溫隔熱等物理因素;從能源角度來看,建筑是一座電站,光伏材料對建筑形體提出要求,要最大效率的利用太陽能;同時設計中要兼顧造價成本和發電收益。因而,優秀的光伏建筑設計應該是既滿足光伏發電功能,又與建筑物友好,從而提升建筑物的使用功能和美感的綠色節能作品,如此的設計有以下幾個難點。

1.1難點在于建筑整體性節能策略光伏建筑的前提是節能建筑,與其他節能技術并行不悖——適當減小形體系數,提高外墻材料的保溫性能,增加門窗氣密性防止空氣滲透,考慮建筑朝向以被動式利用太陽能,必要的遮陽,考慮自然通風,充分利用自然采光等。不能因為使用光伏材料的使用而導致建筑表皮熱阻下降或者引入過多的太陽輻射熱,出現左手在節能右手又在耗能的矛盾。

1.2難點在于設計過程中多專業的協作在光伏建筑設計中,建筑設計一如既往是項目設計的龍頭,因而建筑師必須具備廣博的知識,掌握光伏材料的基本特性和設計要點。在整個項目階段,各專業的相互支持和密切配合是項目成功的關鍵。

1.3難點在于集成的技術與藝術光伏材料為建筑設計提供新的元素,光伏技術對建筑造型提出一定的要求,建筑與光伏的結合需要工程的嚴謹和藝術的靈感,這是難點,也是建筑創作的著力點和突破口。一般而言,集成設計中要考慮的要素有:建筑的布局和朝向、建筑的造型和體量、周邊建筑的布局和高度、建筑的結構和模數、其他建筑材料和光伏材料在色彩、質感上的對比和融合、光伏構件的細部構造設計、建筑能耗和光伏發電的模擬、光伏構件的建筑物理特性、建筑最終表現力以及使用者的觀感評價等。

1.4難點在于設計前期的分析與決策

建筑的概念設計和方案設計階段,設計的伸縮性和可調性較大。光伏建筑在設計前期初步確定的建筑形體、光伏板布置的位置和方式、光伏材料的種類和色彩等問題,也就基本決定了該項目的光伏發電效果和建筑表現力。在此階段,我們可以借助計算機的建筑模擬得到建筑形體和光伏陣列布置方案的年發電量,檢驗光伏構件的陰影問題,從而優選和優化設計方案。

2光伏建筑設計面臨的阻力

國外光伏建筑已經有一定的普及程度,我國目前還處于示范工程為主、逐步走向普及的階段。雖然在奧運和世博等項目中率先有所應用,但總體實踐經驗相對較少,加上光伏建筑基于利用太陽能的考慮,受氣候、場地以及地理緯度等因素影響較大,我國幅員遼闊,南北差異巨大,個別特殊項目難以提供普遍性經驗。同時,我們也往往看到,光伏建筑的推動者是設備或者電器等專業技術人員、光伏制造企業。建筑師由于自身專業背景的局限,以及國內紅火的設計市場,對光伏建筑發展的貢獻較小。這就形成巨大的反差,要實現真正的節能建筑,建筑師必須成為排頭兵,因為建筑設計是行業龍頭,建筑初期設計階段的節能潛力最大,光伏構件集成效果最好。因此,幫助建筑師跨越專業的圍墻,是促進光伏建筑發展的有效手段。但從筆者在一級注冊建筑師再教育的經歷看來,來自光伏企業的專家講授的光伏建筑設計,因信息對建筑師缺乏可操作性,在場數百名建筑師叫好卻不叫座。總結下來,建筑師視角下光伏建筑發展的阻力列表有如下幾點。

3光伏建筑設計中的基礎性問題

3.1光伏電池的材料特性和發電效率常見光伏電池的材料是單晶硅、多晶硅、非晶硅和化合物材料(CdTe和CIS)。一般而言,晶體硅材料光電轉化效率高,但造價高、轉化率隨溫度升高顯著降低、對太陽直接輻射敏感;但非晶硅和化合物材料的上述特性剛剛相反(圖略)。這些特性對工程中選用何種光伏材料將產生影響。例如:晶體硅光伏電池夏季高溫狀態下的輸出功率甚至不如日照輻射低的冬季;晶體硅材料背面設置通風間隙來降溫對發電效率有顯著改善;非晶體硅由于對太陽直接輻射不敏感,所以陰影和朝向問題不如晶體硅那么顯著;非晶體硅可制造成易彎曲的薄膜電池,也擴大了其應用領域。

3.2光伏材料的色彩光伏電池的顏色以藍色、深藍色或黑色為主,當光伏構件一些覆上反光涂料,可以呈現紫色、金黃色、棕色、綠色、銀灰色等顏色,為建筑設計提供了多種選擇(圖略)。

3.3關鍵的陰影問題太陽能光熱技術或者其它太陽能利用也存在避免陰影的問題,凈化工程www.schrjh.com,但在光伏建筑中,陰影問題更關鍵。光伏模塊中最小單位的太陽能電池被串連在電路中(圖略),陰影遮擋下的光伏電池非但不能產生電能,本身反而成為電路中的電阻,潔凈室www.hrjhgs.com,由此影響整個系統的光電轉化率,并縮短太陽能電池的使用壽命。

4光伏建筑發展的潛力

4.1市場潛力世界光伏產業自90年代中后期進入快速發展時期,最近10年太陽能電池的年平均增長率為41.3%,最近5年的年平均增長率為49.5%,而2008年市場增長110%。我國地域遼闊,陽光充沛,雖然目前光伏市場較小,但發展潛力較大。據估算,如果2020年我國光伏發電總量為450TWh,總裝量30GWp,僅需占地300km2,假設太陽能光伏電池全部安裝在城鄉屋頂,凈化工程www.schrjh.com,占用城鄉屋頂面積的7.5%,具有非常巨大的市場潛力。2009年3月,國家推出光電新政(財政部、住房和城鄉建設部印發《關于加快推薦太陽能光電建筑應用的實施意見》,同時下發《太陽能光電建筑應用財政補助資金管理暫行辦法》),實施中國的“太陽能屋頂計劃”。補貼標準為20元/W,相當于光伏電池安裝成本的一半左右,這無疑給光伏建筑的普及注入強心劑。

4.2環境壓力諾曼福斯特爵士說:“太陽能建筑并不是為了追求時尚,而是為了生存。”推廣光伏技術有利于節約能源,減少溫室氣體排放,緩解環境壓力。面對我國人均資源占有量相當匱乏的嚴峻現實,發展光伏建筑勢在必行。

4.3社會效益建筑也是文化和信息的承載者和傳遞著,光伏建筑往往因為出眾的造型和華麗的外表格外吸引人們的眼球。相對其他綠色節能技術而言,光伏技術是可見的,因而投資者和使用者更容易接受,同時它也對大眾宣傳綠色理念產生潛移默化的教育作用。 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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