用光伏幕墙改变城市
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摘 要：科技的进步，促进人们对能源需求的增多。能源是发展国民经济、提高人民生活质量的重要的物质基础。随着人类社会的不断发展，人们对能源的需求不断增加，导致人类面临着能源紧缺、环境恶化、生态破坏、温室效应等一系列的严峻问题。为适应人类可持续发展，世界各国大力开发可再生能源，力图摆脱依赖常规能源的现状。作为当前最理想的可再生能源，太阳能因其在任何有太阳存在的地方都可以使用而备受人们关注，同时它还具有取之不尽、用之不竭以及安全环保等优点，是今后代替不可再生能源发展的战略性领域。光伏幕墙正是利用太阳能与现代建筑的完美结合。它是将太阳能光伏发电组件安装在建筑物的维护结构外表面来获得电力的一种新型的建筑能源。它在为建筑提供绿色电力的同时，还具有遮阳和隔热的功能。除此之外，由于其造价低、调节电网峰谷和代替某些建材等多种功能，而逐渐步入商业应用领域并逐步发展成为基本电源之一的重要方式。本文就用光伏幕墙改变城市展开探讨。
关键词：光伏幕墙;太阳能;建筑
1 引言
太阳能光伏幕墙颠覆了我们对于玻璃、墙面、建筑乃至城市的认知与想象。在过去，拥有着悠久历史的玻璃建材，仅仅只是建筑的一个组成部分。太阳能光伏幕墙创造性地将先进的薄膜太阳能技术“植入”，让普通玻璃变身“发电体”，颠覆了人们对传统玻璃的想象。其次，太阳能光伏幕墙作为一种高科技的新型绿色建材，可以和建筑的墙面结合在一起，成为会发电的墙，这颠覆了我们对于墙的想象。太阳能光伏幕墙让每一栋建筑，不仅节能，还主动创造能源，成为绿色发电站，颠覆了对于建筑的想象。太阳能光伏幕墙让成千上万座建筑成为绿色、甚至成为净零能耗建筑，由此可以诞生出了一个相互连接、电力能源自我依赖的城市，实现真正的生态城市，颠覆了对于城市的想象。
2 光伏幕墙的优点和分类
光伏幕墙是光伏建筑一体化应用的一种新形式，即在传统幕墙的基础上，有机结合太阳能电池光伏组件，根据光伏发电原理，将太阳光能直接转化为电能。光伏幕墙把太阳能纳入到现代建筑的总体设计中，相互间有机完美地结合，进而形成了集建筑、技术和美学于一体的新型建筑。光伏幕墙赋予了建筑物新的功能、新的属性，它使得建筑物能够给人居住的同时还提供了能源，是未来太阳能光伏发电技术与建筑节能发展的主流方向。太阳能光伏幕墙直接将太阳能转化成电能，是一种适用范围广、不需要燃料就能获取电能的新型技术，也是所有利用太阳能的方式中最重要、最理想、最具应用前景的技术之一。它具有以下优点：①结构简单、安装容易，同时能有效利用建筑外表面，比如屋顶和墙面，而无需另外占用土地来架构其他设备，大大节省了土地资源;②不需要架设长距离输送电力的设备，原地发电原地使用，避免了因传输过程带来的线路损耗;③夏天能有效降低墙面和屋顶过高的温度从而改善了室内环境，同时也解决了电网峰谷供需矛盾;④太阳能光伏幕墙是最理想的清洁能源，在使用过程中不会产生任何废弃物以及噪音等对环境有害的影响。一般来说，光伏幕墙大体上可分为两类：独立安装型和建材安装型。独立安装型，是指通过特殊的组件把太阳电池板与周围的幕墙结构连为一体，从而创造出独特的建筑美学效果。同时，它的成本较低、价格较便宜。建材安装型，则要求把太阳能组件直接融和在特殊的建筑材料内进行生产，制成譬如幕墙、外墙单元等建材的形式。建材安装型较独立安装型的技术要求更高。
3 竖向节能光伏幕墙一体化系统简介
（1）设计原则。竖向节能光伏幕墙一体化系统设计应遵循以下原则。①系统结构以及涉及到的电气上的安全性以及光伏元器件的性能指标等，主要包括材料的选择、荷载计算、耐候性分析、防雷、走线以及逆变器的选型等。②光伏幕墙与建筑是否匹配，外观是否协调一致，同时需进一步了解建筑物方位、建筑所在地全年日照数据等。③系统的使用能有效降低建筑能耗，但是有可能增加对流换热，所以通风以及中央空调等的计算设计需要与系统切合。（2）运行方式。光伏建筑一体化运行方式一般分为独立运行和并网运行。并网运行是指太阳能组件产生的直流电经过并网逆变器转换成符合市电电网要求的交流电之后直接接人公共电网，与大电网互为支撑伙独立运行与并网运行组成主体相似，均需要太阳能电池板、控制器和逆变器三大部分，但独立运行未与公共电网相连接，输出功率提供给本地负载，结构相对简单，竖向节能光伏幕墙一体化系统采用独立运行方式。（3）系统原理。竖向光伏幕墙一体化系统是将竖向装饰玻璃幕墙与光伏发电技术相结合，其基本原理如下：竖向装饰玻璃幕墙选用透光率较高的超白钢化夹胶玻璃，将太阳能光伏电池板与夹胶玻璃技术相结合，把光伏电池板放置在两片超白玻璃中间，使用专用配线串联而成，每块夹胶玻璃中均设置两块光伏电池板，便于收集更多的太阳能，各光伏电池板的配线连接在一起，将转化后的电能输人充放电控制设备中，充放电控制设备根据需要，将部分电能直接存人蓄电池待用，另一部分通过逆变器转化为交流电，供应给交流负载使用，最后一部分通过充放电设备后直接传输给直流负载;根据设计设置相应的配电室，充放电控制设备、逆变器和蓄电池等系统元件均放置在配电室内。
4 光伏建筑一体化系统并网发电系统设计
光伏建筑一体化系统中并网发电系统主要有光伏组件、逆变器、控制器和工频变压器四个部分。光伏电池产生的电能先由逆变器转变成与电网相同的正弦交流电流，经过工频变压器再并入电网。控制器主要获取电能转换过程中的所有检测信号，并控制逆变器转换出电流的频率、相位及电压等参数，必须满足光伏发电系统的输出电压、频率和相位参数与电网相同。光伏发电的并网供电必须要确保其供电质量和并网监控保护措施。目前许多国家对光伏发电并网出台了相关政策，采取了相应的措施，颁布了相应的技术指导，实现了光伏发电与公共电网的安全可靠连接。
5 我国光伏幕墙的市场前景
目前，我国大约有500亿m2的建筑面积，屋顶面积约达50亿m2，算上南立面约有60亿m2的面积可利用。假如将20%的面积都安装上太阳能电池，则可以装120GWp。据权威部门预测，到2020年全世界光伏发电量将占总发电量5%。20世纪90年代到本世纪初，我国光伏幕墙已扩展到通信、交通、气象、国防等经济发展的各个领域，并以平均每年用量约30%的速度增长。市场需求量以平均大约70%的速度发展。隨着我国光伏产业技术的不断发展，能力不断增强，成本随之降低，光伏幕墙的质量、规模都将会得到大大的提升。预计本世纪前30年，平均年装机约100MWp，累计装机容量约达2000MWp。由此可见，市场前景非常广阔。
6 结语
随着清洁能源的推广和应用在全球达成共识，中国也非常重视清洁能源的应用和发展，生态文明被写入宪法，“蓝天保卫战”“绿水青山”的理念已深入人心，出台的各项政策也取得很好成绩。太阳能不仅可以在屋顶上应用，还完全可以在墙面上大面积应用来大幅提升清洁电力的利用水平。
参考文献：
[1] 北仑新闻网.全球最大光伏建筑一体化项目落户浙江[J].浙江电力，2015（7）：73～74.
[2] 罗尧治，吴成万，周南等.太阳能光伏建筑一体化设计与施工概述C].庆祝刘锡良教授八十华诞暨全国现代结构工程学术研讨会，2015.
[3] 鞠晓磊，曾雁.《民用建筑太阳能光伏系统应用技术规范》实施要点[J].建设科技，2017（17）：42～45.
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