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中圖分類號:C93 文獻標志碼:A文章編號:1673-291X(2010)28-0213-02
一、太陽能與建筑一體化概念
太陽能與建筑一體化是指根據(jù)節(jié)能、環(huán)保、安全、美觀和經濟適用的總體要求,將太陽能利用設施與建筑有機結合,利用太陽能集熱器替代屋頂覆蓋層、保溫層或獨立的構架,實現(xiàn)與建筑的同步設計、同步施工、同步驗收、同步后期管理,使其成為建筑有機組成部分的一種理念、一種設計、一種工程的總稱。既消除了太陽能對建筑物形象的影響,又避免了重復投資,降低了成本,是未來太陽能技術發(fā)展的方向。具有以下的特點:(1)把太陽能的利用拉入環(huán)境的總體設計,把建筑、技術、美學融為一體,太陽能設施成為建筑的一部分,相互間有機結合,取代了傳統(tǒng)太陽能的結構所造成的對建筑的外觀形象的影響。(2)利用太陽能設施完全或部分取代屋頂,可減少成本,提高效益。(3)可用于平屋頂、斜屋頂或各種構筑物,一般對平屋頂而言用覆蓋式,對斜屋頂用鑲嵌式或天窗式。
二、太陽能與建筑一體化現(xiàn)狀
一直以來,太陽能等可再生能源在建筑技術上的完美應用是企業(yè)夢寐以求的追求,太陽能與建筑結合創(chuàng)造的低能耗高舒適度的健康居住環(huán)境,不僅讓住戶家庭生活的更自然更環(huán)保,而且能節(jié)能減污,對實現(xiàn)社會可持續(xù)發(fā)展具有重大意義。太陽能――作為一種免費、清潔的能源,在民用建筑中的應用,將關系到可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略,經過多年的開發(fā)利用,太陽能的利用已取得顯著的成果,推廣應用的范圍也在不斷擴大,而太陽能與建筑的一體化結合,也在民用建筑中越發(fā)呈現(xiàn)出其不可替代的地位,并成為民用建筑中的一個新亮點。
三、太陽能與建筑一體化的發(fā)展方向
目前,太陽能的利用越來越受到人們的關注和依賴,但太陽能供熱設備的非定常性,對氣候條件和輻射條件的依賴性等特點,要求我們必須對建筑用能負荷進行準確的預測,才能夠在設備與建筑的匹配上作出設備投資和節(jié)能效益的最佳選擇。綜合考慮社會進步,技術發(fā)展,太陽能與建筑一體化的發(fā)展方向,一是成熟的太陽能技術在坡屋面和立面上的綜合利用;二是保溫隔熱的維護結構技術與自然通風采光遮陽技術的有機結合;三是傳統(tǒng)建筑構造與現(xiàn)代技術理念的融合;四是建筑的初投資與生命周期內投資的平衡;五是生態(tài)驅動設計理念向常規(guī)建筑設計滲透;六是綜合考慮區(qū)域氣候特征、經濟發(fā)達程度、建筑特征和人們的生活習慣等因素。
四、太陽能與建筑一體化示范項目
位于西安市鐵塔寺路的“五一錦苑”項目,該工程為三棟住宅樓,該住宅樓每棟樓為地上十七層,一層4戶,共68戶。設計安裝太陽能中央熱水系統(tǒng),全自動化控制,設計安裝樓內熱水主管道及分支管道的埋入戶到衛(wèi)生間和廚房,太陽能熱水系統(tǒng)與建筑完美結合采用集中集熱,分散供熱的一體化設計及施工。
集熱器的選用型號為:采用HXLJG-26/Φ58型豎插式模塊(Φ58×1.8m×30支,28塊)。集熱器布置在坡屋面構架上,傾角與構架邊框等同,與原建筑坡屋面鑲嵌式一體化結合,傾斜角度為200(如下頁圖所示)。
五、太陽能與建筑一體化技術若干問題的思考
(一)結合形式趨于多樣化
以上工程中雖然體現(xiàn)了鑲嵌式完美的結合,但太陽能集熱器的安裝傾角為200,并不是太陽能安裝的最佳角度,但我們充分考慮了面積的補償。隨著建筑物的不同,太陽能與建筑真正的一體化結合,形式有很多,一般二十層以下的建筑物完全利用屋面所提供的集熱面積就可滿足用戶的的熱水需要,可做成飄板式、廊架式、集群式、陣列式等等,只要與建筑物的構件有機結合,達到安全、實用、美觀、大方的要求即可。當建筑物超過二十層,屋面所提供的有效面積往往不能滿足用戶的要求,最佳的方案就是利用南立面墻(包括陽臺等)分散集熱和屋面集中集熱的方式共同解決高層建筑中的熱水供應問題。在賓館、學校、醫(yī)院等需要熱水的多層建筑中利用太陽能熱水系統(tǒng),往往屋頂面積較大,結合形式簡單,利用率高。所以,多角度、多方位的太陽能與建筑一體化產品必將成為未來綠色、環(huán)保、節(jié)能建筑不可或缺的元素之一。
(二)存在的問題
雖然一體化示范項目比較成功地解決了高層建筑中的太陽能熱水問題,但還存在以下諸多問題:(1)太陽能集熱器和建筑物一體化完美結合,往往角度不是最佳吸熱角度,朝向不是正南等問題最為突出,應該對計算的集熱面積進行補償,但國家標準《民用建筑太陽能熱水系統(tǒng)應用技術規(guī)范》中沒有明確的規(guī)定,給太陽能與建筑一體化的設計應用帶來極大的不便;(2)一是人才缺乏交互性,二是研發(fā)缺乏整體性,三是推廣缺乏群眾性,四是效果缺乏可評性;(3)設計和利用的過程中還存在很多問題,針對某些特定的地區(qū),有好多參數(shù)不明確,范圍太大,比如年日照時數(shù),水平面上年太陽能輻射照量,太陽能保證率等。
六、如何真正實現(xiàn)太陽能與建筑一體化
太陽能與建筑設計理論強調設計形態(tài)的動態(tài)與變化,而不是僵死的形式;強調設計的系統(tǒng)性,而不是單一項目的自我表現(xiàn);強調與環(huán)境的關系,而不是孤立的設計構筑物;強調環(huán)境科學、技術與文化藝術結合,而不是滿足某些人對建筑成就或象征性表達的片面追求。要求無論在屋面、陽臺、墻面上,都要使太陽能熱水器成為建筑的一部分。同時,確保建筑物的承重、防水等功能不受影響,使太陽能具有抵御強風、暴雪和冰雹的能力。在設計時、要合理布置太陽能循環(huán)管路,事先留出所有管路的通口。并保證系統(tǒng)易于安裝、檢修、維護,運行安全、可靠和穩(wěn)定,盡可能實現(xiàn)系統(tǒng)控制的智能化。是一項系統(tǒng)工程,需要綜合考慮。
將太陽能熱水系統(tǒng)納入建筑設計規(guī)劃,加大太陽能熱水系統(tǒng)結構形式與建筑適應性的研究力度;制定完善規(guī)范的太陽能熱水系統(tǒng)統(tǒng)一標準,提高產品技術水平;國家制定在建筑物上安裝太陽能熱水系統(tǒng)的優(yōu)惠政策,鼓勵安裝太陽能;制定太陽能與建筑結合的相關技術標準、規(guī)范。尤其是針對不同地區(qū)的地方性、區(qū)域性標準。
參考文獻:
[1]鄭瑞澄.民用建筑太陽能熱水系統(tǒng)工程技術手冊[K].北京:化學工業(yè)出版社,2005.
[2]建筑施工手冊編寫組.建筑施工手冊[K].北京:中國建筑工業(yè)出版社,2003.
Discussion of Civil Building Integrated Solar Technology
GUO Wen
(Construction Institute,Shanxi Vocational & Technical College,Xi’an 710000,China)
關鍵詞：太陽能； 光伏發(fā)電；一體化； 建筑
中圖分類號： TK511 文獻標識碼： A
（一）太陽能光伏與建筑一體化技術發(fā)展的時代背景
近現(xiàn)代人類對傳統(tǒng)能源的利用不斷地加劇，人居環(huán)境和能源問題日益嚴峻， 拿我國近幾年的例子來說，大氣污染所造成的危害讓城市的人們飽受煎熬，創(chuàng)造適宜的人居環(huán)境與能源節(jié)約成為當今建筑、環(huán)境領域的熱點問題。根據(jù)住建部統(tǒng)計，建筑運行能耗約占全社會總能耗的三分之一，做好建筑節(jié)能工作對人居環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展至關重要。 建筑能耗主要指采暖、空調、 熱水供應、炊事、照明、家用電器、電梯及通風等方面的能耗。 目前，我國正處于房屋建筑的高峰期，建筑規(guī)模之大，在中國和世界歷史上都前所未有，這些建筑在未來的使用期間內，將大量消耗能源，能源短缺問題將成為我國未來經濟、社會可持續(xù)發(fā)展的重要限制因素。再者，如果現(xiàn)今的建筑、生活能耗還全部依賴傳統(tǒng)的煤、電能源的話，對人居環(huán)境、自然環(huán)境將繼續(xù)造成不可修復的傷害。在這樣的時代大背景下，大力發(fā)展太陽能熱在建筑中的推廣應用， 也是解決我國能源短缺問題和環(huán)境污染問題的關鍵。
現(xiàn)代化的太陽能利用技術在我國可以追溯到上世紀七十年代，但由于技術和應用成本的制約，出現(xiàn)過短暫的停滯，直到九十年代末期，我國在太陽能的利用上才迎來全新的發(fā)展及應用。時至今日，國內絕大多數(shù)建筑及居民使用的太陽能產品還是相對單一，比如太陽能熱水器，太陽能照明等，沒有形成多功能系統(tǒng)，并且沒有與建筑物同時設計，同時施工。太陽能利用還是相對粗糙，而且獨立的集熱系統(tǒng)安裝沒有經過統(tǒng)一的規(guī)劃、設計，嚴重影響城市建筑美觀。本文主要探討在往后的建筑太陽能利用中，大力發(fā)展太陽能光伏與建筑一體化技術，從項目規(guī)劃、決策、設計階段，便引入太陽能光伏與建筑一體化技術的應用。
（二）太陽能光伏建筑一體化的工作原理及特點
太陽能光伏建筑一體化（BIPV）的原理
所謂的太陽能光伏建筑一體化技術，即將太陽能發(fā)電(光伏)產品集成或結合到建筑上的技術。BIPV即Building Integrated Photovoltaic，其不但具有護結構的功能，同時又能產生電能供建筑使用。光伏與建筑一體化（簡稱BIPV）是“建筑物產生能源”新概念的建筑，是利用太陽能可再生能源的建筑，太陽能光伏建筑一體化不等于太陽能光伏＋建筑。所謂太陽能光伏建筑一體化不是簡單的‘相加’，而是根據(jù)節(jié)能、環(huán)保、安全、美觀和經濟實用的總體要求，將太陽能光伏發(fā)電作為建筑的一種體系進入建筑領域，納入建設工程基本建設程序，同步設計、同步施工、同步驗收，與建設工程同時投入使用，同步后期管理，使其成為建筑有機組成部分的一種理念、一種設計、一種工程的總稱。光伏建筑一體化主要是光伏發(fā)電系統(tǒng)通過光伏組件用于建筑屋頂（光電屋頂）、墻面（光電幕墻）、遮陽（光電遮陽板）來獲取電能的一種方式，其工作原理是光伏系統(tǒng)工作時，安裝在建筑物上光伏組件產生直流電源，通過接線盒與逆變器連接，將直流轉換成交流，給建筑物負載供電或給建筑物以外其他負荷供電。光伏建筑一體化的發(fā)電主要有兩種方式，一種是獨立的供電系統(tǒng)，即所發(fā)電能直接用于建筑物內部分負載，過剩時采取蓄電池儲存。帶有蓄電池的可以獨立運行的PV系統(tǒng)是獨立光伏系統(tǒng)。并網光伏發(fā)電系統(tǒng)是與電網相連，并向電網饋送電力的光伏發(fā)電系統(tǒng)。從長遠的角度來看，并網光伏發(fā)電系統(tǒng)更有優(yōu)越性。
（圖1）太陽能光伏建筑一體化應用案例
2、太陽能光伏建筑一體化（BIPV）應該具備的特點
1）、 生態(tài)驅動設計理念向常規(guī)建筑設計的滲透：建筑本身應該具有美學形式，而PV系統(tǒng)與建筑的整合使建筑外觀更加具有魅力。建筑中的pv板使用不僅很好的利用了太陽能，極大的節(jié)省了建筑對能源的使用，而且還豐富了建筑立面設計和立面美學。BIPV設計應以不損害和影響建筑的效果、結構安全、功能和使用壽命為基本原則，任何對建筑本身產生損害和不良影響的BIPV設計都是不合格的設計。
2）、傳統(tǒng)建筑構造與現(xiàn)代光伏工程技術和理念的融合；引入建筑整合設計方法，發(fā)展太陽能與建筑集成技術。建筑整合設計是指將太陽能應用技術納入建筑設計全過程，以達到建筑設計美觀、實用、經濟的要求。BIPV首先是一個建筑，它是建筑師的藝術品，其成功與否關鍵一點就是建筑物的外觀效果。建筑應該從設計一開始，就要將太陽能系統(tǒng)包含的所有內容作為建筑不可或缺的設計元素加以設計，巧妙地將太陽能系統(tǒng)的各個部件融入建筑之中一體設計，使太陽能系統(tǒng)成為建筑組成不可分割的一部分，達到與建筑物的完美結合。
3）、關注不同的建筑特征和人們的生活習慣；普通的太陽能光伏系統(tǒng)，沒有太多的考慮與建筑物的合理結合，集熱板尺寸也是由廠家統(tǒng)一規(guī)格制作，安裝到各式建筑物上便顯得極不協(xié)調。而建筑一體化PV板的比例和尺度必須與建筑整體的比例和尺度相吻合，與建筑的功能相吻合，這將決定PV板的分格尺寸和形式。PV板的顏色和肌理必須與建筑的其他部分相和諧，與建筑的整體風格相統(tǒng)一。例如，在一個歷史建筑上，PV板集成瓦可能比大尺度的PV板更適合，在一個高層的建筑單元中，工業(yè)化的PV板更能體現(xiàn)建筑的性格。
4）、保溫隔熱的圍護結構技術與自然通風采光遮陽技術的有機結合；精美的細部設計，不只是指PV屋頂?shù)姆浪畼嬙?，而要更多關注的是具體的細部設計，pv板要從一個單純的建筑技術產品很好的融合到建筑設計和建筑藝術之中。光伏系統(tǒng)和建筑是兩個獨立的系統(tǒng)，將這兩個系統(tǒng)相結合，所涉及的方面很多，要發(fā)展光伏與建筑集成化系統(tǒng)，并不是光伏制作者能獨立勝任的，必須與建筑材料、建筑設計、建筑施工等相關方面緊密配合，共同努力，才能成功。
三、太陽能光伏建筑一體化的綜合效益
1、太陽能光伏建筑所帶來的經濟效益
由于太陽能能量密度較低并且高度分散，為了提供所需的能源，必須有足夠的接受面積。據(jù)測算，為了滿足 2009年全球電力的需求，以太陽能電池平均轉換率 10%計算，需要的面積相當于德國和意大利兩個國家面積總合的 1.5倍。我國 2009年的發(fā)電量約為3億 MW ?h，如果全部用太陽能電池發(fā)電，其接收面積約為37500km2，是大連市面積的三倍之多。 光伏建筑一體化的誕生，恰恰解決了以上問題，促使人們向“屋頂要能源”，充分利用建筑物的面積，將清潔能源與建筑藝術緊密結合。產生的電能可以補充業(yè)主的電力需求，在正常的工作狀態(tài)下，太陽能光伏建筑一體化只需一次性投入，后期則在建筑的壽命期內，節(jié)約了大量的電費。
2、太陽能光伏建筑所帶來的社會效益
由于使用傳統(tǒng)能源引起的全球氣候、環(huán)境問題正開始迅速影響我們普通老百姓的生活，也越來越受到全球的高度重視。氣候變化已使全球自然災害發(fā)生的頻率和烈度不斷增加。使用太陽能光伏發(fā)電替代部分常規(guī)礦物能源發(fā)電 100千瓦時，可省燃油 26升或省煤50千克，這也意味著少排放 57千克的二氧化碳、71克的二氧化硫和 75克氮的氧化物。間接地創(chuàng)造出顯著的社會經濟效益。
四、我國推廣應用太陽能光伏建筑一體化的必要性
1、建筑更新高峰期，BIPV技術的應用將改變能源利用格局
當前我國正處于城鎮(zhèn)化建設的期，每年的建筑總量達 20億平方米之多，超過了世界上發(fā)達國家同期建筑之總和。而且此階段還將持續(xù) 30年以上，總的建筑量將翻番。未來 30年我國的建筑總量將超過歷史形成的既有建筑之總量。這些建筑的能源使用效率將決定我國能耗和二氧化碳氣體排放的水平。正因為這一“空前絕后”的建設機遇和太陽能建筑一體化的推廣將引發(fā)建筑學新的革命，并且改變傳統(tǒng)能源利用的格局。
（圖2）太陽能光伏建筑一體化應用案例
2、新能源發(fā)展必然趨勢
據(jù)各國可靠數(shù)據(jù)，如果按現(xiàn)在人類開發(fā)和使用傳統(tǒng)的石油，天然氣的速度，我們大約還可以開發(fā)50年左右，在這樣的必然趨勢下，我們必須趕上新能源研究開發(fā)，并實際大規(guī)模投入使用的步伐，我國目前正處于建筑物新建的高峰期，如果能把握住這次機遇，太陽能光伏建筑一體化的應用將迎來巨大變革，進一步促使建造成本的下降。成本、只有成本，才是光伏產業(yè)發(fā)展的真正動力。無論是景氣也好，不景氣也好，光伏產業(yè)中各個環(huán)節(jié)的價格必須不斷下降，所以，我國應該效仿發(fā)達國家在這方面的政策引導，在目前這種環(huán)境下，給以太陽能光伏產業(yè)必要的優(yōu)惠政策，促進光伏建筑一體化在整個建筑領域的普遍使用。
五、結論
我國現(xiàn)在的開發(fā)商，為什么對使用太陽能光伏建筑一體化技術的應用不太積極？原因很簡單，開發(fā)商只想著迅速投資，然后在盡可能短的時間內把房子推向市場，獲取利益。當然，也不能說開發(fā)商都黑心，這是自由市場的共性，在這種情況下，政府就要堅決站出來，采取一系列優(yōu)惠政策引導建筑行業(yè)向這方面發(fā)展，在時機成熟的條件下，甚至應該強制性要求所有城鎮(zhèn)新建、擴建工程應用太陽能光伏建筑一體化技術。
至于成本問題，在大面積推廣肯定會降下來，在不久的未來，太陽能光伏建筑一體化技術和成本將取得突破性的進展，徹底消除使用障礙，太陽能光伏建筑一體化綠色電能源將替代傳統(tǒng)電能來源，引領新一輪能源革命。所以我們既要把發(fā)展太陽能光伏建筑一體化作為技術革新的重要舉措，又要把太陽能光伏建筑一體化應用提高到國際競爭的戰(zhàn)略制高點的位置。這也是未來最大的歷史性機遇與社會發(fā)展方向。在可以預見的未來，我國太陽能光伏建筑一體化應用將迎來發(fā)展的春天。
參考文獻：
【1】楊梅林：《民用建筑節(jié)能技術發(fā)展趨勢探討》，2011（2）；
【2】牛雙國李淑芳：《2 MWp太陽能光伏發(fā)電工程技術研究》，建筑技術第44卷第7期；
Review of Building Attached Photovoltaic technology
Chen yaaiWang liang
( North China University of Technology,Mechanical Engineering)
Abstract: BAPV(Building Attached Photovoltaic) technology has been more and more applied in the field of new energy-saving building. BAPV technology not only can effectively provide part of the electric power building, at the same time compared with traditional coal-fired power has no pollution, no obvious advantages such as feed of fuel. The thesis is on the existing solar building integrated technology application results analysis, summary and systematic basis, respectively from the system composition, design, economic benefits, and other aspects were summarized, and the domestic situation, put forward some opinions for solar photovoltaic building integrated technology the application to provide reference.
關鍵詞： 太陽能;光伏建筑；一體化;節(jié)能；
中圖分類號：TK511文獻標識碼： A 文章編號：
1.前言
太陽能作為一種新的能源，越來越多地應用于發(fā)電、熱水系統(tǒng)等領域中。而光伏發(fā)電作為太陽能一種主要的應用形式，其擁有可靠、無噪聲、無污染、無需消耗燃料、可方便地與建筑物相結合等優(yōu)點，使光伏建筑一體化技術越來越多地應用在智能化建筑物中，為建筑物提供清潔、可再生的能源。
1986年，世界能源組織提出“太陽能光伏建筑一體化”的概念。中國翻譯過來被稱為“BIPV”(Building Integrated Photovoltaic)，其通常的意義為集成到建筑物上的太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)。
目前在中國，對“BIPV”具有廣義和狹義兩種理解。廣義的理解，安裝在所有建筑物上的太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)均稱為“BIPV”。 狹義的理解，與建筑物同時設計、同時施工、同時安裝并與建筑物完美結合的太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)才能稱之為“BIPV”。由于二者容易混淆，在建筑系統(tǒng)中，我國將廣義的方式稱為“BAPV”(Building Attached Photovoltaic),而將狹義的方式稱為“BIPV”加以區(qū)分[1][2][16]。
2.太陽能光伏建筑一體化技術發(fā)展現(xiàn)狀
在我國內，“安裝型”太陽能光伏建筑一體化系統(tǒng)又被稱為BAPV（Building Attached Photovoltaic），具有造價低、效率高的特點，其主要形式是在建筑物屋頂安裝太陽能電池板[1][4][5][7][8][9][10]。該系統(tǒng)在國內主要應用于大型廠房等屋頂面積較大的光伏建筑一體化系統(tǒng)中，如：京東方8代線產房、珠海東澳文化中心等。
“構件型”和“建材型”太陽能光伏建筑一體化系統(tǒng)在國內又被稱為BIPV(Building Integrated Photovoltaic)，即狹義上的BIPV?！皹嫾汀焙汀敖ú男汀碧柲芄夥到y(tǒng)造價較高、效率一般，但與建筑結合較好，比較美觀；“構件型”系統(tǒng)其主要形式是光伏組件構成的雨棚構件、欄板構件等；“建材型”系統(tǒng)其主要形式為光伏瓦、光伏磚等[1][4][7][8][9][10][12]。該系統(tǒng)通常應用于辦公樓等綜合建筑體，如：首都博物館新館、國家體育館等。
本文從廣義的太陽能光伏建筑一體化技術出發(fā)，著重對現(xiàn)有的應用成果進行綜述。
3.太陽能光伏建筑一體化系統(tǒng)的組成
光伏建筑一體化系統(tǒng)主要由光伏陣列、光伏接線箱、蓄電池、光伏逆變器等設備組成。
根據(jù)文獻[3]中規(guī)定，光伏系統(tǒng)主要有兩種類型，即并網光伏系統(tǒng)和獨立光伏系統(tǒng),其組成形式如圖1及圖2所示。
由于獨立光伏系統(tǒng)造價較高，蓄電池占用空
間較大，且結合我國電網的實際情況，城市中光伏建筑一體化系統(tǒng)基本選用的是并網光伏系統(tǒng)中的無逆流無存儲裝置的系統(tǒng)。在我國偏遠山區(qū)，由于電網不發(fā)達或不穩(wěn)定，一般采用獨立光伏系統(tǒng)中的無逆流有存儲裝置的系統(tǒng)。
3.1光伏陣列
光伏陣列中的光伏電池將光子能量轉換成電能，通過控制器和逆變器向建筑物內的電網輸送電能。
光伏電池作為光伏陣列的基本組成部分，現(xiàn)
階段在建筑物上應用的產品主要有硅太陽電池和化合物電池兩種。
硅太陽電池主要分為單晶硅太陽能電池、多晶硅太陽電池、非晶硅太陽電池幾種。
化合物電池主要由碲化鎘太陽電池和銅銦鎵硒薄膜太陽電池組成。表1列出了各種太陽電池性能。
表1 光伏電池性能對比
由表1可以看出，現(xiàn)階段硅太陽電池的應用明顯要好于化合物電池。單晶硅和多晶硅太陽能電池由于光電轉換率較高且價格適中，在我國的光伏建筑一體化系統(tǒng)中得到廣大應用。
3.2光伏接線箱
光伏接線箱是指保證光伏組件有序連接和匯流功能的接線裝置。該裝置能夠保障光伏系統(tǒng)在維修、檢查時易于分離電路，當光伏系統(tǒng)發(fā)生故障時減少停電范圍。
3.3.蓄電池
蓄電池是獨立型太陽能發(fā)電系統(tǒng)和防災型系統(tǒng)不可缺少的儲能部件。其主要功能是當日照量減少或夜間不發(fā)電時補充負荷要求的功率。當太陽能發(fā)電功率下降時，蓄電池可以起緩沖作用，保證電壓穩(wěn)定。
文獻[2]總結了在光伏建筑中，目前應用最多的密封型鉛酸蓄電池的種類和特征，如表2所示。
3.4.充、放電控制器
關鍵詞：供暖系統(tǒng)；空調制冷系統(tǒng)；太陽能與建筑一體化技術
1.引言
太陽能是分布廣泛、使用清潔的可再生能源，我國擁有著非常豐富的太陽能資源。但是近年來能源危機和環(huán)境惡化的問題越來越突出，面對節(jié)能壓力，太陽能的利用越來越受到青睞，有望在未來社會能源結構中發(fā)揮更加重要的作用。文中就太陽能應用及太陽能與建筑一體化技術進行了探討。
2. 太陽能采暖系統(tǒng)
太陽能采暖系統(tǒng)是指以太陽能作為采暖系統(tǒng)的熱源，利用太陽能集熱器將太陽能轉化成熱能，供給建筑物冬季供暖和全年其他用熱系統(tǒng)。太陽能采暖方式可分為主動式和被動式兩種方式。
2.1太陽能采暖系統(tǒng)原理
被動式太陽能采暖主要是通過對建筑物朝向和周圍環(huán)境的合理布置，內部空間和外部形體的巧妙處理，以及建筑材料和結構構造的恰當選擇，使建筑物在冬季能充分收集、存儲和分配太陽輻射熱。主動式太陽能采暖系統(tǒng)主要由太陽能集熱系統(tǒng)、蓄熱系統(tǒng)、末端供熱采暖系統(tǒng)、自動控制系統(tǒng)和其他能源輔助加熱、換熱設備集合構成，相比于被動式太陽能采暖具有熱轉換效率高、保溫效果好、室內溫度穩(wěn)定、多用途等特點，但一次性投入費用較大、系統(tǒng)集成復雜、使用管理要求較高。
2.2太陽能采暖系統(tǒng)設備
太陽能采暖系統(tǒng)設備主要有集熱器、輔助熱源和采暖末端。
常見的太陽能集熱器有平板型和真空管型兩種，平板集熱器結構簡單，適合承壓運行，而且整體外觀、結構強度、安裝運行等都適合與建筑相結合，盡管保溫性能不如真空管集熱器，但其有效采光面積大于真空管集熱器，因此熱效率高于真空管集熱器。真空管集熱器在非采暖季易發(fā)生爆管、真空度降低等問題，因此，平板型集熱器更多運用于太陽能采暖工程中。
太陽輻射存在較大的間歇性和不穩(wěn)定性，因此太陽能采暖系統(tǒng)必須設置輔助熱源。常用的輔助熱源主要有小型燃油（氣）鍋爐，城市熱網或區(qū)域鍋爐房、工業(yè)廢熱、電鍋爐、電熱管、地源熱泵及生物質燃料等。輔助熱源要根據(jù)當?shù)靥柲苜Y源條件，常規(guī)能源的供應狀況，建筑物熱負荷和周圍環(huán)境條件等因素進行綜合經濟性分析，以確定適宜的輔助熱源及合理的太陽能供暖比例。
目前太陽能采暖系統(tǒng)普遍采用地板輻射散熱系統(tǒng)作為末端。普通散熱器熱媒溫度要求高（70℃以上），太陽能系統(tǒng)很難達到該出水溫度要求。而地板采暖所需低溫熱水在35―55℃之間，太陽能集熱器正好能提供適宜溫度。地板采暖系統(tǒng)以整個地面作為散熱面，以輻射方式傳播熱量，與以對流散熱為主的散熱器系統(tǒng)相比，舒適性好，更符合人體生理學調節(jié)特點，節(jié)省供熱能耗。
3. 太陽能空調制冷系統(tǒng)
3.1 太陽能空調制冷系統(tǒng)
很好的季節(jié)匹配性是太陽能空調制冷的最大優(yōu)點，太陽輻射越好，太陽能制冷系統(tǒng)的制冷量越大。實現(xiàn)利用一套太陽能集熱器做到冬季采曖、夏季空調、四季熱水供應等是太陽能規(guī)?；?、低成本應用的理想途徑之一。
3.2太陽能制冷技術原理
太陽能制冷系統(tǒng)主要有吸附式、吸收式、除濕空調和噴射式制冷四大類，其中前三種研究應用最廣。它們的工作原理是利用太陽能集熱器產生的熱能驅動制冷裝置產生冷凍水或調節(jié)空氣送往建筑環(huán)境內進行空調。
(1)太陽能吸收式制冷：用太陽能集熱器收集太陽能來驅動吸收式制冷系統(tǒng)，是目前示范應用最多的太陽能空調方式。多為溴化鋰-水系統(tǒng)，也有的采用氨-水系統(tǒng)。
(2)太陽能吸附式制冷：利用吸附制冷原理，以太陽能為熱源，采用的工質對通常為活性碳-甲醇、分子篩-水、硅膠-水及氯化鈣-氨等，可利用太陽能集熱器將吸附床加熱后用于脫附制冷劑，通過加熱脫附-冷凝-吸附-蒸發(fā)等幾個環(huán)節(jié)實現(xiàn)制冷。
(3)太陽能除濕空調系統(tǒng)：是一種開放循環(huán)的吸附式制冷系統(tǒng)，基本特征是干燥劑除濕和蒸發(fā)冷卻。
(4)太陽能蒸汽噴射式制冷：通過太陽能集熱器加熱使低沸點工質變?yōu)楦邏赫羝?，通過噴管時因流出速度高、壓力低，在吸入室周圍吸引蒸發(fā)器內生成的低壓蒸汽進入混合室，同時制冷劑在蒸發(fā)器中汽化而達到制冷效果。
4. 太陽能與建筑一體化技術
平板式太陽能集熱器設置在建筑物陽光充足的部位。坡屋頂可以把集熱器鑲嵌于坡屋面、平鋪于屋脊，和建筑融為一體；平屋頂利用太陽能平板集熱器替代屋頂覆蓋層或保溫層，符合住宅造型要求，降低成本；還可以與陽臺、飄窗、外墻面結合，實現(xiàn)太陽能最大化利用，為住宅的立面設計提供了新的方式方法，達到一物多用的目的。運行以分體式雙循環(huán)承壓運行為主，將儲熱水箱設在地下室、閣樓或樓梯間、陽臺等部位隱藏放置，不占室內空間，避免屋頂、陽臺和外墻承重；輔助能源選用燃氣爐、壁爐或電加熱器，確保全天候熱水供應。
5.結語
太陽能在建筑節(jié)能領域的應用越來越廣泛，實現(xiàn)太陽能供暖系統(tǒng)和太陽能集熱轉換及與之匹配的制冷空調方式是未來太陽能制冷空調技術領域研究和應用的重點。同時太陽能與建筑一體化技術的廣泛應用前景，勢必會促進人們對可再生能源利用的熱情，加大技術創(chuàng)新和開發(fā)力度。
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關鍵字：光伏發(fā)電；光伏建筑一體化(BIPV)；光伏組件；智能電網
中圖分類號：U665文獻標識碼： A
1.引言
光伏建筑一體化（BIPV，Building Integrated Photovoltaic），即將太陽能光伏電池板鋪設在建筑物的外表面，使輻射的太陽能通過變換裝置轉換為電能，為建筑物及近端負荷提供電能，它是開發(fā)應用太陽能發(fā)電的一種重要形式。1954年，世界上第一塊實用的光伏電池問世，人類展開了應用太陽能的新紀元。1978年，波斯頓一棟高層建筑上建成了美國歷史上第一個光伏并網系統(tǒng)。隨著國家對發(fā)展分布式發(fā)電、智能電網和新能源的逐步重視，近年來光伏建筑一體化在我國得到了一定的應用并處于推廣階段。
2.BIPV的基本原理與特點
典型的一個光伏建筑一體化系統(tǒng)如圖1所示，該系統(tǒng)為一戶用屋頂光伏系統(tǒng)，太陽能光伏陣列鋪設在屋頂，其發(fā)出的直流電通過初級DC-DC變換器升壓并進行最大動率點跟蹤，然后經過逆變裝置轉化為與電網同頻同相的交流電并網。其發(fā)出的電能大多被建筑內負荷的用電設備消耗，多余的電能注入電網，而在光伏發(fā)電出力較小情況下，建筑內負荷可從電網取電。據(jù)《上網電價法》，一般對光伏發(fā)電的上網收購價和民用電進行單獨定價，因此安裝了兩套電能計量裝置，一套用于計量光伏發(fā)電總量，另一套計量建筑內負荷的用電量。從優(yōu)化電源結構配置、提高供電可靠性、提倡節(jié)能環(huán)保、增加建筑美觀程度等方面，光伏建筑一體化（BIPV）都具有優(yōu)點，具體而言：
（1）利用光伏發(fā)電可以減少二氧化碳和二氧化硫的排放，有助于構建低碳、節(jié)能、環(huán)保的供用電系統(tǒng)；
（2）光伏組件在建筑物表面，不占用地面空間，這對于人口密集、土地資源昂貴的城市建筑尤為重要；
（3）由于光針電池與建筑材料高度集成，減少了建設和安裝成本，不僅降低了建筑物整體造價，而且增加了建筑的藝術魅力；
（4）光伏建筑一體化（BIPV）主要為近端負荷(多數(shù)情況下為建筑內部的用電設備)供電，減輕了負荷對電網的依賴，可以降低供電線路上的輸電損耗，增加供電可靠性；
（5）光伏發(fā)電在夏季和白天出力較多，對于工廠、辦公建筑光伏系統(tǒng)，可以利用這一特性起到削峰的作用，緩解高峰用電需求；
（6）建筑表面的光伏電池吸收太陽能并轉換為電能，減少了墻體或屋面得熱，有助于降低建筑室內空調裝置的熱負荷，起到隔熱作用；
（7）光伏發(fā)電系統(tǒng)既有直流部分，又有交流部分，有利于結合直流變換技術直接接入目前正在興起的直流微網，為直流負荷直接供電，從而減少變換環(huán)節(jié)，提高效率。
3.BIPV的技術發(fā)展
早期的建筑光伏系統(tǒng)中，光伏陣列通常是通過固定的支架安裝在建筑物的頂部或墻面，僅僅起發(fā)電的作用。后來光伏電池與建筑的集成概念越來越深，太陽能電池除了發(fā)電以外，還能起到建筑構材和建筑美觀的作用。1991年，德國慕尼黑的一次建筑業(yè)界的展會上，旭格公司推出了“光電幕墻”，此后，將太陽能光伏陣列作為建筑構體與建筑藝術的空間構體相結合，德國、日本、美國、西班牙等國家已經建成了大量的光伏建筑一體化系統(tǒng)工程。我國開展建筑光伏一體化于本世紀初期，2004年建設的深圳園博園和北京天普工業(yè)園是我國光伏建筑一體化的開篇之作，此后若干BIPV項目開工建設并投入使用，目前我國已經是光伏組件第一生產大國。
經過三十年左右的發(fā)展，BIPV技術不斷深化和進步，與建筑集成化的程度越來越高，光伏電池也由早期的單晶硅、多晶硅，發(fā)展到現(xiàn)代的薄膜電池、以及與鋼化玻璃集成的光伏陣列?？偟膩碚f，光伏建筑一體化（BIPV）技術的發(fā)展經歷了三個階段：
（1）第一代BIPV技術。光伏陣列依靠額外的支撐和固定裝置安裝在建筑物表面，不需要占用額外的土地，但是與建筑本體的集成度低。
（2）第二代BIPV技術。光伏組件與墻、瓦等建筑表面材料合為一體，既作為光電轉換單元發(fā)電，又起著建筑表面構成材料的作用。這一集成技術一方面降低了建筑和電站成本，另一方面還能美化建筑外觀。但是由于建筑表面復雜，各個陣列輸出電能互不相同，需要大量的電力電子變換裝置和串并聯(lián)連線來滿足供電要求，電氣接線復雜，可靠性不夠高，維護成本大。
（3）第三代BIPV技術。第三代BIPV技術是智能電網技術的主要組成部分，它通過將光伏電池、建筑材料和電能變換裝置等配套系統(tǒng)的有機結合，首先構建高度集成的新型光伏建筑材料，再以此為基本發(fā)電單元，輔以先進的數(shù)據(jù)管理和通信技術，構建建筑集成的光伏發(fā)電系統(tǒng)。電能變換裝置被集成到光伏陣列與建筑表面材料中，使其具備抗陰影能力和較強的參數(shù)匹配能力，系統(tǒng)電氣連接簡單，具備智能電網要求的即插即用特性。
從光伏建筑一體化（BIPV）的發(fā)展歷史來看，BIPV技術涉及材料學、建筑學和電力電子學三個領域的內容。在材料學領域，BIPV技術研究的主要問題為高性能、低成本的適合建筑集成的光伏電池材料及其生產工藝；在建筑學領域，BIPV技術的研究內容包括集成了光伏組件和部分配套系統(tǒng)的新型光伏建筑材料以及集成了光伏發(fā)電系統(tǒng)的新型建筑的美學及工程設計問題等；在電力電子學領域，BIPV技術研究的核心問題為系統(tǒng)的能量變換和控制技術。而逆變器作為BIPV發(fā)電系統(tǒng)中能量變換的核心設備，對系統(tǒng)的轉換效率和可靠性具有舉足輕重的地位。因此，需要給光伏組件配置相應的電力控制設備(如最大功率追蹤器)，根據(jù)光伏組件的運行狀況輸出最大的能量和高品質的電能。
4.BIPV的主要形式
目前光伏建筑一體化應用比較多的是擁有大面積屋頂?shù)慕ㄖ?，例如會展中心、交通樞紐、大型的商業(yè)中心等。事實上，隨著太陽能電池的成本降低，技術的進步和幕墻的結合，光伏建筑一體化還可以應用在公寓、辦公、酒店、道路廣場等方面。BIPV的應用已經從早期的屋頂擴展到墻面、并且產生了光伏遮陽板、采光板、電子樹等多種形式：
4.1.1光伏屋頂或墻體(Photovoltaic proof or façade)。
這是一種最常見的光伏建筑一體化形式，一般是在建筑物建造完成后在其表面加裝光伏發(fā)電系統(tǒng)。光伏電池的安裝主要考慮承受的風向應力，并結合當?shù)氐牡乩砦恢眯畔⒋_定安裝朝向。常見的光伏屋頂電站就屬于這種形式，它對于光伏電池沒有特殊的要求，使用普通光伏電池即可。
由中國華電新能源投建的上海華電都市型工業(yè)園光伏項目1.2MW光伏電站是這種形式的典型應用。整套工程將太陽能面板鋪設在工業(yè)園區(qū)內鄰近的30個建筑屋頂。電站采用集中并網的模式，建有專門的逆變機房，由6臺55kW的逆變器并聯(lián)組成一臺330kW的逆變器，4臺這樣的330kW逆變器組成1.2MW變換裝置，一共并聯(lián)了24臺逆變器，再共用一臺變壓器并入10kV工業(yè)配電網。
4.1.2光伏采光屋頂(Roof-integrated photovoltaic)。
這是一種光伏電池與建筑材料高度集成的應用形式，光伏電池安裝在建筑物的頂部，不僅需要起到光電轉換的作用，還要兼顧建筑物的采光性能，同時作為建筑材料承受應力。因此對于光伏材料的要求較高，應用最廣泛的是鋼化玻璃夾層結構和中空結構，他們都是將光電轉換單元夾在玻璃種，后者在玻璃之間留有一定的間隙，起到一定的隔聲和絕熱的作用。
由鐵道第三勘察設計院設計的北京南站采光頂光伏建筑一體化發(fā)電項目，主體建筑及站臺采光頂采用帶光伏發(fā)電的透光材料，在半數(shù)的采光帶內集成了裝機容量為350kW的光伏電池，總面積約6700平方米。該建筑還同時實現(xiàn)了候車廳及站臺的自然采光，吸收光能發(fā)電的同時營造出了舒適和諧的室內光環(huán)境。此外，德國的柏林火車站、我國的青島火車站等交通樞紐也采用了這種建筑光伏一體化的方式。
4.1.3光伏冪墻系統(tǒng)(Façade-integrated photovoltaic)。
它可以應用在朝向較好、且有大面積幕墻的公寓、辦公、酒店等建筑上。隨著薄膜太陽能電池的應用，太陽能電池與玻璃幕墻結合得越來越完美。傳統(tǒng)幕墻的很多表現(xiàn)形式可以用光伏幕墻來代替。光伏冪墻可分為不透明冪墻和半透明冪墻。前者多采用單晶硅或多晶硅光伏電池，發(fā)電效率較高；后者可采用非晶硅薄膜電池或調整光伏電池單體的間隙來調節(jié)透光度，價格較低。
2007年，我國在上海崇明前衛(wèi)村建成了兆瓦級10kV集中并網型太陽能光伏電站示范工程。建設總容量為1051kW，總共敷設了普通單晶硅電池組件、普通多晶硅電池組件、HIT(非晶硅錯混合型異質結) 復合單晶硅電池組件、建筑一體化瓦片型、幕墻型等多種類型的光伏組件共7786m²左右。系統(tǒng)由33個相對獨立的子系統(tǒng)組成，每個子系統(tǒng)分別由光伏組件、逆變控制器等組成。每個逆變器帶3-24組不等的光伏組件，容量由4-42kW不等。逆變器400V輸出，用變壓器升壓至10kV并網。
4.1.4光伏遮陽板(Shadow photovoltaic system)。
這是光伏組件與建筑物的遮陽結構進行集成的一種形式，它具有吸收光照充分、有效降低建筑內部受熱、節(jié)省建筑材料成本的作用。在許多地區(qū)，因為氣候和節(jié)能的因素，遮陽被廣泛應用在建筑元素上。如果這些遮陽板上安裝太陽能電池，則是新能源、功能和藝術的合，可以應用在任何需要遮陽板的建筑上。
臺北淡水公交樞紐中心的站臺遮陽頂采用了光伏遮陽板，總共在公交樞紐站臺頂部遮陽板中集成安裝了10kW的光伏電池，并使用墻掛式逆變器并網，主要為公交樞紐的廣告牌、信號指示裝置供電。遮陽板不僅起到了減少公交樞紐站臺日光直射的作用，而且還將其轉化成了電能，同時其透明的外觀設計還增加了建筑美感。
4.1.5電子樹(Photovoltaic tree)
它以鋼結構模仿樹枝的形態(tài)，支撐頂棚，而頂棚部分采用太陽能電池板，可以模擬樹葉在陽光下斑駁的陰影效果，適用于廣場、園林、人行道等地區(qū)，實現(xiàn)這樣發(fā)電兩不誤的效果。
5.BIPV的一些問題
經過幾十年的發(fā)展，太陽能光伏組件生產企業(yè)通過減少耗材、提高光伏電池的光電轉換效率，大大縮短了光伏系統(tǒng)的投資回收期；另外，光伏電池的成本也持續(xù)下降并保持了繼續(xù)下降的趨勢，光伏電池的形式也從傳統(tǒng)的單晶硅、多晶硅發(fā)展到薄膜電池、與建筑材料一體化的光伏建筑一體化瓦片型、幕墻型光伏組件；同時，國家實施了《可再生能源法》，“太陽能屋頂計劃”，“金太陽工程”，財政部和住房建設部聯(lián)合對BIPV項目進行補貼，促使近年來BIPV在我國開始蓬勃發(fā)展。
但是，由于技術和政策方面的原因，仍然有一些不利因素阻礙著BIPV的推廣，同時BIPV項目推廣中也出來了一些新的問題需要解決，主要體現(xiàn)在：
5.1.1光照不均引起的多峰值問題
對于建筑的表面，為了最大程度的接受光照，不同部位的光伏電池最佳傾角不盡相同，同時由于陰影遮擋等因素，各處的光伏陣列外特性不盡一致，其組合產生的功率輸出曲線是一條多峰值曲線，而變換器采用常規(guī)的最大功率點跟蹤方法無法尋找到全局最大功率點。
5.1.2熱斑效應威脅
同樣是受光不均或部分遮擋情形下，此時受光較低的部分相當于負載，隨著熱耗的增加將產生大量的熱量，形成局部熱點，即熱斑效應。某些光伏電池受到高溫、高反壓和高功耗綜合作用可能會發(fā)生永久性短路甚至燒毀。據(jù)國際電工技術委員會（IEC）統(tǒng)計，2009年上半年，歐洲已發(fā)生10余起光伏電站起火事故。右圖為2009年7月德國Buerstadt屋頂光伏電站陣列起火現(xiàn)場，造成事故的主要原因就是熱斑效應積累、電弧、以及開關頻繁啟動等。嚴重的是，由于光伏陣列高壓帶電，滅火困難。
5.1.3發(fā)電量受眾多因素影響小于預期
光伏陣列的輸出特性與運行溫度密切相關，隨著溫度升高，短路電流略為增加，開路電壓大幅度降低，最大功率點的電壓降低，最大輸出功率也降低。需要指出的是，BIPV光伏陣列表面溫度遠高于氣溫，且難以測量，在此條件下其發(fā)電能力大大降低。右圖為BIPV光伏電站在高溫的夏季某天的輸出功率隨時間變化的情況，光伏陣列溫升過高導致其出力大幅降低，在太陽輻射最強的時間段內，系統(tǒng)卻不能有效發(fā)電。此外，逆變器與陣列的匹配，陣列的污垢也將導致出力降低。
5.1.4電能質量與電網接納
光伏發(fā)電并網逆變器容易產生諧波和三相電流不平衡等問題，同時輸出功率不確定性易造成電網電壓波動和閃變。目前諧波問題是制約光伏并網的最主要問題之一，并且在光照較弱的條件下更為嚴重。浙江某一250kW屋頂示范工程在10kV接入、400V接入、220V接入系統(tǒng)中，都檢測到諧波電流總畸變率偏高的問題，且實測最大功率變化率為每分鐘達20％。
5.1.5建筑美觀性與光伏發(fā)電協(xié)調問題
由于BIPV光伏組件的安裝受建筑屋面朝向影響，BIPV施工中要防止相同功率不同朝向、不同形狀、不同規(guī)格的太陽能電池組件串聯(lián)在一個回路中，造成功率不匹配，導致發(fā)電效率降低。同時由于建筑外觀的多樣性，為了獲得較高的太陽能轉換效率同時又兼顧建筑的外形美觀，所以太陽能電池板安裝也具有多樣性，但是建筑物的外表面有可能是由一些大小、形狀不一的幾何圖形組成，這就會與建筑美觀存在一定的矛盾，需要設計師將其巧妙地融入一體化設計中，達到與建筑物的完美結合。同時，光伏組件的顏色 形狀 布局等也要與建筑物相協(xié)調。
6.前景與展望
隨著能源問題的日益嚴峻，人類對利用可再生能源的探索已經開始并取得了重大成效，太陽能是一種豐富、清潔的能源，BIPV以其特有的優(yōu)勢已經成為就近分布式發(fā)電的重要形式。雖然目前由于價格、法規(guī)、政策和技術方面的一些制約，BIPV在短期內還難以大規(guī)模商業(yè)化普及，但是隨著光伏組件成本的持續(xù)降低、光伏發(fā)電技術的不斷革新，以及智能電網和微電網的階段性建設，在節(jié)能和環(huán)保的雙重壓力下，BIPV在未來幾十年內得到廣泛推廣是大勢所趨，光伏發(fā)電技術也是人類走可持續(xù)發(fā)展道路的必然選擇。
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【關鍵詞】太陽能；光伏發(fā)電；光伏建筑一體化；光伏組件
太陽能光伏發(fā)電是一種新興的、可再生的能源，以前主要用于宇宙飛船、航天飛機、人造衛(wèi)星等高科技領域。隨著常規(guī)能源日益短缺，環(huán)境污染日益嚴重，光伏建筑一體化成為光伏技術應用的最重要領域之一，具有廣闊的發(fā)展前景和巨大的市場潛力。
1、光伏建筑一體化
光伏建筑一體化是將太陽能光伏發(fā)電方陣安裝在建筑的圍護結構外表面來提供電力。主要有兩種結合形式：一是建筑與光伏系統(tǒng)結合。二是建筑與光伏器件相結合。把光伏組件作為一種建筑材料，成為建筑物的一個部分。用光伏組件來做建筑物的屋頂、外墻和窗戶等。
優(yōu)點：一是綠色能源。太陽能是清潔的、免費的、可再生的能源，不會污染生態(tài)環(huán)境。二是不占用土地。光伏陣列安裝在屋頂或外墻上，不需要占用額外的土地資源或者建設其他設施，對于土地昂貴的城市建筑非常有吸引力。三是原地發(fā)電，原地用電?？梢怨?jié)約輸電網的投資。對于聯(lián)網系統(tǒng)，光伏陣列產生的電能，除了本建筑使用，還可以送入電網，緩解電網的高峰電力需求，或者接收電網供電，增加了供電的可靠性。四是建筑節(jié)能。照射到建筑物的太陽能，一部分轉化為電能，可以降低室外綜合溫度，減少墻體的吸熱和空調的冷負荷。五是安全、環(huán)保。提高了建筑物的整體品質。
缺點：一是造價較高。光伏建筑一體化，給建筑物增加了光伏發(fā)電功能，增加了建設成本。二是發(fā)電成本高。目前的科技條件下，光伏建筑一體化產生電能的單位成本遠遠高于常規(guī)發(fā)電的單位成本。三是發(fā)電不穩(wěn)定。受季節(jié)、氣候、晝夜的影響，產生的電能是波動的。四是壽命問題。光伏組件作為建筑物的一部分，除了具備發(fā)電功能，還需要具有圍護功能。當前的光伏材料使用壽命普遍低于建筑物的使用壽命。五是外觀問題。當光伏組件作為幕墻或者天窗時，其顏色或者形狀會影響建筑物的美觀，還可能造成光污染。另外，光伏組件會遮擋住一部分陽光，影響室內的光照度。六是維護問題。光伏組件位于建筑物的外表面，經過長時間的風吹雨淋，會造成一些損壞或者堆積一些灰塵，影響光電轉換的效率。
2、系統(tǒng)設計
2.1設計資料
設計資料主要包括：一是地理位置。建筑物所在的經緯度、海拔高度。二是氣象資料。涉及到每個月的太陽能總輻射量、直接輻射量、反射輻射量、平均氣溫、最高最低氣溫、最大連續(xù)陰雨天數(shù)、平均風速、最大風速，冰雹、降雪等氣象信息。三是建筑及周邊情況。包括可供安裝光伏組件的面積，建筑物被遮擋情況，電網的距離等。四是負載。需要了解負載的類型、功率大小、運行時間、運行規(guī)律、運行狀況，從而計算出負載的耗電量。
2.2 軟件設計
包括太陽能方陣最佳傾角計算、電池組件大小和數(shù)量計算、防陰影遮擋設計、蓄電池容量計算、方陣年發(fā)電量計算等。防陰影遮擋設計非常重要，光伏組件被遮擋一小部分就會嚴重影響其發(fā)電性能。
2.3 硬件設計
包括光伏方陣、光伏接線箱、并網逆變器、蓄電池及其充電控制裝置、電能表及顯示電能相關參數(shù)的儀表等。
2.4 主要因素
影響光伏建筑一體化設計的主要因素有：一是電池方陣設計。是按照用戶要求、負載用電量、技術條件計算出電池組件的串聯(lián)數(shù)量、并聯(lián)數(shù)量。二是光伏方陣的規(guī)模。根據(jù)建筑物所有的日常負載乘以其在一天內的使用時間，進行累加來確定建筑物的總用電量。然后，根據(jù)當?shù)匾惶斓年柟馄骄椛淞?，選擇光伏模塊的型號和模塊數(shù)量。三是電池方陣方位角和傾斜角計算。方位角是電池方陣的垂直面與正南方向的夾角。一般情況下，電池方陣偏向正南，發(fā)電量是最大的。傾斜角是電池方陣與水平地面的夾角。一般來說，緯度較高地區(qū)，最佳傾斜角也較大。在建筑設計中，電池方陣的方位角和傾斜角要受到建筑物外觀的影響。四是陰影間距設計。計算發(fā)電量時，往往是根據(jù)理想狀態(tài)進行的，沒有考慮陰影的因素。建筑物的光伏組件會受到周圍建筑物、地形的影響，受到陰影的遮擋，降低發(fā)電效率。另外，當光伏陣列是前后放置時，前面光伏陣列可能遮擋后面光伏陣列的光照。為了避免前后光伏陣列的遮擋，在緯度較高地區(qū)，可以增加光伏陣列之間的間距；對于采取防止積雪措施的光伏陣列，可以增加傾斜角度，增加光伏陣列的高度，需要增加光伏陣列之間的間距。
3、光伏建筑的集成模式
主要包括：太陽能光伏窗、垂直式光伏幕墻、鋸齒式垂直幕墻、鋸齒式光伏幕墻、風箱式光伏幕墻、傾斜式光伏幕墻、結構式光伏幕墻、臺階式光伏幕墻、獨立太陽能光伏立面、集成太陽能光伏屋頂、獨立太陽能光伏屋頂、鋸齒式光伏屋頂、光伏板中庭、光伏板天窗、柔性太陽能光伏屋面、光伏遮陽板、光伏陽臺、光伏入口雨篷和門斗、屋頂花園光伏遮陽板等。
4、注意事項
4.1 力學性能
光伏建筑一體化中使用的光伏組件，性能要求高于普通的光伏組件。在不同的區(qū)域、樓層高度、安裝方式下，對光伏組件的力學性能也有區(qū)別的。
4.2 美學要求
建筑物使用功能和外觀效果都是重要的，對光伏組件提出了更高的要求。比如：光伏組件所用的雙面玻璃組件需要更高的透光性，才能達到幕墻或者采光頂?shù)耐ㄍ感Ч?。為了?jié)約成本，電池板背面玻璃依然采用普通光面鋼化玻璃。光伏組件的接線盒需要省去或者隱藏起來，旁路二極管、連接線也需要隱藏在幕墻結構中，才不會破壞建筑物的外觀細節(jié)，又能夠防止陽光直射和雨水侵蝕。
4.3電學性能配合
建筑物外墻或者屋頂，有可能是一些大小、形式不一的幾何圖形組成的，這就需要對外墻或者屋頂進行分區(qū)或者調整分格，使光伏組件接近標準組件電學性能。另外，根據(jù)分區(qū)或者分格的不同，可以采用不同尺寸的電池片，滿足建筑物外墻或者屋頂?shù)耐庥^效果，為了防止組件間的電壓、電流不同，可以把少數(shù)邊角上的電池片不連接入電路。
4.4 隔熱隔音
為了滿足建筑物隔熱隔音的要求，光伏組件可以使用中空低輻射玻璃，或者采用雙層外循環(huán)系統(tǒng)的幕墻形式。
4.5 建筑采光
光伏建筑一體化中，考慮室內的采光要求，電池片的間距在25mm左右，使組件的透光率在30%左右。
4.6 安裝要求
光伏組件的安裝高度較高，安裝空間較小，難度較大。因此，可以把光伏組件和結構做成單元式結構，方便拆卸又能提高安裝精度。
4.7 光伏系統(tǒng)壽命
在光伏建筑一體化中，采用PVB代替EVA封裝光伏組件，會有更長的使用壽命。光伏組件的連接線大多位于幕墻立柱、橫梁等密閉結構中，環(huán)境溫度較高，需要使用雙層交聯(lián)聚乙烯浸錫銅線并選用較大的電線直徑。
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關鍵字:CAD技術；概預算；建筑工程；探究
中圖分類號： TU198 文獻標識碼： A
計算機行業(yè)的崛起給人們的生活帶來了很多意想不到的驚喜，它方便了我們的生活，提高了我們的工作效率，健全了我們生活設備，豐富我們的生活質量。對于計算機在建筑工程領域的運用也越來越廣泛。DAD系統(tǒng)已經取代了傳統(tǒng)的手工圖板繪圖，很大程度提高了設計繪圖的效率。但由于僅憑CAD系統(tǒng)來運作整個建筑工程仍費造價工作人員帶來很大的工作壓力。因此在建筑工程中需要對大量的數(shù)據(jù)進行預算探究，利用計算機技術將大量的信息集成分析處理將是未來建筑行業(yè)發(fā)展的一個重要突破口。優(yōu)化建筑CAD技術與概預算系統(tǒng)研究應用普及是將來的趨勢。
一概預算的概述
目前概預算主要從兩個方面來進行了解。第一方面是工程量的計算。根據(jù)人工計算出來的數(shù)據(jù)錄入計算機中的方法是最傳統(tǒng)也是最容易出現(xiàn)錯誤的；通過輸入工程圖紙的數(shù)據(jù)讓計算機自行計算繪出工程數(shù)據(jù)信息來完成統(tǒng)計工作的方法是圖形輸入法的方式；還有一種是運用數(shù)字變量設計一些類計算公式，將工程數(shù)據(jù)進行運算的情況是相對靈活直觀的，可以避免以上的缺點誤差。另一方面是對工程造價的核算。運用工程量的數(shù)據(jù)來得出相應的數(shù)值，從而計算出工程的費用等項目金額。。在利用取費標準將工程的各項流程中的費用與利潤等統(tǒng)一核算，得出最后的造價總額。這是目前概運算在建筑工程中的應用。
二建筑CAD與概預算一體化研究存在的問題
（一）CAD與概預算一體化軟件的應用
當前為建筑工程人員所廣泛應用的CAD與概預算一體化軟件是憑借CAD設計平臺設計從工程中提取的數(shù)據(jù)進行運用，在概預算編制系統(tǒng)中運行讀取出建筑工程需要的文件。把CAD與概預算兩種技術綜合統(tǒng)一可以為建筑工程快速提供所需數(shù)據(jù)文件，提高造價工程。
（二）工程項目圖紙的編制
每個建筑工程項目的施工圖是由每個文件與圖紙來構成的，為來方便造價工作人員能夠有效率的獲取自己所需要的圖紙數(shù)據(jù)，在工程量子系統(tǒng)中設計圖紙，將整個工程項目圖紙的編制中自動生成具體詳細信息供操作人員使用。
（三）對工程數(shù)據(jù)的提取手段
實體的正交投影圖與具有一定語法標準和規(guī)則進行注釋的兩種整合是建筑工程圖的重要屬性。在使用圖形中的圖線有實體輪廓線和輔助線，對于輪廓線的用途主要是用于描述整個建筑在各種視圖中的投影，輔助線來對投影出的輪廓做進一步的解釋說明。其次，通過CAD平臺進行設計生產圖紙，預算工程量信息數(shù)據(jù)，根據(jù)不同的工程量數(shù)據(jù)的不同特點采用不同的提取方式。第一，采用人工選擇與輸入的手段在設計說明文件中注明需要進一步理解確定的的信息進行人工選擇與有程序的輸入。第二，在所有的工程量數(shù)據(jù)中，利用人機交互的方式將工程數(shù)據(jù)提取，在大多數(shù)的機械土方的挖土長度、深度與廣度下，由用戶對圖形中數(shù)據(jù)進行標注與選定，再加上計算機中的CAD平臺軟件自動處理與編輯。第三，注重工程量數(shù)據(jù)信息的不同自動提取適當?shù)墓こ虜?shù)據(jù)。就如在對土石方、樓面、門窗或者鋼筋工程等的數(shù)據(jù)分析中對合理的工程量進行自動提取。
三建筑CAD與概預算一體化技術研究中的優(yōu)化
（一）在多種模塊下保證各個模塊數(shù)據(jù)的獨立運行
由于建筑CAD與概預算一體化技術中有多種數(shù)據(jù)模塊，在許多模塊運行的情況下如何確保每個獨立模塊的正常運行是需要重視的問題。每個獨立的模塊都有各自特色的數(shù)據(jù)模型，因此對于整個軟件中合理的管理每個獨立模塊是對系統(tǒng)的完善方面之一。
（二）共享軟件中的各個模塊數(shù)據(jù)
在建筑CAD與概預算一體化體系中實現(xiàn)各個模塊數(shù)據(jù)共享。通過對工程項目管理的相互操作性實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享與自動轉換，這樣可以實現(xiàn)一量多用的效果。提高整體體系的整體效率。
四小結
對建筑CAD與概預算一體化技術的研究探討，將通用的CAD計算機設計軟件以自動與人機相互結合的發(fā)式來獲取一定的工程數(shù)據(jù)是對建筑工程的一大突破。利用多種靈活的方式對工程數(shù)據(jù)進行提取，提高各類工程量的獲取途徑，在此基礎上完善建筑CAD與概預算一體化的功能，推進建筑CAD與概預算進行更高的設計組合統(tǒng)一，擴大其使用范圍，為未來的建筑行業(yè)的前景創(chuàng)造出更好的技術水平，同時為人們的更好的生活工作提供質量保證。
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