太阳能光伏发电在施工中的运用

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摘要：当今绿色节能的设计理念已经深入到生活中的各个领域,在建筑设计中更为突出,本文着 重介绍其中绿色节能中的一项运用-太阳能光伏发电。光伏建筑一体化太阳能将成为功效最佳,价格低廉的替代新能源,太阳能光伏建筑一体化发展需要在摸索中大力发展。

关键字：太阳能；光伏发电；光伏运用前景

中图分类号：TK511文献标识码： A

引言

随着经济的快速发展和人类生活水平的不断提高，人类对能源的需求急剧扩大，以石油、煤炭、天然气为主的传统能源短缺问题日渐显现，能源供给与经济增长的矛盾不断加剧，特别是传统能源的不可再生性更是加重了人类社会对经济可持续发展的担忧。面对全球范围内的能源危机和环境压力，人们渴望用可再生能源来代替资源有限、污染环境的常规能源。

太阳能以其独有的优势成为人们关注的焦点，丰富的太阳辐射能是取之不尽用之不竭、无污染、廉价、安全的人类可重复利用的再生能源。太阳能屋顶光伏发电作为人们对太阳能利用的一种方式，电能产生的过程中无化石燃料消耗，是一种环保、清洁的可再生能源。它对于优化能源战略、改善电源结构、提高电源保障、节能减排、提高环境质量是非常有利的。

本论文结合办公用房（中国航信高科技产业园）工程中屋顶光伏发电工程的实际情况，分析太阳能屋顶光伏发电工程的发展前景。

一、太阳能屋顶光伏发电系统

1.系统简介

太阳能屋顶光伏发电系统由光伏组件、并网逆变器、直流汇流箱、计量装置、交流配电装置及远程数据传输监控系统等部分组成。

光伏发电系统组成示意图

目前，光伏组件主要有晶体硅太阳能电池组件和非晶薄膜两种。晶体硅太阳能电池组件光电转换效率达到14%~17%，用高透光率低铁钢化玻璃、抗老化EVA和优良耐火性背板热压密封而成，外加阳极化优质铝合金边框，具有效率高、寿命长、安装方便、抗风、抗冰雹能力强等特性。非晶薄膜电池组件光电转化效率达到6%~6.5%，它使用只有几微米厚的半导体材料，厚度不足晶体硅电池的百分之一。这些半导体薄层可以附着在廉价的基片上，如玻璃、活性塑料或不锈钢薄板。非晶薄膜电池组件具有卓越的弱光发电型、防孤岛效应等优点和隔热保温性。在相通公路和同样发电量的情况下，非晶硅太阳能薄膜电池的成本低于晶体硅太阳能电池，被认为是目前最有可能实现发电成本接近上网电价的技术。

2.建立屋顶光伏发电工程意义

（1）符合国家产业政策。建立屋顶光伏发电工程贯彻落实了《中华人民共和国可再生能源法》《中华人民共和国节约能源法》，落实了国务院节能减排战略部署。

（2）有利于改善能源结构。我国电力行业的产业政策主旨是优化电源结构，加强电网建设。优先发展水电、核电、风电、太阳能发电、生物质发电等可再生能源及新能源，而对煤电则立足优化结构、节约资源、重视环保、提高技术经济水平。建设屋顶光伏发电工程，有利于增加电源的多样性，改善电源结构。

（3）有利于改善环境质量。太阳能光伏发电无化石燃料消耗，是一种环保、情节的可再生能源，与火电相比，可节约大量的煤炭或油气资源，有利于环境保护。同时，太阳能是取之不竭用之不尽的最直接的能源，早开发早受益。

二、办公用房（中国航信高科技产业园）工程屋顶光伏发电工程分析

1.建设规模

工程建立在中国航信高科技产业园办公用房工程，装机容量8KW。

2.自然条件

北京市地区日照充分，太阳能资源较充足，属于太阳能资源的二类地区。日照小时数年平均为2780h，太阳辐射量全年平均为112―136千卡/平方厘米。因此，适合建立太阳能屋顶光伏发电工程。

3.实际工程

（1）平面布置

该工程项目根据发电量、光伏组件的安装方式等，确定光伏系统组建的倾斜角度，在条件允许的情况下得到最大的发电量。

（2）设计原则

由于计划安装光伏系统的建筑已基本建成，建筑结构不易变动，在设计中遵循了以下原则：

a)不改变原有建筑物结构（如屋顶防水层、电气管线等）。

b)组件前后排之间在任何季节不发生遮挡。

c)最大限度降低屋顶的承重。

d)安装施工方便。

4.实践进程

光伏发电在屋面的面积约 6.4 平方米,共16块晶体硅面板，每块0.4平方米。形式：并网型不可逆系统。主要供会议室内用电。安装过程中尽量做到标准组建,把接线盒省去或者隐藏起来,以防止阳光直射和雨水侵蚀。同时也能到达建筑的美观效果和节约成本。

5.存在问题

（1）高成本

晶体硅太阳能电池是目前发展最成熟的，在应用中处主导地位。本项目太阳能电池组件选用晶体硅太阳能电池。但是近年来国际多晶硅价格猛涨，因此造成目前我国光伏发电工程成本过高。

在这种情况下，价格低廉的非晶薄膜电池正在迅速发展。与目前国内众多的晶体硅电池技术不同，在原料消耗上，非晶硅薄膜电池所用沉积原料仅为多晶硅电池的1%，不存在原料供应的瓶颈，从而大大降低了发电成本。

（2）废旧太阳能电池的回收

太阳能电池的寿命一般为25年，废旧太阳能电池如何处理是光伏发电工程发展必须考虑的问题。

三、认知

其实在我们身边就有很多太阳能光伏发电的建筑可以供我们学习和借鉴,2010 年世博会在这方 面接得到大力提倡和运用, 中国馆和主题馆的光伏一体化工程由申能（集团）有限公司旗下上海申能新能源投资有限公司投资建设，据施工方介绍，根据场馆特点和光伏建筑一体化设计要求，他们为两座场馆“量体裁衣”，设计了各具特色的太阳能组件安装方案，不仅美观大方，更能对太阳能进行高效利用。

其中，中国馆采取了利用 68 米平台和 60 米观景平台铺设单晶太阳能组件的方案，总装机容 量达 302 千瓦。中国馆的 60 米观景平台四周将采用特制的透光型“双玻组件”太阳能电池板，用这种“双玻组件”建成的玻璃幕墙，既具有传统幕墙的功能，又能够将阳光转换成清洁电力，一举两得。

中国馆 BIPV 效果图

主题馆则在屋面铺设了面积约 2万 6 千平方米的多晶太阳能组件，面积巨大的太阳能电池板让主题馆的装机容量达到了 2825 千瓦，而大菱形平面相间隔的铺设方法也同时保证了屋面的美观。

据悉，2010 年上海世博会所采用的光伏建筑一体化工程将创下历届世博会之最，建成后的主题馆光伏电站将成为我国乃至亚洲单体建筑最大的光伏建筑一体化电站。两座场馆共安装了各类太阳能组件 17866 块，总安装面积 28800 平方米，太阳能总装机容量高达 3127 千瓦。一旦投入使用，两座“绿色电站”年均发电量约 284 万度，每年即可节约标准煤约 1000 吨，年均减排二氧化碳约 2500吨、二氧化硫 84 吨、氮氧化物 42 吨、烟尘 762 吨，无愧于“绿色”的称号。

主题馆 BIPV 效果图

在本次光伏建筑一体化工程中，施工方采用了多项新技术，使用了多种新型太阳能发电组件，这些技术和组件均为国内研制生产，部分技术和设备更是国内首次研制使用，具有极高的技术含量。

施工过程中，中国馆和主题馆的建筑特点为施工方出了不少难题，如要在中国馆的 60 米平台 挑檐位置安装重达 250 公斤的光伏组件，要将主题馆数万平米屋面的水平误差控制在 30 毫米之内等等，但是项目建设者们通过大胆摸索，最终将这些难题一一破解。太阳能光伏应用代表了一种清洁而高效的新能源，是人类社会未来能源利用的发展趋势。然而，尽管有关资料显示，我国蕴藏着极为丰富的太阳能资源，但在太阳能光伏应用方面尚似蹒跚起 步的儿童，与太阳能应用已较为成熟的国家相比仍有较大差距。

近年来，我国有关部门相继出台了一系列扶持太阳能光伏应用的政策，我国光伏发电应用正迎来高速发展的关键时期。因此，上海世博会上中国馆和主题馆的太阳能光伏建筑一体化发电工程可谓正逢其时。业界认为，这一工程的建设必将有助于提高我国光伏建筑一体化产品及工程应用的技术水平，推进我国太阳能光伏产业健康快速发展。

我相信随着光伏发电技术的日益成熟和完善,越来越多的光伏一体化建筑会涌现。我们国家所提倡的能源战略也得以体现,真正实现绿色,低碳建筑。也是我们所追求的目标。

参考文献

1、仇宝兴

2、史博士

3、张雪松，

4、Ecadi 科研业务建设成果汇编建筑专业 2009

5、世博网