目前，我國光伏建筑一體化的應(yīng)用主要集中在大型示范工程中，包括上海世博會主題館，京滬高鐵虹橋站等大型項目，而大部分建筑師對此類新興建筑材料仍比較陌生。光伏建筑一體化的可行性受地域氣候條件、周圍環(huán)境、經(jīng)濟成本等影響，決定它是否能大范圍推廣應(yīng)用。 1.夏熱冬冷地區(qū)的太陽輻射特點 光伏建筑一體化的應(yīng)用首先應(yīng)考慮地域的太陽能資源。太陽能電池的發(fā)電量取決于所獲得的太陽輻射量，而太陽輻射量的多少與太陽高度、地理緯度、海拔高度、大氣質(zhì)量、大氣透明度、日照時間等有關(guān)。一年中四季的變化，一天中時間的變化，到達地面的太陽輻射直射和散射的比例，地表面的反射系數(shù)等因素都會影響太陽能的發(fā)電。 夏熱冬冷地區(qū)適于應(yīng)用太陽能資源。對于光伏系統(tǒng)設(shè)計，一個重要的設(shè)計參數(shù)是每日平均水平面上的太陽輻射。我國的太陽能資源屬于豐富地區(qū)，每年陸地表面接受的太陽輻射能量約為5×1019KJ，全國各地太陽能輻射總量達335~837KJ·cm2·a。夏熱冬冷地區(qū)根據(jù)我國的太陽能資源分布圖劃分屬太陽能資源的III類地區(qū)。本區(qū)其太陽光輻射通量平均約為468.7KJ.cm-2，水平面上年均輻射為4500-4700MJ.m-2。按照標準輻射（AM1.51000W.m2）換算，則相當于全年的標準日照時數(shù)為1300kWh，平均每日標準日照時數(shù)為3.56小時。夏熱冬冷地區(qū)的太陽輻射特點是太陽能輻射主要集中在夏季。夏季的月日照時數(shù)比冬季的多一半以上，其中長沙市的夏季與冬季的月平均日照時數(shù)差別最大，達到2.7倍。夏熱冬冷地區(qū)的日照時數(shù)與北美洲相當，優(yōu)于歐洲國家。 2.光伏板及其位置優(yōu)化 光伏板的基本構(gòu)成單位是太陽能電池。太陽能電池類型的選擇決定光伏板的最終的光電效能。太陽能電池的類型根據(jù)技術(shù)的發(fā)展階段分為第一代薄片式、第二代薄膜式和第三代涂層式。第一代是以晶體硅為原料的薄片式太陽能電池，包括單晶硅和多晶硅電池；由于晶體硅的價格高，限制市場應(yīng)用，產(chǎn)生了減少晶體硅用量的第二代薄膜式太陽能電池；第三代電池與前面兩代的最大不同是制作中應(yīng)用有機物和納米技術(shù)，形成了光化學太陽能電池、染料光敏化太陽能電池和納米結(jié)晶太陽能電池。這些電池在外形、性能、色彩和太陽能轉(zhuǎn)化率方面有較大差別。 光伏板的光電效能除了受太陽能電池的影響，還取決于其相對于太陽的位置。光伏板的位置可由它的傾斜角（從地面0°到垂直與地面90°）和方位角（從南向0°到東向90°）確定。傾斜角度對于單晶硅、多晶硅和薄膜電池都有影響。最佳的傾斜角度是20°～30°。當傾斜角度達到90°時，光電板的發(fā)電量只有其最佳狀態(tài)的50%~60%。光電板的方位角同樣對其發(fā)電量有較大影響。方位角在0°～30°之間時,光電效能保持較穩(wěn)定的狀態(tài)，超過此范圍光電效能逐漸衰弱。 3.光伏建筑一體化應(yīng)用的經(jīng)濟分析 光伏建筑一體化的投資造價是決定其能否推廣應(yīng)用的關(guān)鍵因素，然而對它的經(jīng)濟效益分析需從全生命周期去考慮而非只注重初期投資。光伏建筑一體化的經(jīng)濟分析包括成本和收益兩部分。 3.1成本 光伏建筑一體化的投資成本包括太陽能電池組件和并網(wǎng)逆變系統(tǒng)以及安裝施工、維護費用等。太陽能電池組件的造價可以根據(jù)最新的太陽能電池每峰瓦的報價算出。光伏板的成本占總成本的約37%，并網(wǎng)設(shè)備系統(tǒng)及安裝施工的價格可以大致推算出。為保證光伏板高效工作，每年需清洗維護兩次，按清洗價格約為2元每平方米、光伏板的使用壽命為25年計算，全壽命期的維護成本合計每平方米為100元。太陽能薄膜式非晶硅電池光伏系統(tǒng)的造價只有單晶硅電池光伏系統(tǒng)的28%，而晶體硅光伏系統(tǒng)的成本差別不大。 3.2收益和投資回報期 光伏系統(tǒng)的收益包括全壽命周期內(nèi)發(fā)電和政府財政補貼等部分。光伏發(fā)電需考慮到它的衰減，其標準為光伏電池發(fā)電能力衰減到額定值的80%以下即認為壽命終止，因此假定25年壽命期內(nèi)每年的衰減率為1%。國內(nèi)尚未推出固定的上網(wǎng)電價，現(xiàn)以地方上網(wǎng)電價推出為標準，其中江蘇省為例2011年每度電1.4元。光伏發(fā)電系統(tǒng)具有環(huán)境效益和社會效益，政府部門對光伏發(fā)電系統(tǒng)有一定的補貼政策。根據(jù)2009年4月份財政部辦公廳和住房城鄉(xiāng)建設(shè)部辦公廳聯(lián)合頒布的《太陽能光電建筑應(yīng)用示范項目申報指南》，對于光電一體化項目，補貼標準每瓦約17元�？傆嫻夥ㄖ惑w化的發(fā)電量和政府補貼，光伏的綜合收益可以算出。 光伏建筑一體化的投資回報期與光伏板電池的類型和安裝位置相關(guān)。針對太陽能電池的類型和建筑中常見的安裝位置以及它們的全壽命期間的表現(xiàn)進行靜態(tài)投資回報期分析。從結(jié)果來看多晶硅光伏板和非晶硅光伏板在壽命周期內(nèi)能夠收回成本。而單晶硅電池的使用則受位置影響，當使用于屋頂時，可以在壽命周期內(nèi)收回成本，而當用于墻面時，不能收回成本。屋頂安裝光伏板的投資回報期相對墻面短，說明當考慮經(jīng)濟效益時，屋頂部分安裝更合適。 4.探討 光伏板在建筑上安裝面積的多少可以通過光電板的類型和安裝位置來確定。根據(jù)太陽能電池的種類和安裝位置確定每平方米光電板的年發(fā)電量�？紤]到工作環(huán)境溫度的影響，并網(wǎng)后逆流器的影響和電網(wǎng)的損耗，系數(shù)約為0.783，得出并網(wǎng)后的每平方米光電板的年發(fā)電量。辦公類建筑每平方米的用電負荷約為70W，年工作時間為250天，使用系數(shù)為0.7，每平方米的年用電量約為98kWh。根據(jù)國家綠色建筑評價標準，可再生能源的發(fā)電量不小于建筑用電量的2%，可以得出光電板面積與建筑面積的比例關(guān)系。由此可見為滿足綠色建筑關(guān)于可再生能源的要求，若屋面鋪裝單晶硅光電板面積為0.5倍屋面面積，可供給建筑面積是屋面面積21倍的辦公建筑使用，滿足綠色建筑對可再生能源項的要求�？梢怨浪憬ㄖ怆姲宓念愋瓦x擇，安裝面積，判斷是否能達到綠色建筑的評價標準中可再生能源利用的規(guī)定。 光伏建筑一體化從經(jīng)濟的角度來看，它的推廣應(yīng)用還不夠成熟。傳統(tǒng)較成熟的技術(shù)的投資回報期一般為5年，如太陽能熱水器。而光伏建筑一體化的投資回報期為傳統(tǒng)的3倍。若通過光電轉(zhuǎn)換率的提高，政府補貼、特別是上網(wǎng)電價的提高，將會促使光伏建筑一體化較快普及。另外，光伏建筑一體化的裝機總量與實際發(fā)電量有差別，由于安裝位置的不同。這樣政府補貼以裝機總量為標準有失公允，通過并網(wǎng)電價更合理的調(diào)整才能促進光伏建筑一體化的普及應(yīng)用。 5.結(jié)論 光伏建筑一體化在夏熱冬冷地區(qū)的應(yīng)用需要考慮其氣候特征、太陽能電池的選擇和安裝位置以及經(jīng)濟性。通過以上分析，可以得出以下的結(jié)論： 夏熱冬冷地區(qū)的太陽能輻射的日照時數(shù)大，適于應(yīng)用光伏建筑一體化。而它的特點是夏季的月平均日照時數(shù)遠高于冬季的日照時數(shù)。這樣在光伏設(shè)計安裝時，應(yīng)以夏季為主。 夏熱冬冷地區(qū)光伏板的安裝應(yīng)首選與地面有傾斜角度的位置，傾斜角以20°～30°為最佳。以南向為基準，方位角±20º不會影響光電轉(zhuǎn)換率。單晶硅光伏板受安裝位置的影響較大，更適用于屋面。 光伏建筑一體化的投資回報期受所選用的太陽能電池和光伏板安裝位置影響較大。相比墻面，屋面安裝光伏板的投資回報期減少5～6年。
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