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摘 要：随着我国城镇化建设的进一步发展，能源问题已成为当今日益严重的问题。太阳能作为绿色能源，被广泛关注。从太阳能光伏发电系统入手，阐明为何利用太阳能发电技术，如何利用太阳能光伏发电技术，从光伏发电系统的组成、分类和城镇光伏发电的应用进行介绍和分析，凸显发展光伏发电系统在城镇化建设中的重要性。
关键词：城镇化建设；光伏发电；建筑一体化
中图分类号：TU18 文献标识码：A 文章编号：1004-7344（2018）20-0078-02
1 引 言
随着国民经济的发展，城镇化建设已成为一项重要课题。城镇化的本质是聚集。聚集指的是人口的聚集以及产业的聚集，通过聚集不断扩大经济发展的规模、优化经济结构、促进创新发展模式。
在城镇化建设中，势必会给这个地区带来人员的大量集中，对能源的需求也会大大增加[1]。我国城镇消耗的能源以电能为主，但电能的产生大多数以煤炭、石油、天然气等传统型能源为主，这些传统型能源会对环境造成污染，且原材料多在边远省份，产生的电能需经远距离直流输电技术的支持。太阳能光伏发电作为可再生能源的一种，以其取之不尽用之不竭、无污染的优点被人们广泛关注，它势必会改变人类的能源结构，实现可持续发展。如果把太阳能利用技术应用在城镇化建设中，前景是很可观的[2]。
2 为何利用太阳能发电
2.1 太阳能资源丰富
太阳能资源丰富，太阳每秒钟照射到地球上的能量高达80万kWh，假如把地球表面0.1%的太阳能转换为电能，转变率5%，每年发电量可达5.6×1012kWh，相当于全世界能耗的40倍。太阳能电池以其独特的优势，种类也越来越多，市场规模也在逐步扩大[3]。
2.2 政策的支持
光伏应用无处不在，光伏产业的研究已成为热点，目前以建筑物为主体的光伏发电以更节省资源、土地等优点被广泛关注，这种光伏发电与建筑物合体的设计将更有利于调配资源、配置建筑物的供配电系统。由于光伏发电属绿色能源，虽然光伏发电成本较高、电价较高，但仍然不影响它的发展，我国相关法规在光伏发电项目上给予了非常大的支持，主要表现在电价的补贴。
2.3 无污染、清洁、可持续发展
随着经济快速发展，我国工业化与城镇化建设进程的加快，大气污染成为难以避免的严重问题。近年来，我国空气质量改善缓慢，大气污染物的排放总量长年居高[4]。
2.4 光伏建筑一体化是发展方向
光伏发电建筑一体化是将光伏发电技术应用到建筑的制冷、采暖、照明、家电、饮食等耗能活动中，使光伏发电系统的各组成部分与建筑体有机结合。光伏发电系统与建筑的结合，不只是单纯的附加，而是安全、环保、节能、美观并且经济适用的总体要求，使光伏发电系统作为建筑的一种体系，纳入基本的建设工程的程序。
3 如何利用太阳能发电
3.1 光伏发电概念
光伏发电是利用太陽光照射到半导体即光伏电池表面，其中内部电荷的分布形态产生改变，进而产生电动势。光伏发电的关键技术在于光伏电池。光伏阵列经串并联后构成组合体光伏电池模块，然后再经过封装保护构成大面积的光伏电池板，光伏电池板与其他控制器件合起来最终就形成了光伏发电系统[5]。
3.2 系统分类
光伏发电系统可按并网型式分，可分为独立光伏发电系统和并网光伏发电系统[6]。
独立式光伏发电多用于偏远山区及野外，受特殊地理位置影响，所需线缆较长，供电可靠性较低，且线路损耗较大。
并网式光伏发电系统可将产生的电能并入公共电网。该系统分带蓄电池和不带蓄电池。带蓄电池的并网系统具有调度性，可根据负载需要考虑是否需要蓄电池备用电源，以防停电，还可根据需要选择是否并入电网，常安装在居民建筑中；不带蓄电池并网光伏系统一般安装在较大型的系统，投资大、建设周期长、占地面积大。目前，在光伏建筑一体化中，分散式的小型并网光伏发电具有明显的优势。
3.3 系统组成
太阳能光伏并网系统如图1所示。光伏发电系统是由光伏阵列、蓄电池、逆变器、充放电控制器、负载和太阳跟踪控制系统组成。
3.4 城镇建设中的光伏发电
在城镇化建设中，住区公共便民设施诸如路灯、绿化照明灯、广告宣传设施、手机充电站，道路交通设施诸如光伏道路等等都可使用光伏发电系统提供电能。
太阳辐射能量密度较小，且具有随机性，将光伏发电作为辅助能源供电时，城镇建设配套的光伏发电系统应采用非储能的屋顶发电分布式能源系统，光伏容量为变压器安装容量的20～30%，低压侧并网，基本可实现自发自用，不足的电能从电网获取，应尽量避免光伏发电系统反向给电网供电导致电能调度复杂化、继电保护困难化。
对于白天光照强，但居民家用电器用电量少，需要电能少；晚上虽没光照，但居民用电量明显增加，所以应采用带储能的并网式光伏发电系统。白天将多余的电能储存在蓄电池中，夜晚蓄电池释放电能供负载使用，目前蓄电池多采用铅酸蓄电池，其性价比越来越高。
在建筑物设计中，既要满足光伏发电的功能要求，还要满足建筑物的基本功能要求，主要考虑建在屋顶、墙面、遮阳台、幕墙等外围结构。用建筑集成光伏组件不需要安装额外的基础设施，不占用土地资源，特别适合人口稠密的城镇使用。此外，光伏建筑组件还可作为建筑物的装饰，同时可降低屋顶与墙面的温升，降低建筑室内冷负荷。在未来的城镇化建设中，太阳能建筑物会将实现电力的自给自足，是一大重要的发展方向。
4 结 语
城镇化建设是我国现阶段发展的重要方向，城镇居民和企业的生存与发展离不开能源，作为绿色能源的太阳能发电系统，具有减少环境污染、响应国家号召、可持续发展的社会效益。随着光伏发电产业化进程和技术开发的深化，它的效率、性价比将得到提高，光伏建筑一体化将得到更进一步的应用，必将推动城镇化建设快速发展。
参考文献
[1]胡云岩，张瑞英，王 军.中国太阳能光伏发电的发展现状及前景[J].河北科技大学学报，2014，35（1）：69～72.
[2]黄茂启.小型户用光伏系统的设计与分析[D].昆明理工大学，2017.
[3]董有尔，蒙 宇，申甜甜，唐晋娥.太阳能光伏发电系统应用研究[J].山西大学学报，2013，36（1）：40～48.
[4]李 琳.光伏直流微电网系统在城市住区中的应用设计研究[D].广西大学，2017.
[5]惠 晶.新能源发电与控制技术[M].北京：机械工业出版社，2012：113～152.
[6]Musa T. Zarmai，N.N. Ekere， C.F. Oduoza， Emeka H. Amalu.A review of interconnection technologies for improved crystalline silicon solar cell photovoltaic module assembly[J]. Applied Energy，2015：173～182.
收稿日期：2018-6-5
关键词：城镇化建设；光伏发电；建筑一体化
中图分类号：TU18 文献标识码：A 文章编号：1004-7344（2018）20-0078-02
1 引 言
随着国民经济的发展，城镇化建设已成为一项重要课题。城镇化的本质是聚集。聚集指的是人口的聚集以及产业的聚集，通过聚集不断扩大经济发展的规模、优化经济结构、促进创新发展模式。
在城镇化建设中，势必会给这个地区带来人员的大量集中，对能源的需求也会大大增加[1]。我国城镇消耗的能源以电能为主，但电能的产生大多数以煤炭、石油、天然气等传统型能源为主，这些传统型能源会对环境造成污染，且原材料多在边远省份，产生的电能需经远距离直流输电技术的支持。太阳能光伏发电作为可再生能源的一种，以其取之不尽用之不竭、无污染的优点被人们广泛关注，它势必会改变人类的能源结构，实现可持续发展。如果把太阳能利用技术应用在城镇化建设中，前景是很可观的[2]。
2 为何利用太阳能发电
2.1 太阳能资源丰富
太阳能资源丰富，太阳每秒钟照射到地球上的能量高达80万kWh，假如把地球表面0.1%的太阳能转换为电能，转变率5%，每年发电量可达5.6×1012kWh，相当于全世界能耗的40倍。太阳能电池以其独特的优势，种类也越来越多，市场规模也在逐步扩大[3]。
2.2 政策的支持
光伏应用无处不在，光伏产业的研究已成为热点，目前以建筑物为主体的光伏发电以更节省资源、土地等优点被广泛关注，这种光伏发电与建筑物合体的设计将更有利于调配资源、配置建筑物的供配电系统。由于光伏发电属绿色能源，虽然光伏发电成本较高、电价较高，但仍然不影响它的发展，我国相关法规在光伏发电项目上给予了非常大的支持，主要表现在电价的补贴。
2.3 无污染、清洁、可持续发展
随着经济快速发展，我国工业化与城镇化建设进程的加快，大气污染成为难以避免的严重问题。近年来，我国空气质量改善缓慢，大气污染物的排放总量长年居高[4]。
2.4 光伏建筑一体化是发展方向
光伏发电建筑一体化是将光伏发电技术应用到建筑的制冷、采暖、照明、家电、饮食等耗能活动中，使光伏发电系统的各组成部分与建筑体有机结合。光伏发电系统与建筑的结合，不只是单纯的附加，而是安全、环保、节能、美观并且经济适用的总体要求，使光伏发电系统作为建筑的一种体系，纳入基本的建设工程的程序。
3 如何利用太阳能发电
3.1 光伏发电概念
光伏发电是利用太陽光照射到半导体即光伏电池表面，其中内部电荷的分布形态产生改变，进而产生电动势。光伏发电的关键技术在于光伏电池。光伏阵列经串并联后构成组合体光伏电池模块，然后再经过封装保护构成大面积的光伏电池板，光伏电池板与其他控制器件合起来最终就形成了光伏发电系统[5]。
3.2 系统分类
光伏发电系统可按并网型式分，可分为独立光伏发电系统和并网光伏发电系统[6]。
独立式光伏发电多用于偏远山区及野外，受特殊地理位置影响，所需线缆较长，供电可靠性较低，且线路损耗较大。
并网式光伏发电系统可将产生的电能并入公共电网。该系统分带蓄电池和不带蓄电池。带蓄电池的并网系统具有调度性，可根据负载需要考虑是否需要蓄电池备用电源，以防停电，还可根据需要选择是否并入电网，常安装在居民建筑中；不带蓄电池并网光伏系统一般安装在较大型的系统，投资大、建设周期长、占地面积大。目前，在光伏建筑一体化中，分散式的小型并网光伏发电具有明显的优势。
3.3 系统组成
太阳能光伏并网系统如图1所示。光伏发电系统是由光伏阵列、蓄电池、逆变器、充放电控制器、负载和太阳跟踪控制系统组成。
3.4 城镇建设中的光伏发电
在城镇化建设中，住区公共便民设施诸如路灯、绿化照明灯、广告宣传设施、手机充电站，道路交通设施诸如光伏道路等等都可使用光伏发电系统提供电能。
太阳辐射能量密度较小，且具有随机性，将光伏发电作为辅助能源供电时，城镇建设配套的光伏发电系统应采用非储能的屋顶发电分布式能源系统，光伏容量为变压器安装容量的20～30%，低压侧并网，基本可实现自发自用，不足的电能从电网获取，应尽量避免光伏发电系统反向给电网供电导致电能调度复杂化、继电保护困难化。
对于白天光照强，但居民家用电器用电量少，需要电能少；晚上虽没光照，但居民用电量明显增加，所以应采用带储能的并网式光伏发电系统。白天将多余的电能储存在蓄电池中，夜晚蓄电池释放电能供负载使用，目前蓄电池多采用铅酸蓄电池，其性价比越来越高。
在建筑物设计中，既要满足光伏发电的功能要求，还要满足建筑物的基本功能要求，主要考虑建在屋顶、墙面、遮阳台、幕墙等外围结构。用建筑集成光伏组件不需要安装额外的基础设施，不占用土地资源，特别适合人口稠密的城镇使用。此外，光伏建筑组件还可作为建筑物的装饰，同时可降低屋顶与墙面的温升，降低建筑室内冷负荷。在未来的城镇化建设中，太阳能建筑物会将实现电力的自给自足，是一大重要的发展方向。
4 结 语
城镇化建设是我国现阶段发展的重要方向，城镇居民和企业的生存与发展离不开能源，作为绿色能源的太阳能发电系统，具有减少环境污染、响应国家号召、可持续发展的社会效益。随着光伏发电产业化进程和技术开发的深化，它的效率、性价比将得到提高，光伏建筑一体化将得到更进一步的应用，必将推动城镇化建设快速发展。
参考文献
[1]胡云岩，张瑞英，王 军.中国太阳能光伏发电的发展现状及前景[J].河北科技大学学报，2014，35（1）：69～72.
[2]黄茂启.小型户用光伏系统的设计与分析[D].昆明理工大学，2017.
[3]董有尔，蒙 宇，申甜甜，唐晋娥.太阳能光伏发电系统应用研究[J].山西大学学报，2013，36（1）：40～48.
[4]李 琳.光伏直流微电网系统在城市住区中的应用设计研究[D].广西大学，2017.
[5]惠 晶.新能源发电与控制技术[M].北京：机械工业出版社，2012：113～152.
[6]Musa T. Zarmai，N.N. Ekere， C.F. Oduoza， Emeka H. Amalu.A review of interconnection technologies for improved crystalline silicon solar cell photovoltaic module assembly[J]. Applied Energy，2015：173～182.
收稿日期：2018-6-5