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【摘要】：介绍了太阳能光伏发电系统的基本原理，并举例说明太阳能光伏发电系统在民用建筑电气中的应用。太阳能技术在建筑电气应用中虽然还有缺陷和局限性，但是必将在未来得到长足的发展。
【关键词】：太阳能；光伏发电；建筑节能；
中图分类号：TE08 文献标识码：A 文章编号：
前言
我国是建筑产业快速发展的国家，建筑运行能耗占到全社会总能耗的30%左右。因此，如何提高建筑的能源使用效率，和实现节能减排成为了建筑业的重中之重。太阳能作为一种天然的能源，越来越受到人们的重视，成为人们关注的焦点。太阳辐射能是取之不尽、用之不竭、无污染、廉价、人类能够自由利用的能源。太阳能每秒钟到达地面的能量高达80万千瓦，假如把地球表面0.1%的太阳能转为电能，转变率5%每年发电量可达5.6×1012千瓦小时，相当于世界上能耗的40倍。当代世界太阳能科技发展有两大基本趋势，一是光电与光热结合，二是太阳能与建筑的结合。太阳能建筑系统是绿色能源和新建筑理念两大革命的交汇点。并且我国2008年实施的《民用建筑节能条例》中规定，国家鼓励和扶持新建建筑和既有建筑节能改造中采用太阳能，地热等可再生的绿色资源。
1、太阳能技术在建筑电气中的应用
太阳能光电建筑应用就是要和建筑一体化，要大规模地推广太阳能光伏发电，要把太阳能光伏发电应用到千家万户，就是要和建筑的一体化。当前太阳能光电建筑应用主要为太阳能屋顶、光伏幕墙等光电建筑一体化。其中屋顶太阳能光电建筑应用较为广泛，其主要特点是：可以调节太阳能电池板与太阳光之间的朝向，我国地处北半球，太阳能电池板要朝南，要朝北就不行，因此光伏幕墙有一定的局限性。光伏发电系统的核心部件就是太阳电池组件，太阳电池组件通常是一个平板状结构，经过特殊设计和加工，完全可以满足建筑材料的基本要求。因此，光伏发电系统与一般的建筑结合，即通常简称的光伏建筑一体化应该是太阳能利用最佳形式。
太阳能光伏发电系统主要由太阳能电池板、蓄电池、控制器、DC-AC逆变器和用电负载等组成。其中，太阳能电池板、蓄电池为电源系统，控制器、逆变器为控制保护系统。太阳能技术在民用建筑电气领域应用主要包括路灯、庭园灯、楼道灯等节能灯、LED灯的照明供电。太阳能系统建筑可以在日常的使用过程中实现与常规电力进行切换，从而实现在太阳能发电系统发电量不足的情况下，改由常规电力供电。太阳能电池板产生的直流电力通过逆变器转变为交流电，然后向用电负荷供电，同时多余的电量又通过控制器向蓄电池组充电。在无日照的情况下，通过逆变器由蓄电池向用电负荷供电，当蓄电池的电力不足时，自动切换到常规电力，由常规电力给用电器提供电能。该太阳能发电系统主要由太阳能电池组件、太阳能电池支架、控制器、逆变器、蓄电池组等组成。整个系统全自动运行无需人工管理。真正实现节能建筑。
太阳能家用发电系统已经成功的运用到民用住宅中，如一些高档的住宅区和别墅区，主要负载为空调负荷，照明负荷，和部分厨卫用电的小型负荷。根据客户的需要，系统安装既可以采用并网发电形式，也可以采用离网发电系统。光伏阵列安装在屋面和墙面上，并直接吸收太阳能，避免了墙面温度和屋顶温度过高，降低了空调负荷，改善了室内环境。采用太阳能与建筑相结合的形式有很大的优越性，可原地发电、原地使用、减少电流运输过程的费用和能耗，还省去了单独为光电设备提供的支撑结构。
太阳能系统在民用建筑中的防雷。太阳能电池板通常都装设于屋顶上，并且很多时候太阳能设备都高出屋面许多。按我国现行的国家规范《建筑物防雷设计规范》和《民用建筑電气设计规范》规定，引出屋面的金属物体可不装接闪器，但应和屋面防雷装置相连。在屋面接闪器保护范围之外的非金属物体应装设接闪器，并应和屋面防雷装置相连。所以，对于太阳能装置的屋面防雷应在局部增设避雷针或避雷带，并且，太阳能装置的底座应与屋面避雷装置做可靠连接。
2、工程举例
现有一个单体别墅，常住人口约为3~5人，处在光照比较充足地区，根据业主需求，整体解决方案如下：
负载需求：
太阳能发电系统指标如下：太阳能电池容量 30kw；交流输出额定功率3kw；额定输出电压（V） 220±10%（AC；功率因数达到0.8以上。
图1 太阳能离网发电系统图
本系统由太阳能电池板，逆变器，控制器，蓄电池，双电源切换自动装置（ATS）,稳压保护装置组成（见图1）。
本系统负载主要包括LED照明灯具，小型家电，手机充电等，为确保系统安全可靠运行，系统安装容量设计为30KW，根据负载情况，当太阳能系统供电不能满足要求时，由ATS自动转换至市电运行，以保持负载正常运行所需电量。ATS需保证两路电源不同时运行。经过业主的使用运行，可以支持2~3天的阴雨天，并且基本满足业主的使用要求，月电费节省30%~40%左右。反应良好。
3、太阳能技术在建筑电气应用中的缺陷及局限性
建筑电气的节能设计潜力很大，工作人员在设计中应考虑各种可行的技术措施。同时，在选用节能的新设备时，技术人员应具体了解节能产品的原理、性能、效果，从技术、经济上进行比较，合理选择节能设备，推动建筑电气节能的发展。
当然，太阳能技术在目前的情况也存在着许多缺陷：一，不稳定性：由于受到昼夜、季节、地理纬度、海拔高度和天气等自然条件的影响，所以，到达某一地面的太阳辐照度既是间断的，又是极不稳定的，这给太阳能的大规模应用增加了难度。为了使太阳能成为连续、稳定的能源，从而最终成为能够与常规能源相竞争的替代能源，就必须很好地解决蓄能问题，但目前蓄能也是太阳能利用中较为薄弱的环节之一。二，效率低和成本高：目前太阳能利用的发展水平，有些方面在理论上是可行的，技术上也是成熟的。但有的太阳能利用装置，因为效率偏低，成本较高，总的来说，经济性还不能与常规能源相竞争。在今后相当一段时期内，太阳能利用的进一步发展，主要受到经济性的制约。
4、结束语
在中国太阳能与建筑一体化技术已基本成熟的条件下，太阳能与建筑一体化是中国太阳能利用行业发展的必然趋势。中国政府不断加强建筑节能的全民意识以及日益成熟的房地产市场环境，促进了建筑节能完整利益链与市场化运行机制的形成，为建筑电气利用太阳能提供了良好机遇。可以肯定，太阳能技术在建筑电气中将迎来快速的发展。
【关键词】：太阳能；光伏发电；建筑节能；
中图分类号：TE08 文献标识码：A 文章编号：
前言
我国是建筑产业快速发展的国家，建筑运行能耗占到全社会总能耗的30%左右。因此，如何提高建筑的能源使用效率，和实现节能减排成为了建筑业的重中之重。太阳能作为一种天然的能源，越来越受到人们的重视，成为人们关注的焦点。太阳辐射能是取之不尽、用之不竭、无污染、廉价、人类能够自由利用的能源。太阳能每秒钟到达地面的能量高达80万千瓦，假如把地球表面0.1%的太阳能转为电能，转变率5%每年发电量可达5.6×1012千瓦小时，相当于世界上能耗的40倍。当代世界太阳能科技发展有两大基本趋势，一是光电与光热结合，二是太阳能与建筑的结合。太阳能建筑系统是绿色能源和新建筑理念两大革命的交汇点。并且我国2008年实施的《民用建筑节能条例》中规定，国家鼓励和扶持新建建筑和既有建筑节能改造中采用太阳能，地热等可再生的绿色资源。
1、太阳能技术在建筑电气中的应用
太阳能光电建筑应用就是要和建筑一体化，要大规模地推广太阳能光伏发电，要把太阳能光伏发电应用到千家万户，就是要和建筑的一体化。当前太阳能光电建筑应用主要为太阳能屋顶、光伏幕墙等光电建筑一体化。其中屋顶太阳能光电建筑应用较为广泛，其主要特点是：可以调节太阳能电池板与太阳光之间的朝向，我国地处北半球，太阳能电池板要朝南，要朝北就不行，因此光伏幕墙有一定的局限性。光伏发电系统的核心部件就是太阳电池组件，太阳电池组件通常是一个平板状结构，经过特殊设计和加工，完全可以满足建筑材料的基本要求。因此，光伏发电系统与一般的建筑结合，即通常简称的光伏建筑一体化应该是太阳能利用最佳形式。
太阳能光伏发电系统主要由太阳能电池板、蓄电池、控制器、DC-AC逆变器和用电负载等组成。其中，太阳能电池板、蓄电池为电源系统，控制器、逆变器为控制保护系统。太阳能技术在民用建筑电气领域应用主要包括路灯、庭园灯、楼道灯等节能灯、LED灯的照明供电。太阳能系统建筑可以在日常的使用过程中实现与常规电力进行切换，从而实现在太阳能发电系统发电量不足的情况下，改由常规电力供电。太阳能电池板产生的直流电力通过逆变器转变为交流电，然后向用电负荷供电，同时多余的电量又通过控制器向蓄电池组充电。在无日照的情况下，通过逆变器由蓄电池向用电负荷供电，当蓄电池的电力不足时，自动切换到常规电力，由常规电力给用电器提供电能。该太阳能发电系统主要由太阳能电池组件、太阳能电池支架、控制器、逆变器、蓄电池组等组成。整个系统全自动运行无需人工管理。真正实现节能建筑。
太阳能家用发电系统已经成功的运用到民用住宅中，如一些高档的住宅区和别墅区，主要负载为空调负荷，照明负荷，和部分厨卫用电的小型负荷。根据客户的需要，系统安装既可以采用并网发电形式，也可以采用离网发电系统。光伏阵列安装在屋面和墙面上，并直接吸收太阳能，避免了墙面温度和屋顶温度过高，降低了空调负荷，改善了室内环境。采用太阳能与建筑相结合的形式有很大的优越性，可原地发电、原地使用、减少电流运输过程的费用和能耗，还省去了单独为光电设备提供的支撑结构。
太阳能系统在民用建筑中的防雷。太阳能电池板通常都装设于屋顶上，并且很多时候太阳能设备都高出屋面许多。按我国现行的国家规范《建筑物防雷设计规范》和《民用建筑電气设计规范》规定，引出屋面的金属物体可不装接闪器，但应和屋面防雷装置相连。在屋面接闪器保护范围之外的非金属物体应装设接闪器，并应和屋面防雷装置相连。所以，对于太阳能装置的屋面防雷应在局部增设避雷针或避雷带，并且，太阳能装置的底座应与屋面避雷装置做可靠连接。
2、工程举例
现有一个单体别墅，常住人口约为3~5人，处在光照比较充足地区，根据业主需求，整体解决方案如下：
负载需求：
太阳能发电系统指标如下：太阳能电池容量 30kw；交流输出额定功率3kw；额定输出电压（V） 220±10%（AC；功率因数达到0.8以上。
图1 太阳能离网发电系统图
本系统由太阳能电池板，逆变器，控制器，蓄电池，双电源切换自动装置（ATS）,稳压保护装置组成（见图1）。
本系统负载主要包括LED照明灯具，小型家电，手机充电等，为确保系统安全可靠运行，系统安装容量设计为30KW，根据负载情况，当太阳能系统供电不能满足要求时，由ATS自动转换至市电运行，以保持负载正常运行所需电量。ATS需保证两路电源不同时运行。经过业主的使用运行，可以支持2~3天的阴雨天，并且基本满足业主的使用要求，月电费节省30%~40%左右。反应良好。
3、太阳能技术在建筑电气应用中的缺陷及局限性
建筑电气的节能设计潜力很大，工作人员在设计中应考虑各种可行的技术措施。同时，在选用节能的新设备时，技术人员应具体了解节能产品的原理、性能、效果，从技术、经济上进行比较，合理选择节能设备，推动建筑电气节能的发展。
当然，太阳能技术在目前的情况也存在着许多缺陷：一，不稳定性：由于受到昼夜、季节、地理纬度、海拔高度和天气等自然条件的影响，所以，到达某一地面的太阳辐照度既是间断的，又是极不稳定的，这给太阳能的大规模应用增加了难度。为了使太阳能成为连续、稳定的能源，从而最终成为能够与常规能源相竞争的替代能源，就必须很好地解决蓄能问题，但目前蓄能也是太阳能利用中较为薄弱的环节之一。二，效率低和成本高：目前太阳能利用的发展水平，有些方面在理论上是可行的，技术上也是成熟的。但有的太阳能利用装置，因为效率偏低，成本较高，总的来说，经济性还不能与常规能源相竞争。在今后相当一段时期内，太阳能利用的进一步发展，主要受到经济性的制约。
4、结束语
在中国太阳能与建筑一体化技术已基本成熟的条件下，太阳能与建筑一体化是中国太阳能利用行业发展的必然趋势。中国政府不断加强建筑节能的全民意识以及日益成熟的房地产市场环境，促进了建筑节能完整利益链与市场化运行机制的形成，为建筑电气利用太阳能提供了良好机遇。可以肯定，太阳能技术在建筑电气中将迎来快速的发展。