李艾+于京沧+金鑫+姜雪晶
摘 要：太阳能是地球上所有人类赖以生存的能源，也是一切其他能源的来源，无论是石油能源、火能，还是现代高科技研究产物新能源等，都由太阳能通过转化得来，在一定历史时期为人类生活提供能源或便利。因此，随着科技的发达，人类渐渐掌握了更多将太阳能转化为我们需要能源的方法，这种通过某种特定装置将太阳能转化为特定能源的方式，叫做太阳能转换。因此，笔者将介绍通过太阳能转化为电能的技术，也就是太阳能光伏发电技术，来研究太阳能光伏发电技术在建筑设计中的应用。
关键词：太阳能；光伏发电；建筑设计；应用
DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.19.171
太阳能转化为电能主要依靠光伏发电原理，也就是研发一种能够将光能转化为电能的半导体，将这种半导体安装在太阳能电池中，在接受光照过程中电池中的半导体吸收光照，并将光能转化为离子状态，带电离子在电池中自由移动，在脱离原子核正电束缚后，形成自由带电离子，在闭合电路中定向移动，最后形成电流，这个过程就是太阳能转化为电能的过程，这种发电方法不同于风力发电、水力发电、火力发电等传统高污染、高能源浪费发电方法，而是高效率、低污染的方式，并且拥有高再生性，能承受长时间的使用。但这种环保发电方法在实践中也会受到成本和环境的限制。我国的光伏发电还处于高速发展状态，因此国家对这种环保发电方法提供更多支持，也相应出台很多政策为这种发电方法开辟绿色通道。不同于过去先污染再治理的观念，我国提倡在环保中发展的道路，因此保护我们的生存环境，为地球未来的发展提供更科学的方法，是我们加大太阳能光伏发电技术在建筑设计中应用的源动力。
1 在建筑设计中应用太阳能光伏发电光技术的优势
不仅是我国，全球范围内其他国家也在大力提倡使用太阳能进行环境保护和节约资源，因为通过太阳能光伏发电技术不仅能节省其他稀有资源如石油、煤炭和天然气等，还有降低浪费、高效环保的特点。
第一，通过光伏发电技术产生的是电能，这种发电方式对环境的污染近乎于无，且生产出的电能是清洁能源，太阳能在当下依然属于可再生能源，利用太阳能不仅降低了对环境的破坏，还达到可持续发展的目的。第二，光伏发电的装置虽然成本较高，可使用时间长，材料占地面积小，简单安装在屋顶即可使用，不必另外开辟场地安置，不仅工厂可以大范围使用，一般住户也能在住所附近安装。第三，白天光照强烈，电池可以在这个时段大量储存能源，当晚间用电高峰期来临时，光伏发电生产的电能就能缓解用电紧张的现象，减少地区发电厂的压力。第四，普通居民安装在屋顶或墙壁上的太阳能光伏发电装置在一定程度上吸收了光能，避免阳光直接照射建筑物，也减少了建筑物对光能的吸收，在夏季也可以降低室内温度，起到一举两得的目的。第五，太阳能转化随时产生随时使用，这点在普通居民使用中尤其明显，只要有光照，就能产生电能，这就减少了电能从发电厂输送到用户家中的过程产生的浪费，减少远距离输送电能在一定程度上也减少了电线的使用，节省了能源。第六，太阳能光伏发电基本达到了零污染零排放的要求，而且现代建筑可以在设计过程中将光伏发电设备融入建筑设计中，这种结合不仅美观，而且环保节能，在许多发达国家已经大范围使用。
因此，上述六点都是光伏发电对环境、人类产生的积极作用，光伏发电项目的推广符合未来建筑设计发展方向，不仅能通过建筑设计和建筑物进行完美的融合，还能极大程度上减少环境污染，通过利用环保的太阳能产生无污染的电能，一方面减少建筑物因为光照带来的磨损，另一方面收集阳光降低地方电网压力，在商业、普通居民中适用度都很高，是能广泛推广的环保方式。
2 光伏发电技术在建筑设计中的应用
2.1 建材型建筑
建材型建筑就是在建筑设计阶段，将光伏发电设备融入建筑物中作为常规建筑材料使用，传统建筑物将砖面或钢混结构作为外墙，主要用于保护建筑主体安全和美观，但现在可以将太阳能光伏发电设备嵌入外墙，作为建筑装饰面，起到吸收光能转化电能和建筑物安全美观的作用，在发电供应建筑物内部光照的同时，吸收阳光避免室内高温，减少空调使用频率，降低建筑物对环境破坏。
建材型建筑的光伏发电设备材料主要由钢和玻璃组成，在整体设计中不仅要考虑建筑物和设备的安全性能，还要注重现代建筑屋顶美观，光伏发电设备要具有一定纵深才能高效吸收光能，避免建筑物大量光照，在居民建筑物中要考虑顶层住户和中间层住户的区别，在设计时注重楼顶和楼体表面设备的安装，保障电能输送到每一户居民家中，因此在电缆设备安置上也要考虑使用年限等原因。
2.2 普通型建筑
普通型建筑不同于建材型建筑将光伏发电设备融入建筑物中的特点，而是在建筑物表面安装设备，做简单的结合处理，适用于目前已有建筑物，但在较常用于顶层用户，主要材料有钢混支架，发电设备和电线等，由于只能设置在楼顶，因此也要格外注意磨损和防雷，建筑表面安置的发电设备安置简单方便，安装成本相较于建材型建筑较低，且具有更强的使用性能，屋顶吸收光照多使得发电量较多，这种高效率的发电方式在我国居民建筑物群中非常实用。
3 结论
当下我国大量建筑物楼顶都安装了这种简易的太阳能光伏发电设备，普通型建筑的推广已经颇具成效，但光伏发电设备的建材型建筑推广目前较少，由于受到成本较高、知名度较低的限制，光伏发电设备的大范围推广还需要研究者们花费大量时间和努力，能源问题和环保问题已经是全球都在关注的问题，环保节能的建筑物应该在未来得到推广，尤其是对太阳能这种零污染能源的利用。本文通过介绍太阳能光伏发电技术在建筑设计中的应用，提出两点当下及未来可行的方案，希望对我国建筑物光伏发电设备推广提供建设性意见。
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