基于绿色建筑理念的自动化光伏百叶窗产电节能系统

王义函

【摘 要】我们的最终目的是创造一种适合办公、学习场所的高效的新BIPV装置。我们根据绿色建筑理念，提出从占建筑物表面积60%的窗户上采取太阳能来供给室内用电的系统，实现室内耗能减少，达到节能减排的目的。目前市场此类产品不多，此类产品市场潜力大。我们分析了它的市场价值，市场潜力，不久的将来能给国家带来百亿经济增值。我们还对比了一些目前已有的产品，性能上，综合了他们的优点，分析了我们的创新性，同时也指出了我们的不足之处。

【关键词】绿色建筑；自动化；光伏百叶窗

一、基本概念

（一）绿色建筑理念：

绿色建筑指的是在全寿命期内，最大限度地节约资源（节能、节地、节水、节材）、保护环境、减少污染，为人们提供健康、适用和高效的使用空间，与自然和谐共生，即能够达到节能减排目的建筑物。众所周知，“绿色建筑”的“绿色”，并不是指一般意义的立体绿化、屋顶花园，而是代表一种概念或象征，指建筑对环境无害，能充分利用环境自然资源，并且在不破坏环境基本生态平衡条件下建造的一种建筑，又可称为可持续发展建筑、生态建筑、回归大自然建筑、节能环保建筑等。

（二）基于绿色建筑的光电一体化结构（BIPV）：

BIPV即Building Integrated PV是光伏建筑一体化。BIPV技术是将太阳能发电（光伏）产品集成到建筑上的一种技术。在发达国家，建筑用能占全国总能耗的30%—40%，对经济的发展已经形成了一定的制约作用，所以在未来BIPV必然会成为一个发展的趋势。这项技术有着采光好、安全性高、安装方便、寿命长、绿色环保等优点，并且它适合于大多数的建筑，在平屋顶、斜屋顶、幕墙、天棚等结构上都可以安装。

二、设计前序

（一）研究目的：

尽管中国绿色建筑发展速度快，但是绿色建筑技术仍存在缺陷，缺乏创新性。本次研究旨在根据BIPV原理，设计出用于学校、办公楼、家庭书房等办公地点的光电一体式太阳能百叶窗。并且令它具备以下几点能力：

* 可以根据室内的光强，自动调节扇叶的角度，以调节入光量来使室内满足办公、书写等所需的光强强度要求。

* 其扇叶上覆盖有薄太阳能电池板（或者直接用略厚的太阳能电池板当扇叶），收集直射在窗户上的太阳能。

* 外接插座，实现即时向室内供电，同时也外接蓄电池，用于其他用电，如：楼道的夜间照明供电等。

并进一步探究探讨该技术未来的发展前景，为在我国发展绿色建筑做出先行探索。

（二）选题原由：

* 由资料可知，在公司大楼的办公室，初中高甚至大学校教室中都存在着入射光线太强以至需要拉上窗帘，并且开灯办公的现象。这不仅额外浪费了电力，还浪费了原本应该射入室内的太阳能。

* 在发达国家，建筑用能已占全国总能耗的30%—40%

* 窗户面积占建筑物侧表面百分之60以上。那么能不能利用这些电力以达到节能的效果呢？于是我们去搜集了一些相关的资料，决定从窗户入手是一个切实可行的办法。

* 并且随着科技的快速前进，智能家居也在不断的往自动可控化的方向发展着，太阳能窗帘自然也会越来越普及。

* 不妨设想长远一些，假设有一天大家都换上了太阳能帘，如同现今的太阳能热水器并入国网供电一样，实现取电于窗，连入国网，那么这个意义便是极大的。

（三）产品的现实意义：

* 缓解供电压力，提高能源效率：

国内发展绿色建筑将有效带动新型建材、新能源、节能服务等产业的发展，有望撬动超过万亿元的绿色市场规模。目前中国带有绿色建筑评价标识的建筑总面积不足4000万平方米，由此可见绿色建筑在未来的发展空间是巨大的。

* 缓解环境危机，促进可持续发展

雾霾围城，如今发展清洁能源已成为大趋势，从未来上看，发展太阳能是必须的，而未来又必须要着手于现在。从绿色建筑上来说，建筑作为人工环境，是满足人类物质和精神生活需要的重要组成部分。中国正处于工业化和城镇化快速发展阶段，若要在未来15年内保持GDP年均增长7%以上，则将面临巨大的资源约束瓶颈和环境恶化压力。严峻的事实告诉我们，中国要走可持续发展道路，发展节能与绿色建筑刻不容缓。

减少电量消耗，优化用电方式。

* 设计合理，经济环保

绿色建筑通过科学的整体设计，集成绿色配置、自然通风、自然采光、低能耗围护结构、新能源利用、中水回用、绿色建材和智能控制等高新技术，具有选址规划合理、资源利用高效循环、节能措施综合有效、建筑环境健康舒适、废物排放减量无害、建筑功能灵活适宜等六大特点。它不仅可以满足人们的生理和心理需求，而且能源和资源的消耗最为经济合理，对环境的影响最小。

三、理论计算

（一）耗材预测

整个设备生产下来所需为：

电机、太阳能片、百叶窗、蓄电池、以及绳索等小物件，列入成产线后，统共耗材费约为300元。

（二）產能节约费

太阳能板产能取决于两个因素：光照强度和太阳能电池板的转换效率。我们以普通窗户1.5平方米1小时发电量为例来计算。

假设每天平均光照强度是1000W/m^2，太阳能电池板的转换效率是20%，那么功率P=1000W/m^2×1.5m^2×20%=300W，1小时发的电就是0.3度。按照这个方式计算，不同光照强度，电池板转换效率不同的情况下产的电量都是不一样的。

一天8小时光照，0.3*8=2.4度，每度电0.5元的话，一天节省2.4*0.5=1.2元。

综上两点，只需要300/1.2=250天即可收回成本，然后节能产电。

四、分析

（一）与相似产品的对比：

德国的太阳能遮阳板，直接一整块2x2米厚太阳能电池板倾斜遮挡窗户前，上端固定可转动，只能满足闭合（完全不允许入光）或者张开固定角度（正面对太阳），活动不灵活，优点是收集的太阳能较多，但不符合实际办公学习的条件，不符合本产品应用在办公地点的要求，不能根据需要调节入光量。

国内有自动调节的窗帘，与本产品自动控制结构相似，无太阳能电池机构，要耗费室内的电力。但是如果出现对自动调整的光线不满足，无法办公、學习时在座位上调整，还需起身。本产品有随时随地调节。而且本产品可实验电力自给，并有电力输出。

（二）创新点：

1）符合当下国家发展光伏产业的现状，略作填补了国内BIPV上的空白；

2）四路互锁控制电路的实施，解决了控制正转和反转容易，控制停止后再正（反）转难的问题；

3）实现了太阳能电池板与自动化窗帘的结合，暂时市场还没这种产品；

4）智能家居理念，实现了窗帘的自动化。

5）绿色建筑及节能减排，建筑物室内耗能的减少，建筑物表面的能源利用，符合绿色建筑的要求。

五、总结

国策上，国家已经开始发展BIPV与绿色建筑，投入了大量资金，公布了各项政策。

建筑物节能上，充分利用好建筑物表面的能量，减少建筑室内的耗能，不仅不浪费室内供电，好用建筑物表面能量供给室内用电。

经济上，BIPV可带动万亿产业链，而且降低电价，前景丰厚。

环境上，绿色能源、绿色建筑正是污染严重的国内所需要的。

能源的枯竭，污染的加重，以及新能源、新理念的提出，鞭促着我们跟紧时代的步伐，为未来做好准备。

【参考文献】

[1]钟毅.绿色建筑领域暖通空调技术的运用实践及现实意义思考[J]. 2007，05（18）：33-34.

[2]何清，徐武毅.光伏建筑一体化[J].城市住宅.2009（8）：58-59.

[4]李芳，沈辉.光伏建筑一体化的现状与发展趋势[J].电源技术.2007，31（8）：659-662.

[5]李顺梅.梅军.姚勇.太阳能光伏建筑一体化研究现状及发展趋势[J].四川建筑，2013，33（6）：38-41.