光电建筑的“苦恼”：建筑与光伏系统的设计矛盾

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　　一栋三层钢筋混凝土住宅在进行翻修时，顺便在平屋顶上安装了容量为4千瓦的太阳能电池板。电池板使用架台，朝南与水平面成30度倾斜角支撑固定。事前预测年发电量应该达到约4000千瓦时，相当于该住宅耗电量的7成。不过，设置后经过约半年时间，发现实际发电量比预测值少3成。业主投诉设计者应负有责任。那么，原因究竟何在？

　　平屋顶上设置的太阳能电池板。使用槽型钢等组建架台，为使年发电量达到最大值，朝正南方向以30度的倾斜角安装。

　　在太阳能电池板的南侧，设置有用于防坠落的栏杆等，其产生的阴影挡住了部分电池板，从而导致发电量大幅下降。电池板表面排列的10厘米～15厘米见方的单元之间多为串联。因此，即便只有一个单元的发电量降低，也会产生较大影响。所以，安装电池板需要注意选择朝向，以防止阴影挡住电池板，或者即使电池板被阴影挡住，也能将影响控制在最小限度。

　　日本2012年度的太阳能电池板供货量是上年度的2.7倍，达到380万千瓦，创下历史新高。2012年7月开始实行的可再生能源发电固定价格收购制度是太阳能发电设备设置量大增的主要原因。

　　随着太阳能发电设备设置量迅速扩大，纠纷也不断增多，光电建筑设计人员被卷入其中的情况也屡见不鲜。就上述发生问题的住宅而言，设计者根本没有准确理解太阳能电池板的特性。

　　设计者分2行设置了电池板的架台。在南侧前面设置的电池板附近有一个用于防坠落的栏杆，栏杆的阴影挡住了电池板。而且，前面电池板的阴影还挡住了后面的电池板。不过，设计者却对此作出了错误的判断，认为：“挡住电池板的阴影面积非常小，即便发电量降低一些，也不会出现问题。”


　　即便是很小的阴影也会导致整个电池板全军覆没，太阳能电池板的发电量降低未必和阴影面积成正比。普通结晶硅型电池板采用的结构是，用名为互连器的导线将发电元件“单元”串联在一起。如果将单元替换成干电池，就更容易理解电流的流通路径。

　　很多太阳能电池板为防止出现这种“全军覆没”情况，会设置名为旁路二极管的元件，将电池板内的单元分成三个系统。其工作原理是，绕过存在不发电单元的系统，流通电流，从而将电池板整体的发电量降低控制到最小。

　　太阳能电池板的发电量由电压和电流的乘积最大值决定。发电量的降低不仅受日照量及电池板温度的影响，还会因阴影形成方向而有所不同。比如，在阴影朝着单元串联的方向扩大的情况下。即使最多18枚单元被阴影挡住，3个系统中，也只有一个系统不发电，因此整体发电量只会减少33%。而另一方面，如果阴影朝着正交方向扩大，即使只有5枚单元被阴影挡住，所有系统都会受到影响，导致发电量骤减。

　　太阳能电池板原则上需要设置在没有阴影的场所。在不得已的情况下，则需要在安装电池板时注意设计朝向，以实现即使有阴影遮挡，也能将发电量降低控制到最小程度。

　　来自：日经能源网