城市光伏建筑一体化.docx
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城市光伏建筑一体化
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城市光伏建筑一体化
靳静,顾承红,艾 芊,奚玲玲 203)000 (海交通大学电气工程系,海上上
摘
要:
介绍了光伏建筑一体化(IV)BP的基本原理。
在讨论国内外BPIV相关政
策与示范工程等现状的基础上,预测其市场前景及在智能楼宇中的应用。
分析了BP IV的研究热点和核心技术,出光伏阵列的安装位置、指遮挡因素、通风系统以及建筑空调 系统综合设计是BPIV的关键。
关键词:
伏建筑一体化;范工程;智能楼宇;风系统;空调 光示通中图分类号:
M8文献标识码:
文章编号:
0153(070-4-4TB10-5120)8070 0靳 静(92) 18一,女,士研究生,硕研 究方向为风力发电
技术与新能源应
Buli nertdPhtvlac fCiyidngItgae oootiso t
JNJn,G hnhnI igUCegog,A inX ilgIa,lLni Qgn
用。
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0引言
近年来,阳能光伏建筑集成及并网发电得 太到了快速发展。
光伏建筑一体化(IV)太阳 BP是能光伏与建筑的完美结合,于分布式发电的一 属种[。
它能够减少电网用电,大减轻公共电网 1]大
逆变器、电池、制器、载等装置组成发电系 蓄控负统。
其寿命和防水性能同普通屋顶建材一样,只
是在材料利用上有重复 jVWAL是光伏器 。
P—L
件与建筑材料相结合,即用钢化玻璃和铝合金框 架构成光伏电池组件,如光伏玻璃幕墙,以代替 用屋顶、向阳外墙和窗户。
其寿命和防水性能良好。
从发展趋势上看,伏建材将会成为BP领域 光IV
的压力,是解决电力工业可持续发展问题的理想
突破口。
的主流,国内外都在加紧对这个领域的研究与应 用,期望得到性能优、命长、能多的BP模 寿功IV块 ]当BP。
IV系统参与并网时,不需要设置蓄
电池储能装置,必须有并网运行联入装置L。
但o BPIV适合应用于个人住宅、商业大楼、校、学 医院楼,场、铁站站台顶棚,交车站的顶棚,机地公 以及大型工厂车间的屋顶 。
光伏发电与建筑 物相结合构成光伏屋顶发电系统,近年来在国外
1概 述
BPIV是建筑物与光伏器件相结合的新型能 源。
BPIV可分为光伏屋顶结构(VRO)光 P—OF和伏墙体结构(VWAL两种形式。
P—OF是 P—L)VRO光伏系统与建筑电网联用 J即把封装好的光伏 ,组件安装在普通住宅或建筑物屋顶建材上,与 再
发展很快,景广阔。
光伏系统和建筑结合,前标志
着光伏发电由边远地区和特殊应用向城市过渡,
的研究与开发已取得了很大的发展。
“五”九期 间我国在深圳、京分别成功建成10k7k北7 W、 W
由集中电站向分布式供电模式过渡,将根本改 必变太阳能光伏发电在能源结构中的从属地位。
光伏发电屋顶并实现并网发电。
“十五”“和十一
五”间,京、海、期北上深圳等地相继建成了多个
2国内外发展现状
当今世界太阳能发电有80%是并网发电的, 而并网发电基本是在城市,就是说,IV已经 也BP占整个世界太阳能发电的最大比例。
近年来,国
BPIV工程。
到2005年第一季度为止,港地区 香已建成的BPIV系统的安装容量已经接近1M, W 分别座落在香港理工大学校园、政府示范楼、篙 竹
湾消防站和警察分局、电工程署、湾仔小学和 机马
尖沙嘴商业区环保大厦等地¨ 。
221我国第一个兆瓦级并网光伏电站 .. “与建筑结合的兆瓦级并网光伏发电关键技
术研究”题,20课于05年3月2目顺利通过验 5收。
课题研究成果已经用于深圳国际园林花卉博 览园1MW并网光伏电站。
该技术方案充分利用
外大力推行光伏与建筑相结合,目前世界上大 是规模利用光伏技术发电的一大热点。
联合国能源
机构的调查报告显示,IV将成为2BP1世纪城市 建筑节能的市场热点和最重要的新兴产业之一。
21国外发展状况 .
在能源和环保的双重压力下,阳能光伏技 太术已逐步成为国际社会走可持续发展道路的首选
了场馆的屋顶面积,实现了与建筑的一体化,电 与
网互为补充,并联运行,目前亚洲最大的太阳能 是
技术之一。
事实已经证明,于几k以下的系 对w
统,用太阳光伏发电是最为理想的。
光伏(V)采P
光伏并网发电系统。
投入使用后,预计年发电能
力约为1X1 k。
按照目前中国火电厂的煤 0wh
技术除传统的单独用户及特殊领域应用外,在 正
向高水平和大规模方向发展。
BP的联网发电 IV已成为近年来PV应用的主要方向和热点。
为了促进PV产业的快速发展,降低PV发电 成本以及节约能源和保护环境,国政府在19 美95
耗,年可节省标准煤约34t年C 减排量约 每8 ,O
10t年S27 ,O减排量约76 。
.8t
2225 W大型屋顶光伏并网示范电站 .. 0k
“0k大型屋顶光伏并网示范电站”中 5 W是
国科学院电工研究所承担完成的“五”国家科 十技攻关课题,成了太阳电池阵列功率超过 完5 W的大型并网光伏电站的工程建设。
0k
223:
京、.. i上海两个最大的太阳能项目匕 2006年5月18日,京市最大的太阳能发 北
年实施与屋顶结合的PBNS计划。
19V—OU97年6 月2日,国宣布将实施“6美百万太阳能屋顶”计
划,21到00年要在全国范围的住宅、业建筑、商学
校和联邦政府办公楼屋顶上安装10万套太阳能 0
系统,包括Pv系统和太阳能集热器,P总v安装 量将达到305MW。
日本从19 2 94年开始到20 01年底已安装P系统41MW,中屋顶系统 V4 其
电项目——新建的首都博物馆正式对外开放。
其
安装在屋顶上的30k太阳能发电系统完全与 0 W
建筑物融为一体,不管是晴天还是雨天,都能源源 不断地向博物馆提供电力。
之后,海市新江湾 上
镇5 W太阳能发电系统也成功建成,为上海 0k成市最大的太阳能发电项目。
2002年以来,国光伏电池组件生产能力迅 我
30MP2 W,V安装量平均每年增长2 W。
国0M德 1999年起开始“顶光伏”划,屋计当年PV安装量 为7Mw。
00年颁布可再生能源法案, 20实施投资 补贴,对新PV系统减少关税5%。
01年德国安 20
装PV系统7 ,当于世界市场的25MW相0%,均 平每年增]3 ,已成为最大的P进口国。
J5MW现1V
速增长,售价已降低了50%。
随着光伏技术的发
展进步,限制光伏发电大规模应用的价格瓶颈将
20年,03德国完成太阳能系统屋顶计划(减息贷 款)。
此外,大利、度、士、兰、班牙都 意印瑞荷西有类似的计划并且实施了适合各自国情的激励政
策 。
很快被打破,IV必然走向普通建筑,为人群 BP成密集的城市太阳能利用的主要形式¨ 。
3关键技术
综合国内外BPIV发展的现状和前景,IVBP 的研究热点主要有以下几个方面:
与景观、①建
22国内发展状况 .
随着光伏发电领域的转变,国BP系统 我IV
筑结合的并网光伏电站设计和建设;电站主要 ②
设备光伏组件、制逆变器等采用具有自主知识 控
是组件的温升。
光伏电池组件接收太阳能后,中一部分直 其
产权的国内产品;10kA以下的系列化与用 ③0 V
户侧低压电网并联运行的并网控制逆变器的研制
接转换为电能输出,下部分转换为热能向环境 余散出,因此电池组件开始工作后数分钟内温度升
高,一般维持在5O℃左右。
在通风不良的情况
以及在电站中的实际应用;光伏阵列与建筑集 ④成的优化;太阳能光伏发电系统与建筑物的一 ⑤体化设计;光伏阵列在建筑物屋顶上的安装结 ⑥
构与工艺设计、路设计与配线、线防雷保护、光伏 电站监控系统等。
BPIV应当在建筑设计之初就开始考虑。
除 了考虑BP的建筑特性,要考虑发电量的影 IV还
下,光伏电池组件背面温度可达8℃以上,接 0直影响了太阳电池的输出电压和转换效率(度每 温升高1o使光伏电池的能量转换效率降低 C会05%左右)。
因此,风设计是BP中很重 . ]通IV
要的因素。
从保证光伏电池性能方面考虑,要求
尽量减少太阳电池背面温度对太阳电池输出电压 和转换效率的负面影响。
通过对BP系统(IV包 括光伏电池组件、木、枕角钢、防雨保温板等组成
响因素。
研究BPIV技术的任一领域,都要解决4 个核心问题:
光伏电池的安装位置、挡因素、遮通
风设计、空调系统的综合设计。
31安装位置 .
部分)理的建筑设计和安装方式,以达到良 合可好的通风、降温效果。
通风冷却模式下,由于空气冷却光伏模块后
直接排入环境,造成了部分热能的浪费,因此,国
理论研究与实际运行显示,顶是P的最 屋V佳安装点,次是房屋的南立面。
南立面的最优 其发电时间是冬季,差是夏季。
东西立面的发电 最量只有屋顶的13左右。
/ 光伏阵列的倾角和方位角对其性能也有重要
内外加强了对冷却方法的余热利用的研究。
在此 基础上发展了光伏光热建筑一体化(IVT)BP/系
统。
在不影响电力输出的同时,P发电为通 用V
的影响。
角度设置主要取决于当地的纬度(有
时,安装角度与当地纬度并不相称,要测量决 需
风设备供电,风设备推动环境空气来降低P 通V
模块的温度,并且用得到的热空气给房屋供暖,或 将热空气冷却后为房屋提供冷气¨ 。
在香港地
定)斜面上的辐照强度和负载的用电需求。
B-、I
PV阵列的朝向和屋顶的倾斜度限制了其倾角和
方位角。
区,IV的通风冷却模式在保证电力输出的同 BP时,由于墙体得热造成的空调负荷的减少可达 对
到20%以上。
安装光伏电池时应注意:
电池支架,电池板的 螺钉,电缆的选型(高低温和紫外线老化)电 抗,缆的密封引出,阵引出线,装方向、方安角度的安 全,接头注意牢靠和防腐¨ 引。
32遮挡因素 .
34空调系统的综合设计 .
空调系统是建筑能耗的重要组成,空调系 故
统与BPIV的综合设计是重要问题。
BPIV系统是
否能够满足用电需求,主要由空调负荷的大小决 定。
BPIV技术的应用降低了建筑空调的总负荷 和辐射热比例,加了对流热。
空调系统的动力 增来源有常规电力和光电两种。
建筑师在综合设计
空调系统时,优化动力源分配,到更好地利用 要做光电,减少空调系统的常规能耗¨’。
J
对于晶体硅光伏电池,小的遮挡就会引起很 很大的功率损失,而遮挡对薄膜电池的影响小得多。
建筑师设计PV系统时,定要计算遮挡因素对输 一出功率的影响,因为不同的遮挡方式可导致不同的 功率输出效果。
建筑师需要精心设计PV组件的 排布,一方面使PV建材的框形设计达到最优,另
一
方面使环境建筑物对BPIV的影响降到最低。
为了保证充电电压,计光伏发电系统时必 设
4市场前景
在现代高速发展的智能楼宇中,宇自动化 楼
系统(A)一个重要组成部分。
BP系统本 BS是IV
33通风设计 .
须考虑各种因素引起的光伏电池方阵的电压下降
质上属于楼宇设备的范畴。
随着光伏组件的广泛 应用和价格的大幅度下降,来实现智能化的建 未
筑物必定要配装BP系统,时这也是对智能 IV同
量,并据此确定光伏电池组件的串、并联方式和方 阵的排布形式。
其中,导致电压下降的首要因素
楼宇内容的一个重要补充。
BPIV通过智能能量
管理优化系统来检测与控制其发电情况。
当太阳
及发展前景[]河北省科学院学报,001() J.20,71:
6拼.2
能产生的电能减少时,自动减少峰值功率的消耗。
赵春江,容强.阳能建材技术的研究与开 崔太发——光伏屋顶热性能的调查[]太阳能学报,J.
20,43:
5—5.032()3236
Tesotkeaa,Hieorhys.Buln nert tu ahrdniaahi idigItga—
太阳能发电的降低有多种因素,例如阴雨天气。
遇到天气变化,能系统会自动地相应减少楼宇 智内部能量消耗,至于不用BP系统的发电而 以IV
从电网购电。
e htotc(IV)MoueDsn&EprnedPovliBPoadlei gxeic e
iJpnC.3dWol ofrneo htoa naa[]r rCneec nPovli dotc
EnryCoeso207-01 eg nvrin,020.
由于价格、规等因素,IV系统在短期内 法BP
还难以大规模普及。
随着常规能源的日益枯竭,
YANGHogigUNG ynBiigItgae nxn,FYua.uln nertdd
Phtvli Aplcto-IsPrcienoootcapiaint atc i HogKogn n
在能源紧张和环保的双重压力下,阳能光伏技 太术无疑是走可持续发展道路的首选技术之一。
实
际上,国际社会对这一点上早有共识,IV技术 BP
[.3dWol oeneo htvliEeg C]r rCnrc nPoootcnrydfea
Covri29293.neon,s40—4
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