BIPV光伏建筑系统方案简介

BIPV光伏建筑系统方案简介目录一、BIPV系统简介..........................................................................................................................2二、BIPV系统方案和逆变器选择..................................................................................................31.国内外光伏建筑一体化（BIPV）的发展状态..........................................................................42.建筑光伏（BIPV）的设计要素..................................................................................................63.光伏建筑和微逆变器系统设计................................................................................................11三、附件.........................................................................................................................................141.逆变器系统安装........................................................................................................................142.项目设计和计算依据：............................................................................................................17一、BIPV系统简介当光伏发电飞速发展时，它的应用越来越受到世人的关注，于是人们想到能够充分接受阳光的屋顶。一些国家的重要部门也开始注意到屋顶计划所蕴含的巨大效益，相继提出了各国不同的发展计划。屋顶计划的社会效益和经济效益也开始被广大消费者所认同，并乐于在自己的屋顶上安装太阳能发电系统。但是各国的条件不同，发展时期不同，发展基础也不尽相同，遇到的困难更是多种多样，形势复杂。但屋顶计划依然受到欢迎，屋顶计划今后的发展需要每一个人的参与和努力。目前世界各国都对太阳能产业采取了诸多鼓励性策施，实施了各种长期的政府计划，如英国的百万“绿色住宅”建筑计划，美国的“百万太阳能屋顶计划”，欧洲的“百万屋顶计划”，日本的“阳光屋顶计划”等等。各国都不同程度的制定了一些政策法规，树立了各个阶段的目标计划。正当世界太阳能高速发展，开始成为全球竞争产业的时候，我国国内太阳能的发展也给我们带来了希望。令人振奋的是，我国太阳能进入大规模实用阶段条件成熟。首先表现在太阳能利用逐步形成共识，政府扶持力度加大，并随着京都议定书的签订和可再生能源法等相关法律法规的出台，为我国太阳能发展提供了政策保障；其次是我国太阳能利用的相关技术问题都得到了较好的解决，其中包括CVT\PWM最大功率跟踪控制技术、并网逆变技术、系统的实时数据采集和数据传输技术等，使我国具备了设计和建造实用的一定规模的并网光伏发电系统的能力；再者，我国太阳能屋顶计划的应用前景非常广阔。我国大部分地区的太阳光强度都满足光伏发电的基本要求，而且还拥有许多太阳能丰富区。这些都为我国发展太阳能确立了前提。如果屋顶安装上太阳能发电系统，勿庸置疑，它将会带给用户巨大的效益，并拥有以下几个非常突出的优点：（1）它可以增强建筑的美观性。采用“屋面瓦”来代替原屋面上部分建筑瓦片，既能够进一步减少建筑成本，又能够达到防水遮阳的效果。它与建筑融为一体，外表独特美观。另一方面，它还能带来一定的旅游价值。（2）光伏发电系统一旦完成，将大大降低建筑物的能耗。据测算，在标准日照条件（1000瓦/平方米）下，安装太阳能发电系统，1平方米屋顶可获得130-180瓦电。这样建筑物就可以利用电池组件所发的电来进行照明，并且电量过剩后，还可拉电上网，获取一点盈利。（3）光伏屋顶对环境污染小，并且能够减排大量CO2。据专家预测，太阳能电池累计用量达到600MW，大约相当于每年减排二氧化碳59万吨。而据国家电力部统计，每生产一度电，大约需要350克左右的煤。众所周知，煤是温室气体的主要来源，而太阳能光伏发电就能够减少煤的燃烧。图1BIPV光伏发电系统示意图其实，太阳能屋顶计划除了以上优点外，还具有一定的经济可行性。虽然经粗略估计建造一个光伏屋顶平均需要15万元的费用，但它的发展形势却很乐观。据预测，国际上有可能在2020年将太阳能电池的成本由现在的3-4美元/WP降至1美元/WP，届时将建造500MW的大工厂。同时，经专家预测知，一套太阳能发电系统寿命可高达20-25年，并且在使用期间基本无需维护，因此它的投入基本只需考虑初始投资费用。根据一些太阳能公司的估计，一套太阳能发电系统的投资回收期只需12.5年，当然这其中包含政府的补助（主要通过上网电价的补贴，我国的上网电价是1.15元/W，BIPV示范项目的补助可达7.5至9元/W。获得示范项目补贴则成本更低）。这样算来，对于一个家庭用户来说，可以净得12.5年左右的盈利，它将是一个比较可观和吸引人的数字。二、BIPV系统方案和逆变器选择我们提出的光伏微型逆变器系统架构简图如图2描述。系统架构主要包括：（1）太阳能电池板。进行能量收集，光电转换的源头。一般将电池板组件置于屋顶或者接收太阳光良好的墙壁，空旷地段。（2）太阳能微型逆变器模块。将太阳能电池板收集到的电能通过现代电力电子技术进行高效功率变换。将原始电压电流波动变换的低压直流电转换成电压稳定的直流电。关键技术包括：高效功率变换，低谐波技术，并网技术，并网故障检测技术等。（3）智能电表。满足新型智能电网的需要，将各种功率信息，微型逆变器工作状态信息等进行记录，存储，传送。（4）并网发电。将太阳能清洁能源并入电网，传送到电网负载端。（5）能量管理信息处理单元。将智能电表获取的各种信息，进行系统处理。（6）本地化监控系统。可在本地客户端直接查验各种功率信息，工作状态信息，故障信息等。（7）远程监控单元。可以将系统的功率信息，微型逆变器工作状态信息，故障信息等进行远程传送。传送至客户的远程监控点。信息可覆盖局域网，或者Internet。传送方式可分为有线式和无线式。图2光伏建筑系统的架构图1.国内外光伏建筑一体化（BIPV）的发展状态（1）国外建筑一体化（BIPV）的发展状态美国是世界上能量消耗最大的国家，国会先后通过了“太阳能供暖降温房屋的建筑条例”和“节约能源房屋建筑法规”等鼓励新能源利用的法律文件。在经济上也采取有效措施，不仅在太阳能利用研究方面投入大量经费，而且由国会通过一项对太阳能系统买主减税的优惠办法。因此，美国太阳能建筑的发展极为迅速，无论是对太阳能建筑的研究、设计优化，还是材料、房屋部件结构的产品开发、应用，以及真正形成商业运作的房地产开发，美国均处于世界领先地位，并在国内形成了完整的太阳能建筑产业化体系。美国于上个世纪80年代初就由新墨西哥洲的洛斯阿拉莫斯科学实验室编制出版了被动式太阳房设计手册。此外，美国还出版了许多实用的被动式太阳房建筑图集，既介绍成功的设计实例，也有对太阳房原理、构造的详细说明。这些工具书的发行和一些样板示范房屋的建立，对美国公众接受太阳房起到了很好的促进作用。比较著名的示范建筑有：位于新泽西州普林斯顿的凯尔布住宅；位于新墨西哥州科拉尔斯的贝尔住宅；位于新墨西哥州圣塔菲的圣塔菲太阳房；位于加利福尼亚州阿塔斯卡德洛的阿塔斯卡德洛住宅，以及位于新墨西哥州科拉尔斯的戴维斯住宅。这些建筑采用壁炉或电散热器作辅助热源，但太阳能供暖率均在75%以上，有的已达到100%，例如阿塔斯卡德洛住宅。早在上个世纪40年代，美国麻省理工学院就开始利用太阳能集热器作为热源的供暖、空调系统研究，先后建成了ｗ号实验太阳房。这些实验太阳房，即是最早的主动式太阳房。到70年代以后；又有华盛顿近郊的托马森太阳房和科罗拉多州丹佛市的洛夫太阳房等主动式太阳房的示范建筑建成。这些太阳房的成功运行，说明太阳能供热、空调系统在技术上是完全可行的，但由于投资较大，推广普及程度不及被动式太阳房。直到进入90年代，由于开发出更加高效的太阳集热器和吸收式制冷机、热泵机组，应用范围才得以扩大。日本在主动式太阳房的研究应用领域也处于世界前列。1974年日本通产省制定了“阳光计划”，并按此计划建造了数幢典型太阳能采暖空调试验建筑，如矢崎实验太阳房。而且多年来日本的太阳能采暖、空调建筑一直稳步发展，并已应用于大型建筑物上。此外，法国、德国、澳大利亚、英国等发达国家也拥有相当先进的太阳能建筑应用技术。著名的集热蓄热墙采暖方式即是法国人菲利克斯·特朗勃的专利，法国的奥代洛太阳房是该采暖理论转化为实际应用的第一个样板房。英国利物浦附近的沃拉西的圣乔治郡中学，则是直接受益式太阳房最大和最早的样板之一。尽管英国的太阳能资源并不丰富，该所中学安装的常规采暖系统却从未使用过。最后值得一提的是近几年来在发达国家已有相当发展水平的“零能房屋”，即完全由太阳能光电转换装置提供建筑物所需要的全部能源消耗，真正做到清洁、无污染，它代表了21世纪太阳能建筑的发展趋势。由于许多国家的政府（如美国、德国）都制定了太阳能在国家总能源消耗中的所占比例应超过20%的计划，相信这种“零能房屋”将会有十分良好的发展前景。（2）国内建筑一体化（BIPV）的发展状况绿色健康住宅根据国家有关部门的要求，已进入了试点应用研究的重点阶段，而作为可再生能源的太阳能热利用技术也同时进入了快速发展时期，太阳能热水器真成为广大民众绿色家电的首选。建设部相继召开了“太阳能与建筑结合应用研讨会”，国家有关部门对这项课题十分重视并抓得很紧，建设部、科技部、经贸委先后分别下发了《建设部建筑节能“十五”计划纲要》、《科技型中小企业技术创新基金若干重点项目指南》、《新能源和可再生能源产业发展“十五”规划》、《关于组织实施资源节约与环境保护重大的通知》等文件，强调并提出课题开发应用的目标，明确了发展的重点和重点支持的具体项目。为此，中国建筑标准设计研究所承担了编制建筑工程行业标准、建筑施工工法、标准设计图集等“太阳能供热制冷成套技术开发与示范”的课题，为太阳能与建筑一体化事业的健康稳步发展，也为我们设计单位承担这项课题的专项设计提供有利条件。福州康安康合太阳能公司2002年在“湖前兰庭”9幢别墅做了第一个太阳能与建筑一体化示范工程，接着又在福州武警消防大厦、泉州“中远名城”，马尾“时代广场”商住楼等多处做了多例大型的太阳能集中供热系统工程，已全部通过验收投入使用，节能效果显著。据了解，目前太阳能利用与建筑一体化这项新课题主要是科研、院校在研究开发，一些能源技术开发公司承担施工安装，福州康安康合太阳能技术开发公司经过多年的研究、试验和开发，拥有“太阳能吸热瓦片”、“真空管太阳能中央热水器”、“不对称太阳能集热板”等多项国家实用型专利，该公司利用多项成果，专业从事太阳能集中供热建设，在解决太阳能与建筑一体化上取得很大突破，已经设计、安装了上述介绍的几项大工程，积累了很多的实践经验，取得了可喜的成绩。（3）光伏建筑一体化的发展方向目前建筑物空气温度调节消耗着大量的能量。在我国，它要占到建筑物总能耗的约70%。用空调机和燃煤来控制室温不仅消耗能量，带来外界的环境污染，而且并不能给室内人员带