光伏发电与建筑一体化设计

光伏发电与建筑一体化设计一太阳能光伏发电概述二建筑光电一体化系统（BIPV）三光电一体化的做法四总结一太阳能光伏发电概述1.1太阳能电池的工作原理光伏技术可直接将太阳的光能转换为电能，用此技术制作的光电池使用方便，特别是近年来微小型半导体逆变器迅速发展，促使其应用更加快捷。1.2太阳能电池的种类与特点单晶硅单晶硅效率最高，商业化生产单晶硅效率达16~18%，实验室效率达30%，但生产工艺复杂，成本居高不下多晶硅多晶硅电池效率较高，商业化生产单晶硅效率达14~16%，实验室效率达20.3%，生产成本较低，适合大规模生产薄膜电池非晶硅电池是第一个商业化生产的薄膜太阳电池。成本较低，目前非晶硅太阳能电池及组件达到的最好的稳定转化效率约为10~12%;商业化生产稳定效约为6~7%1.3太阳能光伏发电系统独立式太阳能发电系统在独立式系统中(Stand—alonlesystems)，白天产出的多余电能储存在电池组中以备夜间及昏暗多云天气时使用并网式太阳能发电系统当有电网时，就不需电池组储能了。晴朗的白天，多余的光电能出售给公用事业系统；夜间，电网则释放电能。实际上，电网相当于一个大蓄电池，它可使光电系统所有者和许多电力公司都受益，因为时常是酷热晴朗的夏日最需要电网，而夜间电力公司就有足够的储存能量去出售。亚洲最大的太阳能电站——深圳国际园林花卉博览园的1兆瓦光伏并网发电系统1.4多云天，光电能输出能量的规则1．部分多云天，可达到晴天能量的80％；2．在烟雾蒙蒙的情况下，可有晴天时50％．的能量；3．天空云层极厚时，可有晴天时30％的能量输出。1.5光伏发电的特点1．可持续性(可再生性)，2．无污染3．对人与地球无害；4．高级能源，用途广泛；5．安静无噪声；6．直接向需求地供能(无需能量传输)；7．在需求高峰——炎热晴朗的夏季，是最佳使用的能源；8．对创造建筑围护材料有额外的好处(即取代传统建材)；9．高度可靠性；10．没有运动部件；11．不需维护；12．模数化(尺寸可因需要而定)；13．运行成本低；二建筑光电一体化系统（BIPV）光电系统为建筑供能有很多种方式：从远离建筑的光电场到作为建筑结构的一部分。一些公用事业公司通过大型中心光电场以增大他们的电能，而另一些电力公司则通过建立靠近用户的小型光电场达到这个目的。有的光电阵列集电板布置在毗邻建筑的地方，有的被置于屋顶上，或者干脆整个结合到建筑的围护结构中。在这种情况下，建筑光电一体式系统就应运而生，简称BIPV。BIPVisnewforconstructionworkerstoo.2.1光电构件光电组件有很多型号、样式和颜色。多晶硅元件是美丽的蓝色，与晶状结构形成迷人的图案。大多数薄膜光电组件是深褐色的，其中一些很柔软，适合用于曲形表面目前已有金色、紫色、绿色的组件问世。光电构件2.2光电阵板的朝向和倾角要想最大限度地获取太阳辐射，必须使集电器与太阳辐射方向垂直。由于太阳的运行轨迹每天和每年都在变化，所以只有双轴跟踪式集电器才能在全年最大限度地达到要求。然而只有在干燥气候中双轴跟踪集电器才是比较好的，因为它有着大部分的直射光，甚至这里也有10％一20％的太阳辐射为漫射。在大多数晴朗潮湿气候条件下，大约只有50％的太阳辐是直接射入；而在多云的天气中，80％或更多的辐射是漫射。通常，选择最佳朝向为正南方，但这样会损失从东南20。到西南20。范围的小部分辐射。然而，日负荷能力会影响到建筑的实际朝向。比如小学上课时间为清晨到下午这段时间，光电阵板朝向为东南30。较为合适，如果早晨有雾的话，朝向西南则较合适。随着光电组件价格不断下降，对朝向和倾角的选择将会变得不那么重要。把它设在屋顶及南立面上都是可以的。同时东西立面也是可供利用的，这样可以获得高达最佳南向输入能量的60％。三光电一体化的做法3.1用光电设备作屋面板理想屋顶应为斜顶，同时用光电板覆面。斜坡式屋顶还较易防水。浅坡式屋顶并不适合安装光电板，因为它们离理想的朝向与倾角相差太远，而且也太易积灰积雪。较陡的角度可使光滑的光电阵板上雨雪很容易滑落。光电板作为屋面的天窗光电板作为中庭屋面在平屋顶上，附加支撑可以获得理想的倾角，但同时也失去了光电板与建筑的整体性。锯齿形的高侧窗要比平屋顶好得多，因为南向坡被建筑光电一体化设备占据了，北向玻璃窗就可以用于昼光照明。南向的光电板也可选用半透明的，这样高侧窗可在采集南面昼光的同时采集太阳辐射，产生电能。如果光电板与屋顶成为一体，则其下面需要通风以降温。在冬天，可以收集这些余热以采暖。光电屋盖板和瓦很适用于大多数传统屋面。除了为每个单元供电之外，它们与传统作法没什么不同。与OM系统结合3.2用光电设备作建筑立面不但南立面可用光电设备作立面，东立面、西立面也可以，并且能产生相当多的电能。如果建筑有凸窗棂的话，必须保证窗棂较薄，使光电板不至于产生太多阴影。如果建筑较低部位被遮挡，例如在高密集城区或场地内有大量树木的常见情况下，那么只能在较高部位安装光电设备。3.3玻璃窗与光电设备有两种典型的光电玻璃窗系统。一种是半透明的，更像浅色玻璃窗另一种是由透明玻璃窗上安装不透明光电元件，这些元件排列的间距决定了玻璃窗的透光率，就像我们在玻璃窗上涂上井字纹一样以上任何一种光电玻璃窗体系都能选择一定的透明度。当然，透过的光越多，产生的电能就越少。因为大量玻璃窗是现代建筑的特征之一，所以即使非常透明的光电设备仍能产生大量能量。目前，一种仅用红外辐射发电的光电玻璃窗正在研制中。这样，既可以发电又可降低昼光温度，这正是多数向南的办公大楼需要的。3.4光电幕墙多个太阳能光电池经加固处理，镶嵌在特殊的透明度极高的低铁玻璃中，彼此之间经过其背面的导线相连，从而构成了一个整体的光电板。此幕墙体现了智能化特点，把太阳能光电技术集成到幕墙中不占有建筑面积，且太阳能光电板优美的外观，具有特殊的装饰效果，更赋予建筑物鲜明的现代科技色彩。3.5光电系统与遮阳设备对于光电系统来说，建筑遮阳设备是重要的可利用装置，因为它提供了适当的倾角。遮阳系统中的光电板，既可是半透明的，也可是大范围的透明玻璃窗。光电系统既可整体组合于入口雨篷中，也可组合于在一些独立式遮阳结构中就目前而言，虽然把光电板用于露天停车场遮阳上的费用过高，但遮阳结构与光电发电器相结合，就会物有所值。随着电力汽车的数量增加，这些结构会成为理想的“充电站”3.6优秀实例四总结4.1建筑光电一体化系统有如下特点：1．减少电流输送过程的能耗这部分费用有时高达总电价的25％2．避免了放置光电阵板的额外占用宝贵空间；3．省去了建筑围护结构部分的费用；4．与建筑结构合一．省去了独为光电设备提供的支撑结构；5．使用新型建筑维护材料，发挥美学潜力；6．以不破坏环境的方式生全部、至少是绝大部分建筑所需的电力4.2光电能的前景在建筑中，一种简练雅致的方法可以非常有效地解决目前的问题。以此方法，屋顶将变得精致美丽，除了传统功能，它还能产生建筑所需要的所有能量。如果屋顶全部采用光电板，它将足够产生比任何住宅所需要的还要多的能量。因此，每幢住宅是一个能量输出者，不再是环境的负担，许多建筑将成为环境资产。