太陽能光伏建筑一體化探討

1、 本文由richardrich031貢獻(xiàn) pdf文檔可能在WAP端瀏覽體驗(yàn)不佳。建議您優(yōu)先選擇TXT，或下載源文件到本機(jī)查看。 Th e S pe cia l F oc us 特 別 關(guān) 注 光電建筑一體化 太陽能光伏建筑一體化探討 住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部科技發(fā)展促進(jìn)中心郝斌李現(xiàn)輝 保定電谷錦江國際酒店 太陽能光伏建筑一體化在我 國尚處在起步發(fā)展階段，設(shè)計(jì)時(shí) 應(yīng)充分考慮建筑用電需求特性、 一體化形式、成本效益等多方面 因素，避免盲目上馬，做到科學(xué) 合理利用。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷 進(jìn)步，光伏建筑一體化水平將不 斷提高，太陽能光伏建筑一體化 將成為未來光伏應(yīng)用中的重要領(lǐng) 域之一。 太陽能光伏建筑發(fā)展背景

2、國外部分發(fā)達(dá)國家從上世紀(jì) 9 0 年代初就開始大力發(fā)展光伏建筑一體化應(yīng) 用，各國政府努力通過光伏發(fā)電補(bǔ)貼政策和銀行貸款的激勵(lì)機(jī)制來推動(dòng)其應(yīng)用發(fā) 展。比如 1997 年，美國總統(tǒng)克林頓在聯(lián)合國環(huán)境發(fā)展會(huì)議上提出“百萬太陽能 屋頂計(jì)劃” ，199 9 年德國通過推行“10 萬屋頂計(jì)劃”等來推動(dòng)光伏建筑一體化 的城市并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)發(fā)展。目前光伏建筑一體化系統(tǒng)發(fā)電是世界上大規(guī)模利用光 伏技術(shù)的最重要市場之一。 我國在可再生能源發(fā)展“十一五”規(guī)劃中明確指出“在太陽能資源較 好的大中城市開展光伏屋頂、陽光照明等光伏發(fā)電應(yīng)用，在新建別墅等高檔住宅 區(qū)和城市標(biāo)志性建筑上安裝光伏發(fā)電系統(tǒng)” 。2009 年 5 月

3、 21 日，財(cái)政部與住房 和城鄉(xiāng)建設(shè)部聯(lián)合出臺(tái)的關(guān)于加快推進(jìn)太陽能光伏建筑應(yīng)用的實(shí)施意見正式 啟動(dòng)了我國的“太陽能屋頂計(jì)劃” 。 國外光伏與建筑的結(jié)合形式大體上分為兩類：一是 建筑與光伏系統(tǒng)的結(jié)合，或稱為光伏附著設(shè)計(jì) （BAPV） ；另一種是建筑與光伏組件的結(jié)合，或稱為光 伏和建筑的一體化集成設(shè)計(jì)（BIPV） ，要求光伏器件與 建筑材料集成化。 國內(nèi)對(duì)光伏與建筑的結(jié)合形式還沒有統(tǒng)一的劃分。 在 20 09 年財(cái)政部、住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部下發(fā)的關(guān)于印 發(fā)太陽能光伏建筑應(yīng)用示范項(xiàng)目申報(bào)指南的通知中， 為了體現(xiàn)對(duì)光伏建筑一體化應(yīng)用項(xiàng)目的引導(dǎo)和支持，將 其按安裝方式分為建材型、構(gòu)件型和與屋頂、墻面結(jié)合 安

4、裝型三類。但是在實(shí)際操作過程中發(fā)現(xiàn)，由于工程項(xiàng) 目情況的千差萬別，后兩種分類無法明顯界定。 在實(shí)踐工作的基礎(chǔ)上，可將太陽能光伏與建筑的結(jié) 太陽能光伏建筑一體化問題探討 、光伏建筑一體化形式 合形式分為兩種：一是光伏構(gòu)件及系統(tǒng)本身具備建筑功 能，如圖 1 所示；二是光伏組件及系統(tǒng)與建筑外表或建 32 建設(shè)科技 專家?研究篇 圖 鋼結(jié)構(gòu)支架 圖 建材型 筑環(huán)境的一般結(jié)合形式，如圖 2 所示。換句話說，建議將光伏與建 筑結(jié)合形式分為建材型和非建材型兩種，二者的劃分在概念上既不 重疊，而且又準(zhǔn)確反映了光伏與建筑一體化程度的顯著不同。 、用電需求與建筑面積利用最大化 我國每年新增建筑幕墻為 2000 萬

5、平方米,若 5% 采用光伏幕墻, 則可裝機(jī)容量約為 40MWp,可年發(fā)電約 0.5 5 億 kWh。據(jù)不完全統(tǒng) 計(jì)，我國建筑屋頂面積總計(jì)約 100 億平方米, 若 % 的屋頂采用光 伏組件覆蓋，則年發(fā)電約 150 億 kWh?？梢娡七M(jìn)太陽能光伏發(fā)電系 統(tǒng)在建筑中的規(guī)模化應(yīng)用，其潛力十分巨大。尤其是在城市，土地 資源及空間非常有限，如何最大化的利用建筑屋頂、幕墻等建筑面 積成了大多數(shù)人進(jìn)行光伏建筑發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)的首選。 進(jìn)行光伏建筑并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)，應(yīng)考慮建筑用電的負(fù)荷及其 變化規(guī)律。首先與建筑結(jié)合的光伏系統(tǒng)，可以分為獨(dú)立電源供電和 并網(wǎng)供電兩種方式，后者又分為逆流并網(wǎng)和非逆流并網(wǎng)系統(tǒng)。非逆 流并

6、網(wǎng)就是通常說的低壓端并網(wǎng)系統(tǒng)，由于不需要蓄電池，造價(jià)低， 易實(shí)施，近年來已經(jīng)廣泛應(yīng)用于光伏建筑的發(fā)電系統(tǒng)中。其次，每 棟建筑的負(fù)荷需求和特性都是不一樣的，設(shè)計(jì)時(shí)不能盲目的模仿和照 搬。很多光伏項(xiàng)目中，出現(xiàn)只關(guān)注項(xiàng)目裝機(jī)容量，沒有兼顧考慮建筑 用電負(fù)荷的現(xiàn)象，成本大幅度提高，從收益率上來講是不可行的。 此外，進(jìn)行光電建筑一體化設(shè)計(jì)，還有必要了解用電負(fù)荷的特 性，即每天 24 小時(shí)內(nèi)的不同時(shí)間的用電規(guī)律。因此明確建筑用電負(fù) 荷及其特性的前提下，確定合理的建筑利用面積，有助于系統(tǒng)最優(yōu)化 設(shè)計(jì)，提高光伏建筑一體化利用水平。 、一體化形式與發(fā)電效率最大化 光伏系統(tǒng)的發(fā)電效率受到光伏組件的朝向和傾角的影響

7、，如表 1 所示。顯然，當(dāng)朝向或傾角不同時(shí)，全年的能量輸出差值很大。如 果 1KW p 的光伏系統(tǒng)安裝在建筑南立面，則全年的能量輸出與傾角 22.5°相比，減少了 46.9%。雙軸跟蹤式太陽能發(fā)電系統(tǒng)就是通過調(diào) 整光伏組件的傾角和朝向，使光伏發(fā)電組件始終跟蹤太陽，處于最佳 發(fā)電狀態(tài)，保證光伏系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換效率最大化，如圖 3 所示。 目前國內(nèi)在新建建筑中采用建材式的光伏建筑一體化應(yīng)用形式較 多。在建筑的設(shè)計(jì)階段就考慮將太陽能光伏元素融合到建筑中去，既 圖3 雙軸跟蹤系統(tǒng) 圖 非建材型 圖 4 光伏屋頂 圖 5 光伏幕墻 建設(shè)科技 33 Th e S pe cia l F oc us 特

8、別 關(guān) 注 光電建筑一體化 保持了建筑的美觀，又能夠最大限度的發(fā)揮太陽能 系統(tǒng)的發(fā)電效能。例如將建筑屋頂作為光伏陣列的 安裝位置具有獨(dú)特的優(yōu)勢，日照條件好，不易受遮 擋，可以充分接受太陽輻射，如圖 4 所示。光伏玻 璃幕墻將光伏技術(shù)融入了玻璃幕墻，突破傳統(tǒng)玻璃 幕墻單一的圍護(hù)功能，把以前被當(dāng)作有害因素屏蔽 在建筑物表面的太陽光，轉(zhuǎn)化為被人們利用的電 能，如圖 5 所示。 就某種角度而言，光伏建筑一體化與發(fā)電效率 最大化很難同時(shí)做到，太陽能光伏在建筑中應(yīng)用時(shí) 不應(yīng)單一追求發(fā)電效率。光伏系統(tǒng)的發(fā)電效率固然 重要， 但是隨著光伏建筑一體化水平的不斷提高， 除 實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)發(fā)電量和與建筑美觀協(xié)調(diào)等目標(biāo)

9、之外， 一些新的附加功能也日益體現(xiàn)出來，如表2 所示?？?見，光伏應(yīng)用技術(shù)作為一種新型的技術(shù)，在建筑學(xué) 上已經(jīng)成為一種新的可行的選擇。光伏建筑一體化 應(yīng)用技術(shù)可以利用太陽能這種巨大的可再生能源來 產(chǎn)生電力，又可以作為多功能建筑材料構(gòu)成實(shí)際的 建筑物構(gòu)件，為建筑提供遮陽、通風(fēng)等附加功能。 、工程應(yīng)用技術(shù)創(chuàng)新 隨著太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)在建筑中的大量應(yīng) 用，光伏系統(tǒng)及組件也隨著一體化水平的提高，不 斷進(jìn)行技術(shù)改進(jìn)和創(chuàng)新。例如低倍聚焦光伏技術(shù)在 工程中的應(yīng)用，如圖 6 所示；光伏薄膜夾膠玻璃從最初透光度 10% 到現(xiàn)在的 50%， 如圖 7 所示；光伏百葉窗等一體化光伏組件的生產(chǎn)和應(yīng)用，如圖 8 所示。為減少灰 塵對(duì)光伏電池轉(zhuǎn)換效率的影響，有些工程已經(jīng)開始對(duì)光伏組件表面自動(dòng)清洗技術(shù)進(jìn) 行了嘗試。如圖 9 所示。 在光伏建筑一體化中，光伏組件作為建筑的有機(jī)組成部分，在建筑的壽命周期 內(nèi)，其使用壽命、轉(zhuǎn)換效率的衰減等以及系統(tǒng)的運(yùn)