太陽能光電技術(shù)在節(jié)能建筑中應(yīng)用設(shè)計方法

太陽能光電技術(shù)在節(jié)能建筑中應(yīng)用設(shè)計方法能源問題越來越成為世界關(guān)注的熱點問題，嚴(yán)峻的能源緊張狀況已經(jīng)危及我國未來國民經(jīng)濟安全運行，引起黨和國家的高度重視。2006年1月1日5中國可再生能源法頒布實施后,國家有關(guān)部門隨后相繼出臺了二十多個促進可再生能源發(fā)展的辦法和條例，建設(shè)節(jié)約型社會是黨和國家今后長期發(fā)展的戰(zhàn)略性指導(dǎo)原則,已經(jīng)成為全社會的共識而深入人心。自20世紀(jì)80年代以來,太陽能光伏技術(shù)得到了迅速發(fā)展，全球太陽能光伏技術(shù)產(chǎn)品的生產(chǎn)和應(yīng)用以每年30%-45%的速度持續(xù)高速增長，尤其是進入21世紀(jì)以來,世界光伏產(chǎn)業(yè)的發(fā)展年均增長超過60%。我國光伏產(chǎn)業(yè)已經(jīng)快速啟動,，2007年以后,我國光伏產(chǎn)業(yè)的年增長率超過100%。太陽能光伏產(chǎn)品具有安全可靠、無噪聲、無污染,能量隨處可得，不受地域限制，無需消耗，無機械轉(zhuǎn)動部件，故障率低，維護簡便，可以無人職守，建站周期短，規(guī)模大小隨意，無需架設(shè)輸電線路，可以方便地與建筑物相結(jié)合等許多優(yōu)點，這些都是常規(guī)發(fā)電和其他發(fā)電方式所不及的。我國社會、經(jīng)濟的快速發(fā)展和人們對能源環(huán)境問題的關(guān)注，為太陽能光伏市場提供了很好的發(fā)展機遇和空間。在市場和生態(tài)環(huán)境需求的驅(qū)動下，隨著“屋頂計劃”和“金太陽計劃”項目的啟動實施，我國太陽能光伏產(chǎn)業(yè)已經(jīng)迎來了一個大的發(fā)展機遇。發(fā)展太陽能光伏產(chǎn)業(yè)，有利于促進形成一個龐大的高科技產(chǎn)業(yè)鏈和產(chǎn)業(yè)群，拉動機械、電子、化工、材料等相關(guān)產(chǎn)業(yè)的共同發(fā)展[1]。太陽能的光伏發(fā)電技術(shù)是利用光電轉(zhuǎn)換的原理讓太陽輻射光能通過半導(dǎo)體的媒介轉(zhuǎn)化成電能，從而使能源的運用更加靈活。從長遠(yuǎn)看，太陽能的光伏發(fā)電技術(shù)為城市居住建筑提供了更加廣闊的前景，但是在初期的投資高、轉(zhuǎn)化的效率低；就目前來看，太陽能的光伏發(fā)電技術(shù)和建筑物相結(jié)合來研究得最多的是建筑的光伏一體系統(tǒng)簡稱BIPV系統(tǒng)。BIPV將太陽能的發(fā)電機組完美地集結(jié)在建筑物的屋頂或者墻面上，其工作的原理和普通的光伏發(fā)電系統(tǒng)完全一致，唯一的區(qū)別在于太陽能的組件既可以被當(dāng)作系統(tǒng)的發(fā)電機，又可以當(dāng)作建筑物的外墻材料。BIPV系統(tǒng)的發(fā)電原理是利用光伏電池的半導(dǎo)體PN結(jié)特性，電池片可以吸收陽光將其轉(zhuǎn)成直流電能并輸出，將電池封裝后成為光伏組件，再將電池組件應(yīng)用到建筑上，使光伏組件成為光伏建筑的一部分，讓光伏組件再結(jié)合其它相配套的配電柜、逆變器、變壓器等電器設(shè)備，便可以輸出人們需求的的交流電[2]。近年來，隨著中國綠色建筑的小斷發(fā)展，光伏建筑一體化系統(tǒng)建筑物小斷的涌現(xiàn)，但更多只是在地標(biāo)性工程或示范工程的應(yīng)用比較廣泛，如上海世博會主題館、高鐵上海虹橋站主站樓、深國際園林花卉博覽會等等。與其它能源技術(shù)相比，太陽能光伏發(fā)電是一種潔凈、可再生的發(fā)電形式，光伏發(fā)電的應(yīng)用將為子孫后代提供可持續(xù)發(fā)展的空問;此外，太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的組件可在任何地方快速安裝，且無污染，完全凈(蓄電池除外)。當(dāng)然，太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)也存在一定局限性，如受地理分布、季節(jié)變化及晝夜交替的天氣、建筑成本及造價等因素影響；但光伏發(fā)電并未市場化原因，筆者認(rèn)為其主要制約因素還是建筑成本較高而使開發(fā)商放棄使用。但隨著國內(nèi)光伏產(chǎn)業(yè)規(guī)模逐步擴大、技術(shù)逐步提升，光伏發(fā)電系統(tǒng)成本也在逐步卜降;同時中國政府也就并網(wǎng)、電量收購、補貼、土地政策逐一細(xì)化，為分布式光伏項目、電站投資開發(fā)提供了多重保障，新能源產(chǎn)業(yè)也已上升為國家戰(zhàn)略產(chǎn)業(yè)，未來五到六年中國光伏發(fā)電有望規(guī)?；l(fā)展。一、光伏建筑一體化系統(tǒng)建筑設(shè)計要求1、一般規(guī)定光伏建筑一體化系統(tǒng)中光伏組件與建筑的集成結(jié)合方式，有光電屋頂、光電幕墻、光電采光頂和光電遮陽板等。系統(tǒng)設(shè)計需結(jié)合建筑、結(jié)構(gòu)等相關(guān)專業(yè)要求，共同確定系統(tǒng)各組成部分在建筑中的安裝位置。安裝在建筑物上的光伏組件，滿足建筑的使用功能及節(jié)能要求、結(jié)構(gòu)安全及使用要求、以及電氣安全等要求，并配置帶電警告標(biāo)識及電氣安全防護設(shè)施，以免出現(xiàn)小必要的觸電事故。此外，光伏建筑一體化系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計需進行太陽能輻射、建筑物、電網(wǎng)等方面的評估。在建筑物上安裝該系統(tǒng)小能降低建筑物本身或者是周圍相鄰建筑物的日照標(biāo)準(zhǔn);避免周圍環(huán)境景觀、綠化種植及建筑自身的構(gòu)件投影遮擋投射到光伏組件上的陽光；避免光伏組件對建筑本身或者是周圍建筑物群體的二次輻射造成光污染。2、建筑專業(yè)設(shè)計要求安裝光伏組件的建筑部位在冬至日全天日照應(yīng)小低于3h；并在安裝光伏組件的部位采取安全防護措施；滿足其所在部位的建筑防水、排水、雨水、隔熱及節(jié)能等功能要求。除了以上技術(shù)要素之外，光伏建筑一體化系統(tǒng)設(shè)計另一至關(guān)重要是滿足建筑的美學(xué)要求，介紹如下兩點：（1）建筑物的光影效果，普通光伏組件一般為阻擋視線的布紋超白鋼化玻璃，現(xiàn)代建筑屋頂或外墻幕墻如安裝光伏組件，對采光會有一定的需求，此時可以采用光面超白鋼化玻璃，外加電池板背面的采用普通光面鋼化玻璃制作雙面玻璃組件(節(jié)約成本)，即可滿足建筑物的功能。（2）光伏組件背面的接線盒及其連接線一般情況下采用明裝，容易破壞建筑物的整體協(xié)調(diào)感，光伏建筑一體化系統(tǒng)中一般將接線盒省去或隱藏起來，此時需考慮旁路二極管保護，可將旁路二極管和所有連接線隱藏在幕墻結(jié)構(gòu)中，同時需做好防雨水侵蝕和防曬措施。3、結(jié)構(gòu)專業(yè)設(shè)計要求根據(jù)光伏建筑一體化系統(tǒng)的類型，對光伏組件的安裝結(jié)構(gòu)、支撐光伏系統(tǒng)的主體結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件及相關(guān)連接件進行相應(yīng)結(jié)構(gòu)設(shè)計。結(jié)構(gòu)設(shè)計應(yīng)與工藝和建筑專業(yè)相配合，合理確定光伏組成部分在建筑中的位置。光伏建筑結(jié)構(gòu)荷載取值應(yīng)符合《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》(GB50009-2010)的規(guī)定。二、光伏建筑一體化系統(tǒng)的設(shè)計原則及步驟光伏建筑一體化系統(tǒng)的設(shè)計在收集當(dāng)?shù)貧夂騾?shù)的基礎(chǔ)上，根據(jù)建筑物的使用功能、電網(wǎng)條件、負(fù)荷性質(zhì)和系統(tǒng)運行方式等因素，確定系統(tǒng)為安裝型、建材型或構(gòu)件型。光伏組件的傾角、數(shù)量、安裝位置及陰影的設(shè)計要和建筑物設(shè)計同時進行，因其對光伏建筑一體化的外觀影響校大，應(yīng)盡量做到相互平衡、協(xié)調(diào)、一體化的設(shè)計。簡單設(shè)計步驟如下：（1）設(shè)計之前收集當(dāng)?shù)氐奶柲茌椛湟约皽囟茸兓葰庀髷?shù)據(jù)，當(dāng)?shù)貧庀蟛块T太陽能輻射量一般只有水平面的數(shù)據(jù)，需要根據(jù)理論計算換算出光伏板表面的實際輻射量。（2）建筑設(shè)計和電力負(fù)荷的確定，決定光伏組件的類型、規(guī)格、數(shù)量、安裝位置、安裝方式和可安裝面積的場地，同時光伏組件規(guī)格及安裝面積、安裝位置也決定了光伏系統(tǒng)的最大安裝容量。（3）系統(tǒng)的直流匯線箱、逆變器、測量和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計[3]。三、國內(nèi)外光伏建筑應(yīng)用現(xiàn)狀1、國外應(yīng)用現(xiàn)狀國外對太陽能光伏建筑一體化系統(tǒng)的研究已有較長時間。國外的光伏建筑發(fā)展是從示范到推廣，從屋頂光伏到與建筑集成，并進而將光伏組件作為一種新型的建筑材料發(fā)展。一些發(fā)達國家，特別是美國、德國和日本在光伏建筑一體化方面，已經(jīng)有了相當(dāng)成熟的設(shè)計經(jīng)驗和技術(shù)。這些國家有著明確的鼓勵政策，如電價補償政策,或通過高價采購并網(wǎng)光伏電力，使得民眾安裝光伏發(fā)電系統(tǒng)成為一種有利可圖的投資。日本是一個長期穩(wěn)定的市場，德國由于政策的鼓勵而迅速增長，美國和西班牙等國家都是新興市場，太陽能光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速。在這些國家的引領(lǐng)下,全球光伏市場有了大幅度的增長。光伏產(chǎn)業(yè)自上世紀(jì)90年代后期進入快速發(fā)展時期。最近10年，太陽能電池產(chǎn)量由1997年的125.8MWp增加到2007年的4000.05MWp，年平均增長率為41.3%；最近5年，年平均增長率達到了49.5%。光伏產(chǎn)業(yè)成為全世界發(fā)展最為迅猛的產(chǎn)業(yè)。根據(jù)SolarbuzzLLC年度PV工業(yè)報告的信息，2007年世界光伏市場比2006年增長了62%，統(tǒng)計安裝量為2826MWp。2008年全球光伏電池的產(chǎn)量為6.4GWp，同比增長60%，安裝太陽能光伏電池5600MWp，同比增長134%。預(yù)計到2030年，光伏發(fā)電將占到整個世界電力系統(tǒng)的10%以上。根據(jù)歐洲聯(lián)合研究中心對未來能源的發(fā)展預(yù)測，2050年后太陽能進入迅速替換期，將迅速取代傳統(tǒng)能源,并在本世紀(jì)末成為主要的能源供應(yīng)方式。2、國內(nèi)應(yīng)用現(xiàn)狀中國的太陽能光伏建筑起步較晚，比西方一些發(fā)達國家落后很多。但是政府一直都在鼓勵應(yīng)用諸如太陽能等的可再生能源。2005年2月28日第十屆全國人民代表大會常務(wù)委員會第十四次會議通過的《中華人民共和國可再生能源法》自2006年1月1日起正式施行，可見我國對可再生能源利用的越來越重視。在這種大環(huán)境下中國的太陽能光伏技術(shù)有了初步的發(fā)展[4]。四、太陽能電池技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀在產(chǎn)品技術(shù)發(fā)展上，目前全球各種太陽電池發(fā)展情形，應(yīng)用最普遍的為單晶硅、多晶硅、非晶硅等三種太陽能電池，2004年其市場占有率分別為單晶硅28．6%，多晶硅56．0%、非晶硅3.4%，其中由于多晶硅太陽電池芯片制作成本較低的優(yōu)勢，所以成長速度最快。依2004年統(tǒng)計結(jié)果，結(jié)晶硅太陽電池的占有率高達84%。III-V族由于成本高，大多使用于集光型系統(tǒng)(包含聚光鏡、散熱板、追日裝置等)上，占有率僅約0.1%。而薄膜太陽電池雖有低成本潛力，但開發(fā)至今仍無法有效克服效率與穩(wěn)定性的問題。前幾年仍有人認(rèn)為薄膜太陽電池會大量生產(chǎn)打人市場，但至今仍未見商品的市場量，主因為非晶硅效率太低、CdS/CdTe穩(wěn)定性比預(yù)期差。環(huán)保問題及CIGS(CopperIndiumGalliumDisenillide)制程量產(chǎn)不易控制等，因此太陽電池市場未來十年將仍以結(jié)晶硅太陽電池為主，而薄膜太陽電池則待技術(shù)開發(fā)更趨成熟，于未來具更低成本之潛力。2010年結(jié)晶硅太陽電池仍有80--90%市場占有率，至2020年結(jié)晶硅太陽電池仍有50%以上的占有率。結(jié)晶硅太陽電池所以能有如此大的比重，主要是因為其所具備的幾個特點：（1）光電轉(zhuǎn)換效率高：單晶硅太陽電池在實驗室階段能有24%的光電轉(zhuǎn)換效率，量產(chǎn)上亦可以達到約15—18%的芯片光電轉(zhuǎn)換效率。而多晶硅在實驗室的效率可達19.8%，在量產(chǎn)上可達13—16%。（2）基本技術(shù)成熟：不論長晶、晶圓制作技術(shù)、或者是Pn接合形成等，由于大部份技術(shù)和半導(dǎo)體技術(shù)共通，皆有長久的發(fā)展歷史。（3）高信賴性：發(fā)電特性安定，從利用于人造衛(wèi)星，燈塔等的經(jīng)驗，已知具有三十年以上的使用壽命。目前結(jié)晶硅太陽電池的基本制程主要分為：表面結(jié)構(gòu)化制程，p-n接面形成，抗反射層沉積，電極形成等四個階段，而國內(nèi)外制程技術(shù)之發(fā)展，皆是對于如何提高效率所做之改進，當(dāng)然在實用上必須要考慮到成本之降低。關(guān)于如何何提高芯片太陽電池的效率，技術(shù)發(fā)展上又約可分為下面幾個方向：（1）入射光的有效利用：改善抗反射層特性增加光吸收效率或改善表面結(jié)構(gòu)化制程增加光吸收效率等。（2）載子收集效率之改善：BSF(BackSurfaceField)結(jié)構(gòu)、淺接合制程（ShallowJunction）。（3）載子再結(jié)合損失之減?。罕砻姹Ｗo（SurfacePassivation）制程、體保護(（BulkPassivation）制程之改善。（4）串聯(lián)電阻之減?。哼x擇性擴散技術(shù)、透明導(dǎo)電膜之使用等。而在現(xiàn)有發(fā)展技術(shù)中，有些是現(xiàn)有制程之改良，有些則采用新結(jié)構(gòu)來改善效率。就現(xiàn)有制程加以改良者，有BSF結(jié)構(gòu)、淺接合太陽電池制程/選擇性擴散技術(shù)(SelectiveEmitter)、背面點接觸技術(shù)（BackPointContact）、多晶硅之酸式結(jié)構(gòu)化制程及干式蝕刻結(jié)構(gòu)化制程等。（1）HIT(HeterojunctiowithIntrinicThinLayer)、結(jié)構(gòu)，其為層積單結(jié)晶與非晶硅薄膜太陽電池結(jié)構(gòu)之新型太陽電池，目前已有日本三洋電機開始此種太陽電池之量產(chǎn)。（2）La—ser—groovedBuriedContact結(jié)構(gòu)，其使用雷射在芯片正面做出溝槽，并在其中電鍍金屬(Ni，Cu等)以減小電極所造成的遮蔽效果，并同時減小串聯(lián)及接觸電阻，其根據(jù)溝槽位于正面或背面，又可分為:SSBC(Single-SidedBuriedContact)SolarCell等，其效率可達19.2%。（3）PERL(PassivatedEmitterandRearLocallyDiffused結(jié)構(gòu)，為澳洲新南韋爾斯大學(xué)(UNSW)所提出來之新結(jié)構(gòu)其效率可達24.7%，（4）OECO結(jié)構(gòu)(ObliquelyEvaporatedContact)為德國ISFH研究所(InstituteforSolarenergieforschungHameln/Emmerthar)所開發(fā)之結(jié)構(gòu)，其效率在4吋芯片可達20%。以上所介紹之各種太陽電池的技術(shù)，有的已經(jīng)開始為量產(chǎn)所運用，有的仍然在實驗室階段。五、太陽光電模板技術(shù)的發(fā)展趨勢（1）屋頂型、帷幕墻、遮陽棚等建筑整合型太陽電池模板(BuildingIntegratedPhotovoltaic，BIPV)建筑整合型太陽電池模板是未來發(fā)展之趨勢,與建筑師結(jié)合設(shè)計具有特色之建筑物,在建筑物設(shè)計階段即導(dǎo)入，搭配建筑物之顏色、造型、結(jié)構(gòu)強度要求，進行BIPV之設(shè)計，如此建筑物可達到美觀、安全、結(jié)構(gòu)強度等要求。（2）連續(xù)式封裝及自動化焊接技術(shù)導(dǎo)人：太陽電池模板價格逐年降低，生產(chǎn)成本中，雖然太陽電池成本占70％以上，其它成本包括封裝與材料成本，亦要相對降低才具競爭力。在國內(nèi)高工資環(huán)境下，唯有導(dǎo)人連續(xù)式封裝及自動焊接技術(shù)，才可達到降低成本之目標(biāo)。（3）薄型太陽電池模板封裝：結(jié)晶硅薄型太陽電池是未來5-10年太陽電池模板降低生產(chǎn)成本方法之一，相對薄型太陽電池封裝亦是會衍生許多問題，如封裝設(shè)備設(shè)計，封裝制程之研發(fā)、防止芯片破裂等。薄型太陽電池模板戶外場地試驗。亦是未來必須經(jīng)過實地驗證，才可放心上市。另外太陽光電系統(tǒng)的設(shè)置，目前國內(nèi)外技術(shù)發(fā)展趨勢，也由小型住宅系統(tǒng)逐漸發(fā)展較大型的發(fā)電系統(tǒng)，以及結(jié)合BIPV太陽光電模板的發(fā)展，未來將愈來愈多建筑整合型（BIPV）太陽光電系統(tǒng)于全球設(shè)置[5]。六、太陽能光電技術(shù)在建筑上應(yīng)用的設(shè)計以下我將通過介紹在南京地區(qū)應(yīng)用太陽能光電技術(shù)，從系統(tǒng)原理、主要設(shè)備技術(shù)要求、設(shè)備安裝位置等方面進一步闡述光伏建筑一體化系統(tǒng)在建筑電氣設(shè)計中的思路及技術(shù)要求。1、系統(tǒng)組成并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)由太陽電池組件及其支架、方陣防雷接線箱、直流配電柜、光伏并網(wǎng)逆變器、配電保護系統(tǒng)和系統(tǒng)的通訊監(jiān)控裝置組成。2、太陽電池陣列設(shè)計（1）太陽電池陣列安裝傾角的確定根據(jù)現(xiàn)場勘測，安裝現(xiàn)場位于北緯33.53°，鋪設(shè)太陽電池陣列的最佳傾角不應(yīng)超過該緯度。根據(jù)當(dāng)?shù)氐年柟庹丈錀l件，每年5～9月是太陽光照射強度最大時間段，日照輻射總量約占全年輻射總量的75％，該時間段的太陽光垂直入射所對應(yīng)的平均安裝傾角約為30°。由于采取并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)，電網(wǎng)作為儲能裝置，不必像蓄電池那樣受到容量的限制，故太陽電池陣列的安裝傾角為全年能接收到最大太陽輻射量所對應(yīng)的角度。綜合考慮各因素，安裝方式采取光伏組件表面與地面水平方向呈30°的最佳傾角朝陽安裝，光伏組件表面的水平方位角為SO°w，即為正南方向。（2）太陽電池組件選型目前工程上應(yīng)用的太陽電池組件主要為晶體硅電池組件，其中單晶硅太陽電池轉(zhuǎn)換效率最高，多晶硅次之，但實際應(yīng)用中兩者差別較小。由于多晶硅成本較低，比單晶硅應(yīng)用更多，因此項目采用型號JD一280M、功率為270～290W的多晶硅太陽電池組件，電池片單體光電轉(zhuǎn)換效率約為16％～17％。主要參數(shù)見下表。太陽電池組件技術(shù)參數(shù)組件型號JD一280M電池片尺寸／mm1000×760組件尺寸（L×W×H)／mm1640×992×50重量/Kg22Pm/W230Vmp/V30Imp/A7.67Voc/V36.8Isc/A8.34（2）光伏組件串、并聯(lián)方式設(shè)計光伏陣列通過組件串、并聯(lián)得到，組件的串并聯(lián)必須滿足并網(wǎng)逆變器輸入電壓和輸入功率的要求。系統(tǒng)采用500kW光伏并網(wǎng)逆變器，直流工作電壓范圍為400～880Vdc。光伏組件為230W的多晶硅組件，其比為36．8V。太陽電池組件串聯(lián)的組件數(shù)量N=880／36．8≈24塊，考慮溫度變化系數(shù)，取20塊太陽電池組件串聯(lián)形成一條支路單元，每條支路單元的串聯(lián)功率為4．6kWp。系統(tǒng)共計8700塊太陽電池組件，實際功率達到2001kWp。3、并網(wǎng)逆變器的選擇并網(wǎng)逆變器是并網(wǎng)光伏系統(tǒng)的重要設(shè)備，其功能是將太陽能發(fā)電系統(tǒng)所發(fā)出的直流電轉(zhuǎn)換成交流電。系統(tǒng)選用許繼柔性輸電系統(tǒng)公司自主開發(fā)的GBL200—500／380-ST光伏并網(wǎng)逆變器，每臺逆變器的額定功率為500kW，均含有隔離并網(wǎng)變壓器，實現(xiàn)電氣隔離。逆變器的核心控制采用基于SVPWM的無沖擊同步并網(wǎng)技術(shù)，保證系統(tǒng)輸出與電網(wǎng)同頻、同相和同幅值。4、光伏方陣直流防雷匯流箱設(shè)計匯流箱是光伏發(fā)電系統(tǒng)中的重要組成部分，其主要作用是按照一定的串、并聯(lián)方式將光伏陣列連接到一起，以便對光伏陣列實施監(jiān)控?？紤]到并網(wǎng)系統(tǒng)在安裝和使用過程中的安全及可靠性，為減少光伏陣列到逆變器之間的連接線及方便日后維護，需在光伏組件與逆變器之間增加光伏陣列直流匯流箱。系統(tǒng)采用2種匯流箱KBT—PVG一9(9進1出)和KBT—PVG一12(12進1出)，整個并網(wǎng)系統(tǒng)需配置38臺直流防震匯流箱。每臺匯流籍均配備光伏專用高壓防雷器，具備防雷功能。5、直流配電柜設(shè)計每臺直流配電柜按照500kWp的直流配電單元進行設(shè)計，2MWp光伏并網(wǎng)單元需要4臺直流配電柜。每個直流配電單元可接入10路光伏方陣防雷匯流箱。每臺直流配電柜分別接入1臺500kW逆變器。6發(fā)電計量系統(tǒng)配置及選用光伏發(fā)電設(shè)備的計量點通常設(shè)在光伏并網(wǎng)逆變器的并網(wǎng)側(cè)，選用的電度表為多功能數(shù)字式電度表，具有優(yōu)越的測量技術(shù)及很高的抗干擾能力和可靠性。同時，還提供更靈活的功能：顯示電表數(shù)據(jù)、顯示費率、顯示損耗、狀態(tài)信息、報警等。顯示的內(nèi)容、功能和參數(shù)可通過光電通訊口用維護軟件來修改，通過光電通訊口還可處理報警信號，讀取電度表數(shù)據(jù)。6、數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計系統(tǒng)配有完善的通訊監(jiān)控系統(tǒng)，全面檢測環(huán)境和系統(tǒng)的狀態(tài)，將光照強度、環(huán)境溫度、太陽能板溫度、風(fēng)速等環(huán)境變量和系統(tǒng)的電壓、電流、相位、功率因數(shù)、頻率、發(fā)電量等系統(tǒng)變量通過RS485傳輸至控制中心，實現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控。光伏發(fā)電監(jiān)控系統(tǒng)由監(jiān)控設(shè)備(in光伏并網(wǎng)逆變器、光照強度傳感器、溫度傳感器、電池檢測器等)、本地觸摸屏、遠(yuǎn)程監(jiān)控中心等組成。利用模擬量采集模塊進行數(shù)據(jù)采集，接入逆變器，通過本地觸摸屏來進行操作和數(shù)據(jù)監(jiān)視，同時光伏并網(wǎng)逆變器數(shù)據(jù)由觸摸屏的RJ45端口采用Modbus／Tcp協(xié)議傳到遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)。監(jiān)控中心將與各設(shè)備通訊的數(shù)據(jù)存入自己的實時數(shù)據(jù)庫，根據(jù)通訊速率，動態(tài)更新數(shù)據(jù)。8、溫度傳感器本系統(tǒng)采用鉑電阻作為溫度探頭，配有溫度變送器，實現(xiàn)總線器件數(shù)字溫度計，具有線路簡單，體積小的特點。用它來組成一個測溫系統(tǒng)，使用一根通信線，可以掛很多類似的數(shù)字溫度計，十分方便?，F(xiàn)場溫度直接以“一線總線”的數(shù)字方式傳輸，大大提高了系統(tǒng)的抗干擾性。適合于惡劣環(huán)境的現(xiàn)場溫度測量，該類傳感器測量溫度范圍為-40°C～+150°C，在-10～+85°C范圍內(nèi)，精度為±0.1°C。環(huán)境溫度為-40°C～+70°C，精度為±0.1°C。項目采用百葉窗式環(huán)境溫度傳感器，采用片式組件背板溫度傳感器。9、太陽能輻射儀該表用來測量光譜范圍為0.3-3μm，太陽總輻射測量范圍0~2000W/m2，也可用來測量入射到斜面上的太陽輻射，配有變送器，實現(xiàn)總線器件數(shù)字化。因此，它可廣泛應(yīng)用于太陽能利用、氣象等部門做太陽輻射能量的測量。10、風(fēng)速風(fēng)向傳感器本項目采用高靈敏風(fēng)速風(fēng)向傳感器。量風(fēng)速量程：0～45m/s；分辨率：0.1m/s；準(zhǔn)確度：±(0.3+0.03V)m/s，起動風(fēng)速：≤0.5m/s。風(fēng)向量程：0～360°；分辨率：1°；準(zhǔn)確度：±3°，起動風(fēng)速：≤0.5m/s。11、系統(tǒng)能效分析按照光伏組件設(shè)計壽命為25年，系統(tǒng)平均每年衰減0．8％計，25年衰減不超過20％?？紤]光伏陣列在能量轉(zhuǎn)換與傳輸過程中的損失，系統(tǒng)總效率按81．6％計，可預(yù)測25年運營周期總發(fā)電量。首年發(fā)電量約為249．2萬kWh，25年累計發(fā)電量約為5600．6萬kWh，年均發(fā)電量約為224萬kWh。12、節(jié)能計算一般發(fā)出lKWh電要消耗約0.36kg標(biāo)準(zhǔn)煤，同時產(chǎn)生0．272kg碳粉塵、0．997kg二氧化碳、0．03kg二氧化硫和0．015kg氮氧化合物。系統(tǒng)年均發(fā)電量約為2240258kWh，預(yù)計每年可節(jié)省標(biāo)準(zhǔn)煤806.5t，可減少排放609.4t碳粉塵、233.5t二氧化碳、67.2t二氧化硫和33.6t氮氧化合物[6]。七、太陽能光電技術(shù)在建筑上應(yīng)用的設(shè)計計算過程年產(chǎn)電能Ps=η×H×A×K式中Ps一年產(chǎn)電能（MJ）H一所在地區(qū)每m2太陽能與年總輻射能（MJ/m2）A一光電幕墻或屋面面積η一光伏電池效率K一修正參數(shù)；K=K1×K2×K3×K4×K5×K6,其中K1一光伏電池長期運行參數(shù)，取0.8K2一灰塵引起的透明度參數(shù)，取0.9K3一光伏電池升溫導(dǎo)致性能下降的參數(shù)，取0.9K4一導(dǎo)電損耗修正參數(shù)，取0.95K5一逆變器效率參數(shù)，取0.85K6一光伏電池列陣朝向和傾角修正系數(shù)，本地區(qū)取0.93南京地區(qū)：H=5016MJ/m2=5016×106J/m2多晶硅η=0.16K=0.8×0.9×0.9×0.95×0.85×0.93=0.487A=424.96×1012/(0.16×5016×106×0.487)=1.09×106m2采用1000mm×760mm光伏電池板，塊數(shù)=1.09×106/(1.0×0.76)=1.435×106實際面積：1.0×0.76×1.435×106=1.0906×106m2＞1.09×106m2可以滿足用電需求。八、太陽能光電技術(shù)在其他建筑上的應(yīng)用1、某駐華使館太陽能弧形光伏彎頂工程某駐華使館主體結(jié)構(gòu)為鋼屋架彎頂，給施工和安裝都造成了相當(dāng)大的難度。經(jīng)過該建筑各參與方的相互協(xié)作配合，經(jīng)過反復(fù)試驗、方案討論和現(xiàn)場安裝小模型等一系列準(zhǔn)備工作，最終確定了實施方案。該項目太陽能電池設(shè)計容量為3.3kW，共由37塊1148mmx1148mm的正方形透光雙玻璃組件組成。在北京光照環(huán)境下，理論日均發(fā)電量約lOkWh電，年均約3600kWh，離網(wǎng)獨立發(fā)電，與市電220V互補切換為室內(nèi)部分照明供電。這種把電池片附著在幕墻表層的做法既增強了太陽能電池對太陽光的吸收量，也使幕墻接收太陽光照后的升溫程度得到降低，對表層建筑結(jié)構(gòu)的壽命延長也是有好處的。通過把雙玻電池組件附著在幕墻表層的做法既增強了太陽能電池對太陽光的吸收量，也使玻璃幕墻接收太陽光照后的升溫程度得到降低，對表層建筑結(jié)構(gòu)的壽命也有延長效應(yīng)。由于實際鋼結(jié)構(gòu)的尺寸較原設(shè)計發(fā)生了較大變化，部分玻璃幅而超過2m，已超過現(xiàn)階段常規(guī)電池組件層壓機的極限尺寸2.2mX2.2m(人工)或者3.6mx2.8m(全自動)，組件加工造成氣泡和電池片碎裂的風(fēng)險增大，且每一塊六邊形玻璃均不一樣，玻璃生產(chǎn)成本和難度嚴(yán)重增加。根據(jù)該項目的特點并結(jié)合實際情況，從生產(chǎn)、安裝上對原設(shè)計進行調(diào)整，另外，通過厚度為3.2mm+3.2mm的雙層玻璃夾膠太陽能電池組件與幕墻玻璃形成二次中空，增強其穩(wěn)固性。而導(dǎo)線為隱蔽的安裝方式:通過幕墻銜接之間的膠縫沿著鋼結(jié)構(gòu)走到4層屋頂?shù)目刂葡淅?。該建筑物總?層，由于外方設(shè)計師堅持要求把電池片相互之間的間隙設(shè)計為5cm，這就大大增強了作為玻璃幕墻彎頂所需的透光效果(圖6)，并形成部分光線的漫反射，大大增強了建筑物內(nèi)部的光影效果和立而裝飾效果，但同時也增加了生產(chǎn)和安裝的難度，造成了生產(chǎn)成品率低下、吊裝作業(yè)要在風(fēng)力小于4級的天氣中進行等一系列困難。各參建方頂住壓力，克服重重困難，最終圓滿地完成了該任務(wù)。該系統(tǒng)于2010年并入發(fā)電系統(tǒng)運行，達到設(shè)計要求，即:按北京平均日光照8h計算，日均發(fā)電量約l0kWh電，年均約3600kWh，雖然該系統(tǒng)僅為室內(nèi)部分照明提供用電，但其所產(chǎn)生的節(jié)能效應(yīng)和實際應(yīng)用價值是不可估量的。2、國家體育館示范建筑工程實踐作為奧運會主場館之一的國家體育館，其扇型屋面和大面積的玻璃幕墻在讓人賞心悅目的同時，還隱藏著一座年發(fā)電量97000kWh的光伏發(fā)電站。這座與國家體育館集成設(shè)計、同步建設(shè)的并網(wǎng)光伏電站，就是剛在我國開始起步的建筑光伏集成發(fā)電技術(shù)真正應(yīng)用于建筑集成設(shè)計施工的標(biāo)志和范例。國家體育館幕墻設(shè)計獨具匠心，采用鋼結(jié)構(gòu)、鋁型材、玻璃和拉索結(jié)合使用，層次分明變化有序，整個幕墻在簡潔明快的格調(diào)中透露出熱情奔放的氣息。直面玻璃采用鋼化中空Low-E玻璃，最大限度地提高了節(jié)能、環(huán)保性能。雙玻太陽電池方陣由24塊雙玻太陽電池組成，安裝在南坡面玻璃幕墻和屋面，與建筑結(jié)合、建筑一體化設(shè)計賦予了國家體育館的屋頂和南坡面玻璃幕墻“環(huán)保、節(jié)能”的科技概念，使其成為“會發(fā)電的屋頂”或“會發(fā)電的玻璃幕墻”。國家體育館金屬屋蓋體系集吸音、隔音、保溫、降噪、防水等多功能為一體，此金屬屋蓋體系乃是國內(nèi)屋蓋體系中的首例。鋁合金垂片和硅酸鈣掛板是體育館公共部分的主要裝修做法，尤其是硅酸鈣掛板在公共建筑中作為裝飾面層出現(xiàn)尚屬首次，屬于設(shè)計的大膽創(chuàng)新。100kW并網(wǎng)光伏發(fā)電站輸出的電能用于國家體育館地下車庫照明負(fù)載供電，它展示了我國光伏發(fā)電技術(shù)水平、也體現(xiàn)了我國政府對再生能源的重視。3、北京最大的太陽能項目一首都博物館首博新館作為北京的標(biāo)志性建筑物，是市政府奧運工程配套項目中的重點工程。為了更好地將建筑與藝術(shù)、建筑與高新技術(shù)相結(jié)合，配合北京2008年奧運會，突出“綠色北京、綠色奧運”理念，努力創(chuàng)造綠色、環(huán)保、節(jié)能城市整體形象，在市領(lǐng)導(dǎo)和有關(guān)部門的支持下，根據(jù)大平頂、大挑檐結(jié)構(gòu)的建筑屋頂設(shè)計，在首博新館屋頂?shù)钠矫娌糠职惭b了5000m2的太陽能光伏發(fā)電裝置，峰值發(fā)電量達到了300kW。使中國太陽能光伏發(fā)電工程中單體建筑發(fā)電量達到了國際先進水平。首博新館也成為集節(jié)能、環(huán)保與高科技為一體的、充滿現(xiàn)代氣息的博物館，具體形象地表現(xiàn)了太陽能資源的利用，以求“可持續(xù)發(fā)展”的教育示范作用。4、上海世博會主題館光伏建筑一體化應(yīng)用上海世博會光伏建筑一體化應(yīng)用總?cè)萘考s4.6MW，分別集中在中國館、世博中心、主題館及南市電廠建筑上?？紤]到主題館的形態(tài)及構(gòu)造，再結(jié)合太陽能應(yīng)用的設(shè)計原則，太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)主要應(yīng)用于主題館屋頂上。屋面作為主題館的第五立面，面積達6.4萬m2。屋面形態(tài)采用菱形與三角形結(jié)合的立體構(gòu)圖。在屋頂采用與屋頂一體化組件，替代部分屋頂材料構(gòu)成有規(guī)律性的圖案，使主題館的屋頂具有特殊的藝術(shù)效果及鮮明的科技特色。與屋面一體化太陽電池組件，在屋頂平鋪，菱形部分滿鋪，中間采用透光式組件。系統(tǒng)總裝機容量約2.8MW,系統(tǒng)建成后將成為國內(nèi)單體建筑上最大的光伏建筑一體化系統(tǒng)，系統(tǒng)采用升壓后并網(wǎng)發(fā)電。5、上海虹橋鐵路客運站光伏發(fā)電項目京滬高鐵上海虹橋鐵路客運站光伏發(fā)電項目(見圖8)總安裝面積6.1萬m2，總裝機容量達到6.572MW，在25年的設(shè)計壽命內(nèi)，年平均上網(wǎng)電量638萬kWh，總發(fā)電量將達到1.6億kWh。項目將在上海世博會召開之前投入運行。作為我國建筑光伏一體化項目的代表作，虹橋光伏發(fā)電項目不占地，不消耗燃料，沒有任何噪聲和排放，是最清潔的發(fā)電方式。它每年可節(jié)約標(biāo)煤2274t，減排二氧化碳5837t，二氧化硫45t，氮氧化合物20t，煙塵364t。上海是我國最大的經(jīng)濟和金融中心，虹橋交通樞紐是上海對外形象的一個重要的現(xiàn)代化門戶，在虹橋交通樞紐建設(shè)大型太陽能光伏發(fā)電項目，向世界展示了中國在可再生能源領(lǐng)域的先進技術(shù)和積極開發(fā)、利用新能源，保護環(huán)境，減少溫室氣體排放的信心和決心。同時，虹橋光伏發(fā)電項目也是鐵道部為建設(shè)綠色樞紐場站，進一步提升鐵路客運站的社會形象，充分體現(xiàn)節(jié)能環(huán)保先進理念而立項建設(shè)的第一個鐵路場站光伏發(fā)電項目，它將在我國新時期的鐵路建設(shè)中具有很好的示范引領(lǐng)作用。虹橋光伏發(fā)電項目符合我國新能源尤其是太陽能發(fā)展規(guī)劃和產(chǎn)業(yè)振興政策，它對于提升上海市的城市形象，推進上海市太陽能利用和光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)發(fā)展具有重大意義，將產(chǎn)生良好的社會效益和經(jīng)濟效益[7]。九、我國太陽能光伏發(fā)電行業(yè)發(fā)展中存在的問題我國的太陽能光伏技術(shù)產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀不甚樂觀，光伏產(chǎn)品原料都是依賴國際進口，產(chǎn)品則依賴出口，我國所加工的太陽能光伏產(chǎn)品百分之九十都是要出口至國外市場的。我國國內(nèi)的光伏產(chǎn)品主要是應(yīng)用到農(nóng)村的電氣化與獨立型太陽能的光伏發(fā)電，太陽能光伏發(fā)電的產(chǎn)業(yè)還存在著很多問題，主要有以下幾點：1、太陽能光伏產(chǎn)業(yè)是綜合型的學(xué)科，包含了電力、建筑、光學(xué)、物理學(xué)以及化學(xué)等多種學(xué)科，需要多學(xué)科的綜合型人才，但是，我國卻缺乏高水平的科研與工程人才。2、要提高轉(zhuǎn)化光伏的效率關(guān)鍵學(xué)科是材料學(xué)，研發(fā)新材料對于太陽能光伏發(fā)電技術(shù)的發(fā)展有著至關(guān)重要的作用。3、光伏物理學(xué)以及光伏化學(xué)的理論基礎(chǔ)發(fā)展得較慢，在理論方面還沒有突破性的發(fā)展。4、光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)和建筑物的結(jié)合性差，不能夠滿足當(dāng)今城市的發(fā)展需求。5、太陽能工程的管理不夠規(guī)范，缺乏國家的指導(dǎo)與行業(yè)的監(jiān)督。6、光伏發(fā)電的成本偏高，超出了人們能接受的范圍[8]。十、光伏產(chǎn)品推廣應(yīng)用的對策1、制定切實可行的中長期發(fā)展規(guī)劃。政府有關(guān)部門要組織專家深入研究世界和中國能源形勢、太陽能光伏發(fā)電的發(fā)展趨勢，研究發(fā)達國家光伏發(fā)電發(fā)展規(guī)劃及其制定依據(jù)，科學(xué)地制定適合中國能源可持續(xù)發(fā)展和環(huán)境友好需要的國家光伏發(fā)電發(fā)展戰(zhàn)略和長遠(yuǎn)規(guī)劃，從技術(shù)上和政策上為國家發(fā)展太陽能光伏技術(shù)和產(chǎn)業(yè)提供科學(xué)的咨詢。2、建立國家級科研基地。要整合現(xiàn)有的太陽能光伏技術(shù)的研發(fā)力量，組建國家級太陽能光伏系統(tǒng)技術(shù)工程研究中心或重點實驗室。圍繞實現(xiàn)太陽能光伏發(fā)展的戰(zhàn)略目標(biāo)，組織研究太陽能光伏發(fā)展的技術(shù)路線和戰(zhàn)略措施；設(shè)立專項基金，加大對太陽能光伏技術(shù)的科學(xué)研究、成果轉(zhuǎn)化和產(chǎn)業(yè)化的投資支持力度；組織研究重大、重要和關(guān)鍵技術(shù)；探索產(chǎn)、學(xué)、研、政府、資本密切合作的新的科研體制；建立中國自己的光伏技術(shù)和產(chǎn)品的認(rèn)證機構(gòu)和認(rèn)證體系，促進太陽能光伏產(chǎn)業(yè)和市場的健康發(fā)展。3、完善政策及配套措施,培育和引導(dǎo)市場。社會期盼傳聞已久的《新能源振興與發(fā)展規(guī)劃》應(yīng)盡快出臺、實施，國家和地方政府采取積極的鼓勵扶持政策，大力發(fā)展太陽能光伏高新技術(shù)新興產(chǎn)業(yè)，盡快形成若干太陽能光伏系統(tǒng)高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)鏈，占領(lǐng)制高點；通過政策引導(dǎo)，鼓勵太陽能光伏系統(tǒng)高新技術(shù)產(chǎn)品的推廣應(yīng)用。參照高新技術(shù)企業(yè)所得稅先征后補政策、小水電增值稅減免政策及風(fēng)力發(fā)電、垃圾發(fā)電等產(chǎn)品稅收優(yōu)惠政策，對太陽能光伏企業(yè)給予大力支持。盡快落實《中華人民共和國可再生能源法》等有關(guān)法律文件的精神，對太陽能光伏技術(shù)和設(shè)備的購買者、太陽能光伏電力的用戶、采用太陽能光伏與建筑一體化技術(shù)的建筑開發(fā)商、推廣應(yīng)用太陽能光伏技術(shù)設(shè)備的企業(yè)等單位給予一定的財政補貼和資金支持。4、加速研發(fā)與應(yīng)用人才培養(yǎng)。要加強科普教育和全民教育，提高全民對發(fā)展可再生能源的認(rèn)識，加強太陽能光伏科研機構(gòu)的能力建設(shè)和人