光伏发电系统集成第6章BIPV屋顶建筑.ppt
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1、华北电力大学 可再生能源学院能源工程及自动化教研室 华北电力大学 太阳能中心,授课教师:朱红路,光伏发电系统集成光伏与建筑相结合BIPV,建筑能耗是我国能源消耗的主力军,近年来,建筑与房地产业是我国经济增长的火车头之一,但与此同时,建筑能耗也是我国能源消耗的主力军。国家建设部统计报告显示:我国建筑能耗惊人,建造和使用建筑直接、间接消耗的能源占到全社会总能耗的 46.7%!单位建筑面积能耗是发达国家的-倍!(在新西兰,住宅能耗占国家总能耗的13%,而商业建筑则为9%;在澳大利亚,住宅和商业建筑能耗分别占国家总能耗的12%和8%)节能中长期专项规划着重指出:建筑是十一五节能的重点领域之一,建筑节能
2、的重点是严格执行节能设计标准。,太阳能光伏建筑一体化(BIPV)是解决建筑高能耗的有效途径之一,根据国家发改委、国家统计局的统计,我国现有房屋建筑总面积400亿平方米,其中城市可利用屋顶面积8亿平方米,农村可利用屋顶面积32亿平方米,合计可利用屋顶面积40亿平方米。利用我国城乡房屋面积的20%来进行太阳能发电,则能产生80GWp的发电能力,占全国总装机容量的1/4,按全年满功率发电1500小时计算,年发电量可达120TWh,约占全国总发电量的7.3%。,光伏屋顶与BIPV,简单说来,光伏屋顶就是利用安装在建筑物顶部的光伏组件(太阳能电池)将光能转换为电能,供用电器使用。光伏与建筑的结合有如下两
3、种方式,都可以通过逆变器、控制装置等成发电系统。(1)一种是建筑与光伏系统相结合,把封装好的的光伏组件(平板或曲面板)安装在居民住宅或建筑物的屋顶上,组成光伏发电系统。(见下图左)(2)另外一种是建筑与光伏器件相结合,是将光伏器件与建筑材料集成化,即光伏建筑一体化(BIPV),如将太阳能光伏电池制作成光伏玻璃幕墙、太阳能电池瓦、太阳能防水卷材等,集实用与装饰美化为一体,达到节能环保效果,是今后的发展光伏建筑一体化的趋势。(见下图右光伏玻璃屋顶),光伏屋顶工程,德国柏林中央车站 BIPV天窗,中国山西纳克 BIPV玻璃幕墙,应用图片,应用图片,曲面屋顶 太阳能车库顶板,光伏与建筑结合的安装方式,
4、采用普通太阳电池组件,安装在倾斜屋顶原来的建筑材料上采用特殊太阳电池组件,作为建筑材料安装在倾斜屋顶上采用普通太阳电池组件,安装在平屋顶原来的建筑材料上采用特殊太阳电池组件,作为建筑材料安装在平屋顶上采用普通或特殊太阳电池组件,作为幕墙安装在南立面上采用特殊太阳电池组件,作为建筑幕墙安装在南立面上采用特殊太阳电池组件,作为天窗材料安装在天窗上采用普通或特殊太阳电池组件,作为遮阳板安装在建筑上,BIPV斜屋顶 家庭用BIPV光伏发电屋顶,节省空间,BIPV组件与屋顶的完美集成。,三、光伏建筑一体化BIPV,BIPV光伏幕墙 光伏幕墙BIPV与玻璃幕墙的和谐融会,达到双重的使用效果.,三、光伏建筑
5、一体化BIPV,BIPV采光顶,三、光伏建筑一体化BIPV,三、光伏建筑一体化BIPV,天窗采光顶,技术与艺术的和谐交融,将光线和室外的景色融入人的生活。,三、光伏建筑一体化BIPV,BIPV遮阳板,BIPV遮阳板,采光与遮阳的另类时尚,给室内空间一种全新的感觉。,三、光伏建筑一体化BIPV,不同类型的太阳电池组件在建筑物上的适用程度,“+”表示高适用性,“0”表示低适用性,“-”表示不适用,光伏建筑一体化的优点,与建筑本身结合成为一个整体,不额外占用土地资源。可原地发电、原地用电,在一定距离范围内可以节省电站送电网的投资。有光伏阵列和公共电网共同给负载供应电力,增加了供电的可靠性。BIPV系
6、统大部分发的是用电高峰时的黄金电,可以大大缓解供电压力,经济和环境效益显著。,光伏建筑一体化的优点,光伏阵列安装在屋顶和墙壁等外围护结构上,吸收太阳能转化为电能,减少了墙体得热和室内空调冷负荷,保证室内的空气品质。避免使用一般化石燃料发电的空气污染和废渣污染。光伏阵列安装简便,可任意选择发电容量。促进部件的大规模生产,进一步降低部件的市场价格,对系统的广泛应用有着极大的推动作用。,四、光伏建筑一体化BIPV发展趋势,目前,太阳能光伏建筑一体化BIPV并网发电在国外已经得到电力部门的认可。预计50年后,仅BIPV屋顶并网发电就可提供全世界1/4的电能。国内BIPV的发展比国外稍晚了点,但是国内B
7、IPV的发展具有牢固的技术基础,发展比较稳重。总的来说BIPV的发展趋势主要有以下几点:1)BIPV产品的标准结构诞生,2)BIPV标准成为主导光伏建筑设计的标准,而不像现在依附于建筑标准,四、光伏建筑一体化BIPV发展趋势,3)产生BIPV的规范标准,约束厂家的生产,四、光伏建筑一体化BIPV发展趋势,4)BIPV与建筑的集成度跟高,与建筑结合更完善,四、光伏建筑一体化BIPV发展趋势,四、光伏建筑一体化BIPV发展趋势,5)BIPV组件由白天发电、美化建筑的原始功能,向夜间发光装饰建筑的多媒体化发展。,6)BIPV智能化,与智能建筑相融合,四、光伏建筑一体化BIPV发展趋势,四、光伏建筑一
8、体化BIPV发展趋势,7)BIPV组件实现建筑室内透光率的可变性,调节室内的采光。,四、光伏建筑一体化BIPV发展趋势,8)BIPV并网发电技术更加智能化、多元化,发电成本降低。,四、光伏建筑一体化BIPV发展趋势,9)实现BIPV组件与楼宇自动一体化。,随着全球太阳能光伏发电比重的增加,光伏发电是目前解决能源与环境问题的有效途径。大型荒漠光伏电站由于其自身占地面积大的缺点,未来光伏发电的主流将是光伏建筑一体化BIPV发电。根据国外BIPV和国内近几年BIPV的发展应用来看,今后光伏建筑一体化BIPV的发展将会是与建筑设计充分融合,应用形式更加多样化,更多应用于商业建筑幕墙、居民住宅、学校、医
9、院、机场、铁路站台等。同时,通过智能电网技术在低压端与电网、实现并网连接,提高用电的可靠性。,四、光伏建筑一体化BIPV发展趋势,总结:,相关补贴政策,财政补贴将重点支持太阳能光电建筑一体化安装且发电主要用于解决建筑用能的项目,从项目类型上主要包括三类:一是建材型,指将太阳能电池与瓦、砖、卷材、玻璃等建筑材料复合在一起成为不可分割的建筑构件或建筑材料,如光伏瓦、光伏砖、光伏屋面卷材、玻璃光伏幕墙、光伏采光顶等;二是构件型,指与建筑构件组合在一起或独立成为建筑构件的光伏构件,如以标准普通光伏组件或根据建筑要求定制的光伏组件构成雨篷构件、遮阳构件等;三是与屋顶、墙面结合安装型,指在平屋顶上安装、坡
10、屋面上顺坡架空安装以及在墙面上与墙面平行安装等形式。,财建2009129 号文件关于印发太阳能光电建筑应用财政补助资金管理暂行办法,在实际项目申报是重点专注以下几点:(1)安装类型和补贴对应的补贴标准 项目安装类型 补贴标准 建材型:太阳能电池与建筑材料复合在一起成为不可分割的建筑构件或建筑材料。不超过 20 元/瓦 构件型:指与建筑构件组合在一起或独立成为建筑构件的光伏构件。不超过 20 元/瓦 与屋顶、墙面结合安装型:指在平屋顶上安装、坡屋面上顺坡架空安装以及在墙面上与墙面平行安装等形式。不超过 15 元/瓦(2)优先支持项目 已出台并落实光电发展扶持政策的地区项目;并网式太阳能光电建筑应
11、用项目;太阳能光伏组件与建筑物实现构件化、一体化项目;学校、医院、政府机关等公共建筑应用光电项目。,1设计原则光伏建筑一体化是光伏系统构成或依附于建筑的一种新能源利用形式,其主体是建筑,客体是光伏系统。因此,BIPV设计应以不损害和影响建筑的效果、结构安全、功能和使用寿命为基本原则,任何对建筑本身产生损害和不良影响的BIPV设计都是不合格的设计。建筑设计BIPV的设计应从建筑设计入手,首先对建筑物所处地的地理气候条件及太阳能的资源情况进行分析,这是决定是否选用BIPV的先决条件;其次是考虑建筑物的周边环境条件,即选用BIPV的建筑部分接受太阳能的具体条件,如被其他建筑物遮档,也不必考虑选用BI
12、PV;第三是与建筑物的外装饰的协调,光伏组件给建筑设计带 来了新的挑战与机遇,画龙点睛的BIPV设计会使建筑更富生机,环保绿色的设计理念更能体现建筑与自然的结合;第四,考虑光伏组件的吸热对建筑热环境的改变。,3发电系统设计BIPV光伏系统设计包含三部分,分别为光伏方阵设计、光伏组件设计和光伏发电系统设计。(1)光伏方阵设计,在与建筑墙面结合或集成时,一方面要考虑建筑效果;另一方面要考虑其受光条件。(2)光伏组件设计,涉入电 池片的选型(综合考虑外观色彩与发电量)与布置(结合板块大小、功率要求、电池片大小进行);组件的装配设计(组件的密封与安装形式)。(3)光伏发电系统的设 计,即系统类型(并网
13、系统或独立系统)确定,控制器、逆变器、蓄电池等的选型,防雷、系统综合布线、感应与显示等环节设计。4结构安全性与构造设计光伏组件与建筑的结合,结构安全性涉及两方面:一是组件本身的结构安全,如高层建筑屋顶的风荷载较地面大很多,普通的光伏组件的强度能否承受风压变形时是否会影响到电池片的正常工作等。二是固定组件的连接方式的安全性。组件的安装固定需对连接件固定点进行相应的结构计 算,并充分考虑在使用期内的多种最不利情况。建筑的使用寿命一般在50年以上,光伏组件的使用寿命也在20年以上,BIPV的结构安全性问题不可小视。,5光伏建筑一体化(BIPV)对光伏方阵与光伏组件的要求(1)影响光伏发电的因素简单地
14、讲,影响光伏发电的有两个方面。一是光伏组件可能接受到的太阳能,二是光伏组件的本身的性能。由于太阳能发电的全部能量来自于太阳,而太阳辐射量的多少与太阳高度、地理纬度、海拨高度、大 气质量、大气透明度、日照时间等有关。一年当中四季的变化,一天当中时间的变化,到达地面的太阳辐射直散分量的比例,地表面的反射系数等因素都会影 响太阳能的发电,但这些因素对于具体建筑而言是客观因素几乎只能被动选择。对于光伏组件而言,光伏方阵的倾角、光伏组件的表面清洁度、光伏电池的转换率、光伏电池的工作环境状态等是我们在设计过程中应该考虑的。(2)BIPV对光伏方阵的布置要求对于某一具体位置的建筑来说,与光伏方阵结合或集成的
15、屋顶和墙面,所能接受的太阳辐射是一定的。为获得更多的太阳能,光伏方阵的布置应尽可能地朝向太阳光入射的方向,如建筑的南面、西南、东南面等。,(3)BIPV对光伏组件的要求BIPV将太阳能光伏组件作为建筑的一部分,对建筑物的建筑效果与建筑功能带来一些新的影响。作为与建筑结合或集成的建筑新产品,BIPV对光伏组件提出了如下新的要求。颜色与质感用于BIPV的光伏组件,其颜色与质感需与整座建筑协调。强度与抗变形的能力当光伏组件与建筑集成使用时,光伏组件是一种建筑材料,作为建筑幕墙或采光屋顶使用,因此需满足建筑的安全性与可靠性需要。光伏组件的玻璃需要增厚,具有一定的抗风压能力。透光率在光伏组件与建筑集成使
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