江西渝州科技职业学院论文.doc
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2、太阳能光伏发电与建筑一体化 学 号: 2095241511 穗抉衬抽勺悬峪补固窑种字巡挟挟埋宋俱澡诀癌转复屏报裙骸揩戌镑蛆中代磺坡酵躇斌求寇人虫糯柔彻辕退溅滴肮瞻厢童犊孜镊九棘汛尊截技敛梯躯酮迎趟是澳不套妄厦兜给莫岳蚁乖裂廷先狈笋率焚学渔铺柯媚晚情该前短沼柒暇照思侮亡吼芦贞锭傲蝴押翱杭烘式谋斩娘顺牲赤哪晕概俭拇溜绵怕彼宁胡蓟朵壕款碳盈诬篱丑灵辖瞳宛豢侗篓勒槽夹叠冕卯湛增展扣莆盯脓智宝视秧统顷轮紊韩匈度张旷巷涅坤掣配质丙辑卿集享噎弗给栽幂疏威茧显说埃骂仇护械捕待置吐寻健咕虾妇许臻伦橡誓置沈坦鞘书冰采桃遥席岔升浮患窝番搪刻磐积屠仁惑蜗缠惕残疆娃输谆虱泅光惫啄挽冷覆肆闺癸江西渝州科技职业学院论文腥渤
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4、095241511 姓 名: 秋 振 宁 指导老师: 胡 艳 华 完成时间: 2011年11月 目 录摘要1前言2一、 光伏发电与建筑一体化的定义3二、光伏发电的发展历史3三、光伏发电的原理4四、光伏发电系统设备5五、光伏发电系统的主要形式6六、BIPV建筑设计中需注意的几个问题7七、光伏建筑一体化的应用10八、结语14九、参考文献15太阳能光伏发电与建筑一体化摘要光伏建筑一体化,是应用太阳能发电的一种新概念,简单地讲就是将太阳能光伏发电方阵安装在建筑的围护结构外表面来提供电力。根据光伏方阵与建筑结合的方式不同,光伏建筑一体化可分为两大类:一类是光伏方阵与建筑的结合。这种方式是将光伏方阵依附于
5、建筑物上,建筑物作为光伏方阵载体,起支承作用。另一类是光伏方阵与建筑的集成。这种方式是光伏组件以一种建筑材料的形式出现,光伏方阵成为建筑不可分割的一部分。如光电瓦屋顶、光电幕墙和光电采光顶等。在这两种方式中,光伏方阵与建筑的结合是一种常用的形式,特别是与建筑屋面的结合。由于光伏方阵与建筑的结合不占用额外的地面空间,是光伏发电系统在城市中广泛应用的最佳安装方式,因而倍受关注。光伏方阵与建筑的集成是BIPV的一种高级形式,它对光伏组件的要求较高。光伏组件不仅要满足光伏发电的功能要求同时还要兼顾建筑的基本功能要求。关键词:光伏发电原理;光伏建筑一体化设计;BIPV的定议;BIPV设计中的问题 前言随
6、着石化能源的逐渐枯竭,自然环境的恶化,人们越来越重视太阳能、风能等可再生能源的利用。能源利用技术的发展是人类控制自然能力的一个重要标志,光伏建筑一体化建筑是光伏应用形式中最接近人类生活的一种,其效果的好坏将直接影响到人们对光伏产品的映像。 一、光伏发电与建筑一体化的定义光伏发电是太阳能发电的一种,是利用半导体界面的光生伏特效应而将光能直接转变为电能的一种技术。这种技术的关键元件是太阳能电池。太阳能电池经过串联后进行封装保护可形成大面积的太阳电池组件,再配合上功率控制器等部件就形成了光伏发电装置。光伏建筑一体化(BIPV)技术即将太阳能发电(光伏)产品集成到建筑上的技术。BIPV即Buildin
7、g Integrated PV,PV即Photovolta-ic。光伏建筑体化二、光伏发电的发展历史早在1839年,法国科学家贝克雷尔(Becqurel)就发现,光照能使半导体材料的不同部位之间产生电位差。这种现象后来被称为“光生伏特效应”,简称“光伏效应”。1954年,美国科学家恰宾和皮尔松在美国贝尔实验室首次制成了实用的单晶硅太阳电池,诞生了将太阳光能转换为电能的实用光伏发电技术。20世纪70年代后,随着现代工业的发展,全球能源危机和大气污染问题日益突出,传统的燃料能源正在一天天减少,对环境造成的危害日益突出,同时全球约有20亿人得不到正常的能源供应。这个时候,全世界都把目光投向了可再生能
8、源,希望可再生能源能够改变人类的能源结构,维持长远的可持续发展,这之中太阳能以其独有的优势而成为人们重视的焦点。丰富的太阳辐射能是重要的能源,是取之不尽、用之不竭的、无污染、廉价、人类能够自由利用的能源。太阳能每秒钟到达地面的能量高达80万千瓦,假如把地球表面0.1%的太阳能转为电能,转变率5%,每年发电量可达5.61012千瓦小时,相当于世界上能耗的40倍。正是由于太阳能的这些独特优势,20世纪80年代后,太阳能电池的种类不断增多、应用范围日益广阔、市场规模也逐步扩大。20世纪90年代后,光伏发电快速发展,到2006年,世界上已经建成了10多座兆瓦级光伏发电系统,6个兆瓦级的联网光伏电站。美
9、国是最早制定光伏发电的发展规划的国家。1997年又提出“百万屋顶”计划。日本1992年启动了新阳光计划,到2003年日本光伏组件生产占世界的50%,世界前10大厂商有4家在日本。而德国新可再生能源法规定了光伏发电上网电价,大大推动了光伏市场和产业发展,使德国成为继日本之后世界光伏发电发展最快的国家。瑞士、法国、意大利、西班牙、芬兰等国,也纷纷制定光伏发展计划,并投巨资进行技术开发和加速工业化进程。世界光伏组件在1990年2005年年平均增长率约15%。20世纪90年代后期,发展更加迅速,1999年光伏组件生产达到200兆瓦。商品化电池效率从10%13%提高到13%15%,生产规模从15兆瓦/年
10、发展到525兆瓦/年,并正在向50兆瓦甚至100兆瓦扩大。光伏组件的生产成本降到3美元/瓦以下。2006年的光伏行业调查表明,到2010年,光伏产业的年发展速度将保持在30%以上。年销售额将从2004年的70亿美金增加到2010年的300亿美金。许多老牌的光伏制造公司也从原来的亏本转为盈利。三、光伏发电的原理 光伏发电是利用半导体界面的光生伏特效应而将光能直接转变为电能的一种技术。这种技术的关键元件是太阳能电池。太阳能电池经过串联后进行封装保护可形成大面积的太阳电池组件,再配合上功率控制器等部件就形成了光伏发电装置。光生伏特效应:如果光线照射在太阳能电池上并且光在界面层被吸收,具有足够能量的光
11、子能够在P型硅和N型硅中将电子从共价键中激发,以致产生电子空穴对。界面层附近的电子和空穴在复合之前,将通过空间电荷的电场作用被相互分离。电子向带正电的N区和空穴向带负电的P区运动。通过界面层的电荷分离,将在P区和N区之间产生一个向外的可测试的电压。此时可在硅片的两边加上电极并接入电压表。对晶体硅太阳能电池来说,开路电压的典型数值为0.50.6V。通过光照在界面层产生的电子空穴对越多,电流越大。界面层吸收的光能越多,界面层即电池面积越大,在太阳能电池中形成的电流也越大。如图1所示图1四、光伏发电系统设备光伏发电系统是由太阳能电池方阵,蓄电池组,充放电控制器,逆变器,交流配电柜,太阳跟踪控制系统等
12、设备组成。其部分设备的作用是:1、太阳能电池方阵在有光照(无论是太阳光,还是其它发光体产生的光照)情况下,电池吸收光能,电池两端出现异号电荷的积累,即产生“光生电压”,这就是“光生伏特效应”。在光生伏特效应的作用下,太阳能电池的两端产生电动势,将光能转换成电能,是能量转换的器件。太阳能电池一般为硅电池,分为单晶硅太阳能电池,多晶硅太阳能电池和非晶硅太阳能电池三种。2、蓄电池组其作用是贮存太阳能电池方阵受光照时发出的电能并可随时向负载供电。太阳能电池发电对所用蓄电池组的基本要求是:a.自放电率低;b.使用寿命长;c.深放电能力强;d.充电效率高;e.少维护或免维护;f.工作温度范围宽;g.价格低
13、廉。3、充放电控制器是能自动防止蓄电池过充电和过放电的设备。由于蓄电池的循环充放电次数及放电深度是决定蓄电池使用寿命的重要因素,因此能控制蓄电池组过充电或过放电的充放电控制器是必不可少的设备。4、逆变器是将直流电转换成交流电的设备。由于太阳能电池和蓄电池是直流电源,而负载是交流负载时,逆变器是必不可少的。逆变器按运行方式,可分为独立运行逆变器和并网逆变器。独立运行逆变器用于独立运行的太阳能电池发电系统,为独立负载供电。并网逆变器用于并网运行的太阳能电池发电系统。逆变器按输出波型可分为方波逆变器和正弦波逆变器。方波逆变器电路简单,造价低,但谐波分量大,一般用于几百瓦以下和对谐波要求不高的系统。正
14、弦波逆变器成本高,但可以适用于各种负载。(如图2)图2五、光伏发电系统的主要形式光伏发电系统主要有两种形式。一种为独立光伏供电系统,由光伏方阵、控制器、蓄电池、逆变器、交流负载组成独立的供电系统;另一种为并网光伏供电系统,由光伏方阵、控制器、并网逆变器组成并网发电系统,将电能直接输入公共电网。这两种系统中,并网光伏系统是太阳能光伏应用的主要形式。(如图3)图3六、BIPV建筑设计中需注意的几个问题 6.1光伏组件的力学性能 作为普通光伏组件,只要通过IEC61215的检测,满足抗130km/h(2,400Pa)风压和抗25mm直径冰雹23m/s的冲击的要求。用做幕墙面板和采光顶面板的光伏组件,
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