2光伏建筑系统的设计及分析.ppt
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1、2光伏建筑系统的设计及分析 光伏建筑一体化是光伏系统构成或依附于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,其建筑的一种新能源利用形式,其主体是建主体是建筑,客体是光伏系统筑,客体是光伏系统。因此,。因此,BIPV设计设计应以应以不损害和影响建筑的效果、结构安全、功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能和使用寿命为基本原则,任何对建筑本,任何对建筑本身产生损害和不良影响的身产生损害和不良影响的BIPV设计都是不合设计都是不合格的设计。格的设计。3 3、技术性原则、技术性原则 主要从主要从光伏系统来考虑光伏系统来考虑,主要考虑以下原则。,主要考虑以下原则。
2、(1)(1)考虑建筑物的周边环境,尽量避开或远离遮考虑建筑物的周边环境,尽量避开或远离遮荫物。荫物。(2)(2)兼顾建筑物的前提下,确定最优的太阳能电兼顾建筑物的前提下,确定最优的太阳能电池组件朝向及倾角。池组件朝向及倾角。(3)(3)考虑太阳能电池组件的通风,尽量保证通风考虑太阳能电池组件的通风,尽量保证通风良好。良好。(4)(4)根据建筑形态及组件大小确定组件布局方案,根据建筑形态及组件大小确定组件布局方案,进而确定逆变器。进而确定逆变器。(5)(5)合理设计尽量减少电缆长度。合理设计尽量减少电缆长度。4 4、安全性原则、安全性原则 应考虑应考虑太阳能电池组件在屋面安装时对屋顶荷载太阳能电
3、池组件在屋面安装时对屋顶荷载的影响的影响,包括太阳能电池板自身荷载和抗风、抗,包括太阳能电池板自身荷载和抗风、抗冰雹冲击能力等工程应用问题,保证光伏系统与冰雹冲击能力等工程应用问题,保证光伏系统与建筑安全可靠。建筑安全可靠。此外,当选用光伏建筑一体化组件时,除了具备此外,当选用光伏建筑一体化组件时,除了具备发电功能外,还需考虑发电功能外,还需考虑光伏组件的结构功能光伏组件的结构功能,如,如防水、保温等功能,坚固耐用,保证光伏建筑一防水、保温等功能,坚固耐用,保证光伏建筑一体化系统安全可靠。体化系统安全可靠。二、设计流程二、设计流程基础基础规划规划方案方案技术集成技术集成施工图施工图工程工程三、
4、设计要点三、设计要点(1)建筑所处地理位置和气候条件)建筑所处地理位置和气候条件 地理位置地理位置:建筑所在地的经度、纬度、海拔;:建筑所在地的经度、纬度、海拔;气候条件气候条件:逐月的太阳能总辐射量、直接辐射量:逐月的太阳能总辐射量、直接辐射量散辐射量、一年中各月平均气温、最低最高气温、散辐射量、一年中各月平均气温、最低最高气温、最多连续阴雨天,以及冰雹、降雪等特殊气象情况。最多连续阴雨天,以及冰雹、降雪等特殊气象情况。(2)建筑朝向及周边场地情况)建筑朝向及周边场地情况主要朝向宜主要朝向宜朝南朝南。尽量避开或远离遮荫物,如树木、避雷针等,达尽量避开或远离遮荫物,如树木、避雷针等,达到到被太
5、阳辐照面积的最大化被太阳辐照面积的最大化。(3)建筑外形、功能和负荷要求)建筑外形、功能和负荷要求 光伏系统要与建筑外形融合,提高建筑美感;光伏系统要与建筑外形融合,提高建筑美感;了解建筑功能,分析了解建筑功能,分析负载类型、功率大小、运行负载类型、功率大小、运行时间、规律及状况时间、规律及状况等,对等,对负载耗电量作出相对准负载耗电量作出相对准确的估计确的估计;并网系统,需考虑并网系统,需考虑并网的距离及当地电费取值并网的距离及当地电费取值等。等。(4)光伏系统计算与选型)光伏系统计算与选型 综合考虑建筑美学等因素,选择光伏系统在建筑综合考虑建筑美学等因素,选择光伏系统在建筑上的上的安装位置
6、安装位置,计算,计算太阳能光伏方阵最佳倾角太阳能光伏方阵最佳倾角;计算计算光伏组件的大小光伏组件的大小、数量数量、蓄电池容量蓄电池容量、方阵方阵年发电量年发电量等;等;阴影分析;阴影分析;根据计算结果,进行系统组件选型,包括:蓄电根据计算结果,进行系统组件选型,包括:蓄电池、逆变器、控制器、支架设计等;池、逆变器、控制器、支架设计等;确定组件的安装连接方式。确定组件的安装连接方式。A、光伏方阵安装倾角的确定、光伏方阵安装倾角的确定方位角和高度角方位角和高度角倾角倾角光伏组件的倾角光伏组件的倾角=90 高度角高度角由于地球以一定的倾斜角绕轨道运行,太阳正午时在由于地球以一定的倾斜角绕轨道运行,太
7、阳正午时在地平线以上的高度角每年都有一个周期的改变,因此地平线以上的高度角每年都有一个周期的改变,因此合理的光伏组件倾角应为可调节的合理的光伏组件倾角应为可调节的,即随太阳高度角,即随太阳高度角的变化而变化。的变化而变化。按照光伏方阵所在的地理位置考虑,北半球的光按照光伏方阵所在的地理位置考虑,北半球的光伏方阵应朝南;伏方阵应朝南;独立系统的方阵倾角比纬度要大独立系统的方阵倾角比纬度要大,并网系统则要小些并网系统则要小些,最佳倾角可通过相应的软件,最佳倾角可通过相应的软件模拟获得。模拟获得。BIPV系统,系统,方阵倾角还应设计为随季节改变方阵倾角还应设计为随季节改变,以,以满足用电负载随季节变
8、化的需求满足用电负载随季节变化的需求B、光伏组件的特性、光伏组件的特性 BIPV系统的光伏方阵的电流、电压均受太阳光辐系统的光伏方阵的电流、电压均受太阳光辐射强度的影响。在采用太阳能光伏组件时,组件射强度的影响。在采用太阳能光伏组件时,组件制造商会提供有关光伏组件的电流与电压关系的制造商会提供有关光伏组件的电流与电压关系的I-V曲线,特别是在标准测试条件下测量的组件峰值曲线,特别是在标准测试条件下测量的组件峰值功率。功率。这个特性曲线为这个特性曲线为BIPV系统设计者提供了构成尽可系统设计者提供了构成尽可能接近工作在组件峰值功率点的系统需要的信息。能接近工作在组件峰值功率点的系统需要的信息。C
9、、系统负荷的确定、系统负荷的确定 按照建筑物按照建筑物可安装光伏组件的面积可安装光伏组件的面积确定安装的确定安装的BIPV系统的大小;系统的大小;较简单较简单 可利用的面积可利用的面积-光伏系统的规模光伏系统的规模 建筑物需要的功率建筑物需要的功率+建筑表面能提供的面积建筑表面能提供的面积光伏组件类型光伏组件类型建筑可用建筑可用面积比较小面积比较小的时候,就应该采用的时候,就应该采用晶体硅光晶体硅光伏组件伏组件建筑物南面立墙的建筑物南面立墙的面积大面积大、项目预算受到限制、当、项目预算受到限制、当地温度变化比较大时,地温度变化比较大时,非晶硅非晶硅光伏组件光伏组件根据建筑物要求的负载确定。根据
10、建筑物要求的负载确定。相对复杂相对复杂 首先考虑首先考虑建筑物需要的电能、负载的性质建筑物需要的电能、负载的性质,然后,然后计算系统的最佳额定功率大小计算系统的最佳额定功率大小。并网光伏系统并网光伏系统 光伏系统大小公式光伏系统大小公式BIPV光光伏系统伏系统容量,容量,kW日用电日用电量,量,kWh/d最佳倾角时光最佳倾角时光伏方阵平面上伏方阵平面上日平均太阳辐日平均太阳辐射量,射量,kWh/(m2.d)标准侧试条标准侧试条件下的太阳件下的太阳辐照强度,辐照强度,kW/m2直直/交流交流回路效率回路效率入网时还需遵守以下规定:入网时还需遵守以下规定:总容量应控制在上级变电站单台主变额定容量的
11、总容量应控制在上级变电站单台主变额定容量的30%以内;以内;对总装机容量在对总装机容量在3000kW及以上的光伏发电装置,及以上的光伏发电装置,其变电站宜接入其变电站宜接入10kV的母线的母线;对总装机容量在对总装机容量在200-3000kW(含含200kW)的光伏发电装置,其配电站应的光伏发电装置,其配电站应接入接入400V的母线或接入的母线或接入10kV的电网的电网;对总装机容量对总装机容量在在200kW以下的光伏发电装置,宜接入以下的光伏发电装置,宜接入400V低压低压配电网。配电网。光伏发电系统的输出电压应与电网电压相匹配,光伏发电系统的输出电压应与电网电压相匹配,对其输出功率的波动和
12、电压水平进行核算,并以对其输出功率的波动和电压水平进行核算,并以士士5%进行校核。进行校核。当光伏发电系统与电网连接时,应选择合适的连当光伏发电系统与电网连接时,应选择合适的连接方式和逆变系统产生的直流分量不得大于逆变接方式和逆变系统产生的直流分量不得大于逆变器输出电流的器输出电流的1%。总装机容量在总装机容量在3000kW及以上的光伏发电系统,及以上的光伏发电系统,应进行详细的接入系统方案论证。应进行详细的接入系统方案论证。独立光伏系统独立光伏系统 遵循最差月份法,即按照全年平均辐照最差的月遵循最差月份法,即按照全年平均辐照最差的月份设计光伏系统。份设计光伏系统。根据负载的重要性决定蓄电池要
13、保证的天数。根据负载的重要性决定蓄电池要保证的天数。一般负载一般负载35天,典型天数天,典型天数4天天 重要负载重要负载 715天,典型天数天,典型天数10天天确定日负载确定日负载 计量单位:安时数计量单位:安时数日负载日负载(安时安时)=负载负载(瓦瓦)X日工作时数日工作时数/工作电压工作电压 (直流输出直流输出)日负载日负载(安时安时)=负载负载(瓦瓦)x日工作时数日工作时数/工作电压工作电压/逆变逆变器效率器效率 (交流输出交流输出)确定蓄电池容量确定蓄电池容量仅根据蓄电池的特性和工作环境条件选择蓄电池的仅根据蓄电池的特性和工作环境条件选择蓄电池的容量。容量。蓄电池的最大放电深度一般在蓄
14、电池的最大放电深度一般在50%一一80%之间。之间。不超过不超过4个!个!确定光伏方阵确定光伏方阵 在确定光伏方阵大小时,要使用收集的当地气在确定光伏方阵大小时,要使用收集的当地气象站象站近近10年乃至年乃至20年的平均太阳辐射量年的平均太阳辐射量,并使用,并使用软件将水平面上的太阳辐照值软件将水平面上的太阳辐照值换算成光伏方阵倾换算成光伏方阵倾斜面上的太阳辐照值斜面上的太阳辐照值,通过调整方阵的倾斜角,通过调整方阵的倾斜角,可以使全年中各月的日平均太阳辐照值接近,太可以使全年中各月的日平均太阳辐照值接近,太阳辐照值的单位以辐照小时数阳辐照值的单位以辐照小时数/日表示。日表示。以全年中月太阳辐
15、照平均值最低的数乘以选用以全年中月太阳辐照平均值最低的数乘以选用的光伏组件的最大功率点的电流,就得到了光伏的光伏组件的最大功率点的电流,就得到了光伏组件的日输出。组件的日输出。根据日负载计算出需要的太阳能光伏组件数,根据日负载计算出需要的太阳能光伏组件数,光伏组件的大小光伏组件的大小=光伏组件的功率数光伏组件的功率数*光伏组光伏组件数件数 公式中的系数公式中的系数1.1是考虑到太阳能光伏组件给蓄是考虑到太阳能光伏组件给蓄电池充电时的效率;电池充电时的效率;系数系数0.9则是考虑到因太阳能光伏组件衰降和灰尘则是考虑到因太阳能光伏组件衰降和灰尘影响等引起光伏组件损失的修正系数。影响等引起光伏组件损
16、失的修正系数。D、安全性能的设计、安全性能的设计坠落防范坠落防范 防止光伏组件损坏而掉下伤人,如设置挑檐,防止光伏组件损坏而掉下伤人,如设置挑檐,入口设置雨蓬或进行绿化种植,使人不易靠近。入口设置雨蓬或进行绿化种植,使人不易靠近。防雷设计防雷设计 防雷等级分类及防雷措施遵循国家标准防雷等级分类及防雷措施遵循国家标准 建筑建筑物防雷设计规范物防雷设计规范 的相关规定的相关规定 。防直击雷措施防直击雷措施:安装避雷针。安装避雷针。防感应雷措施:防感应雷措施:在接线箱内及配电盘内安装避电器在接线箱内及配电盘内安装避电器AC220V(内设内设切断装置切断装置);在太阳能光伏方阵的主回路内安装浪涌保护器
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- 关 键 词:
- 建筑 系统 设计 分析
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