光伏技术与建筑材料结合.docx

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1、光伏技术与建筑材料结合0引言能源建筑就是利用太阳能集热器和光电设备来收集和存 储太阳能，从中所获取的电能不仅可以满足建筑物自身的需要，而多 余出来的电力还可以输送到公共电网或者其他的建筑。将耗能建筑逐 步转化为能源建筑已成为人类面临的一大课题。而太阳能的利用，特 别是硅片技术的发展进而推动光电设备的进步给这一课题带来了希 望。1太阳能在建筑中的利用 在德国，先进的太阳能集热器m2/a提 供的能量等于燃烧40L燃煤或者400nl3天然气，这不仅节约了资源, 还大大减轻了二氧化碳对环境的污染。止匕外,一台太阳能集热器设备 在大约la内产生的能量足以用于生产一台新的太阳能集热器，所 以，la后它就真

2、正成为一个能量的来源。我国具有丰富的太阳能资源, 每年照射时在2200h以上地区约占国土面积的2/3以上,年辐照量超 过600MJ/m2,每年地表吸收的太阳能相当于17万亿t标准煤的能力, 约等于上万个三峡工程发电量的总和。如此丰富的太阳能资源使我国 较早就开始利用太阳能。近几年,太阳能科技突飞猛进,太阳能产品不 断升级。特别是硅片技术的发展,使得太阳能在建筑领域有了长足的 发展。我国太阳能建筑领域中技术最成熟、应用范围最广、产业化发 展最快的是家用太阳能热水器（系统），其次是被动式采暖太阳房。同 时,太阳能光伏技术和照明技术通过若干建筑示范工程实践，也积累 了相当的应用数据和经验。如昆明冶研

3、新材料股份公司的3000t多晶 硅产业化项目就部分采用了太阳能光伏技术发电。2.1能源与建筑 的一体化(BIFV)设计2. 1.1设计原则光伏建筑一体化是光伏系统依 赖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。2.1. 2建筑设计BIPV的设计应从建 筑设计入手:对建筑物所处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;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

4、件,如被其他建 筑物遮档,也不必考虑选用BIPV;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。考 虑光伏组件的吸热对建筑热环境的改变。光电的能量转换需要足够的 阳光接受面,而建筑物本身就是一个理想的受光载体，国外把外墙的 玻璃装饰与光电元件有机地结合起来,取得了许多经验。例如,德国柏 林能源论坛大厦仅利用斜度为8度的屋顶和建筑物的局部西南向外 墙(斜度为80度)上就安装了总功率约55kWp的光伏设备。彼得斯山 天主教乡村大学校舍也是利用外廊通道和南侧玻璃房安装光电设备, 所有部件安装在结

5、构上，使锥形的玻璃与之结合紧密,形成一体。这套 设备还具有双重功效,一方面发电，另一方面又能在柱廊通道里达到 必要的遮阳效果。柱廊通道中的电气连接装置做的非常小，从而能将 包括避雷针和光电设备配线在内的缆线铺设在拱形的T字梁中，并把 暴露在外的设备颜色与整体建筑设计协调一致。如果把光电设备置于 屋顶,还可以起到隔热保温的效果。光电设备与建筑设计有机结合将 是未来建筑设计的一大亮点，有可能是未来建筑装饰材料发展的方向。2.1. 3发电系统设计BIPV的发电系统设计与光伏电站的系统设计不 同，光伏电站一般是根据负载或功率要求来设计光伏方阵大小并配套 系统,BIPV则是根据光伏方阵大小与建筑采光要求

6、来确定发电的功率 并配套系统。BIPV光伏系统设计包含3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,如颜色与板块大小;另一方面 要考虑其受光条件,如朝向与倾角。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。2.1. 4结构安全性与构造设计光伏组件与建筑的结合,结构

7、安 全性涉及两方面: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。固定组件的连接方式的安全性。组件的 安装固定不是安装空调式的简单固定，而是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不利情况。1）设计中应 注意两点:方阵场地的选择避免阴影影响，各方阵间应有足够的间 距，以保证全年每天当地时间上午9时至下午3时之间光伏电池组件 无阴影遮挡;将方阵场地表面层切实夯实，并于场地周围设计排水 沟。2）方阵倾角设计计算。根据当地地理、交通、居民文化水平等情 况确定采用固定式支架。为了全年均可较好地接

8、受太阳辐射能量,方 阵倾角确定为当地纬度+5度，即32度十5度二37度3）光伏方阵方位 角选择为使方阵全年接受日光照射的时间最长，选择的方位角为正南。 4） 光伏方阵间距设计计算。D=0. 707H/tanarcsin（0. 648cosφ-0. 399sinφ）H=1480mm（& phi;选取 37 度）于是有 D=0. 707xl480/tanarcsin（0. 648cos37 度 -0. 399sin37度）=3624m叫取3700mni5）光伏方阵支架设计地面安装 的光伏方阵支架采用钢结构。钢结构支架符合GB/T50250的要求，以 保证光伏组件与支架连接牢固可靠,

9、底座与基础连接牢固。组件与地 面距离设计为600mmo支架采用直接接地，支架与预埋螺栓连接的接 地体接地电阻不大于10n,接地进行防腐及降阻处理。支架钢结构件 采用热镀锌防锈处理，以满足长期室外使用要求。光伏组件和方阵使 用的紧固件采用不锈钢螺栓。2. 1.5光伏组件设计1）蓄电池配置注 意事项。每只蓄电池应有生产合格证,合格证上应标明蓄电池型号和 生产日期。制造商应提供型号产品国家认可质检机构出具的质检报告。 蓄电池的生产时间靠近发货日期，存放时间应不超过6个月。同一路 充放电控制的蓄电池应采用同一生产厂家、同一规格和容量的产品， 生产日期的间隔时间应不超过1个月。蓄电池的外观无变形、漏液、

10、 裂纹及污迹，标志清晰。蓄电池的并联组数量最多不超过6组。2）蓄 电池连接电缆。蓄电池连接电缆端头上设冷压铜接头。所选用的电缆 铜接头和接线端子的设计及尺寸应使其流过最大电流时的温度不超 过电缆绝缘的允许温度。#p#分页标题#6# 3光伏发电系统设计功率 调节器主要由控制器、逆变器、交流配电柜、电子限荷器、输出防雷 隔离器等设备组成。3.1 一般要求1）功率调节器设备选型应满足光 伏系统设计功能的需要,各功能设备间应考虑功能和功率（容量）的协 调及匹配。2）功率调节器设备应符合产品标准并通过检验的合格产品。 出厂时应带有铭牌标志、接地标志、功能标志等,标识应清晰、正确。 铭牌至少要标明制造商品

11、名称、出厂编号、生产日期以及该设备的主 要特征参数。3）设备柜架应有足够的刚性并设有安装孔或吊装位置， 运行操作的器件应适宜人员操作,应有可靠接地。4）设备绝缘性能应 符合相关要求。耐振动性能应满足频率在55Hz间变化、振幅 0. 35mni的三轴向各振动30min后正常工作。4控制器选型 技术要求 正常运行情况下，控制器及相关器件应提供至少10a的服务期。当没 有LED发光时,控制器最大自身耗电量不得超过其额定充电电流的1%。 充电或放电回路电压降不得超过系统额定电压的5%o控制器的调节 点须根据具体蓄电他的特性在出厂前预调好过充点或过放点。控制器 应具有防止蓄电池过充电和过放电的保护、防止

12、任何负载过流或短路 的电路保护、防止任何负载极性反接的电路保护、防止控制器内部短 路的电路保护、在多雷区防止雷击引起击穿的保护、防止夜间蓄电池 通过太阳能电池组件反向放电的保护等功能。5逆变器选型其功能 是将直流电变换成交流电，具有断路、过流、过压、过热、防蓄电池 过放电等保护功能。6交流配电柜选型可接入逆变器,对用户供分配进行操作控制，装有用电计量电能表。选用上海某公司生产的型号为KPA-220200的交流配电柜一台。7输出防雷隔离器选型 输出防雷 隔离器可安装在光伏电站控制机房的入口端和出口端，当遭到雷击或 发生过流时，隔离器内防雷器件劣化,过流保护器自动跳出，自动脱扣 脱离电路，以保证光

13、伏电站设备的安全。8机房、围栏、防雷及低压 配电线路设计与建设8.1光伏系统机房设计与建设1）电站机房的面 积包括蓄电池室、控制室和值班室。机房建设的原则为，结合当地的 地理、气象条件,充分考虑蓄电池、控制器的最佳工作温度,符合当地 的特殊地理、气象情况。2）为满足对于机房的温度要求，以确保冬天 室内温度在0以上;地面采用防火阻燃木地板,机房设计要充分考虑 空气对流，采用良好的通风结构，以确保夏天室内温度不超过280 3）为优化机房周围环境,要在机房周围设置排水沟和散水坡。8. 2光 伏系统围栏设计与建设1）采用防盗式热浸塑墨绿色钢焊接成网。2） 焊接网热浸塑PE粉,单边厚度为0. O. 45

14、nini03）设置防盗4N网围栏。 4）焊接网用的钢丝为冷拔状态,抗拉强度为640800N/mm2,实际直径 为cp4. 5mtna。9光伏电站防雷设备设计与建设1）电站系统线路不 论是受到直接雷击还是间接雷击，都将产生过电压，若不能使雷击电 流讯速流入大地,雷击就会浸入房屋,损坏建筑物或设备,严重的话会 引起火灾,造成人身伤亡事故。因此,光伏电站必须采取有效措施防止 雷击。2）电站的避雷系统设计,采用安装输人避雷器和输出避雷器, 以确保电站设备安全,并将所有设备的金属外壳接地，以确保电站管 理人员人身安全。10结语如果建筑物的外围装饰与光电组片结合 起来,建筑与能源之间的关系将更加紧密。将太阳能发电与建筑材料 相结合，使得未来的大型建筑实现电力自给甚至将电能输此是未来 建筑的发展趋势。