1、太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)應用于綠色建筑的探討摘要： 本文介紹了太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)在公共建筑中的應用，對光伏發(fā)電系統(tǒng)進行了探討和分析，介紹了光伏發(fā)電系統(tǒng)與公共建筑結(jié)合的形式、關鍵技術、系統(tǒng)組成和BIPV的應用實例。 關鍵詞： 太陽能；BIPV；光伏發(fā)電中圖分類號：TM615 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2015）06-0040-020 引言21世紀，世界十大問題之首，就是世界能源的日趨減少。在發(fā)展低碳經(jīng)濟的大背景下，太陽能發(fā)電憑借著綠色環(huán)保、日趨成熟的技術水平、安全、長壽命和取之不盡等優(yōu)勢，得到各國政府的高度認可。截止2011年底，我國太陽能光伏發(fā)電累計裝機量達300萬kW，但與發(fā)達
2、國家相比，太陽能光伏發(fā)電仍是我國新能源發(fā)電產(chǎn)業(yè)的“短板”1。自1839年法國科學家E.Becquerel發(fā)現(xiàn)光生伏打效應以來，太陽電池已經(jīng)有170多年的發(fā)展歷史2，1954年美國貝爾實驗室成功制備了具有實用價值的單晶硅太陽能電池，該硅太陽電池的轉(zhuǎn)換效率從開始的4.5%，到幾個月后的6%3，光伏技術的研究與應用進入了新的發(fā)展階段。21世紀以來，太陽能電池開始規(guī)模化生產(chǎn)，太陽能光伏發(fā)電技術成為朝陽產(chǎn)業(yè)，特別是西方等發(fā)達國家，太陽能光伏發(fā)電技術的應用滲透到各個行業(yè)領域中。1 綠色建筑中太陽能光伏發(fā)電技術1.1 太陽能光伏發(fā)電原理 太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)，主要是利用太陽能電池的光生伏打效應，將太陽光輻射能
3、量能直接轉(zhuǎn)換為電能，提供給外界負載使用或者進行存儲的一種新型發(fā)電系統(tǒng)。其關鍵元件是太陽能電池，太陽能電池經(jīng)過串聯(lián)后進行封裝保護后構(gòu)成大面積的太陽能電池組件，配合上功率控制器等單元電路，形成光伏發(fā)電裝置。1.2 太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)分類 按供電特點，太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)也可分為兩大類，其一是不用公用電網(wǎng)發(fā)生電連接的獨立光伏發(fā)電系統(tǒng)（Stand-alone PV System），這種形式是當下的主流，主要用于小容量用戶、偏遠的無電地區(qū)和特殊領域的供電；其二是與公用電網(wǎng)發(fā)生緊密電連接的并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)（Grid-connected PV System），目前大型集中式太陽能光伏電站、分散式太陽能屋頂光伏
4、發(fā)電系統(tǒng)都采用的是并網(wǎng)形式4。獨立太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的工作原理為白天、光照強度較強時，電池陣列將接收到的太陽能轉(zhuǎn)換為電能，其輸出的直流功率直接供給直流負載，同時將多余電能轉(zhuǎn)換為化學能的形式存儲在蓄電池中，當遇到夜間、陰天、或雨霧等日照不足的情況時，蓄電池通過放點對負載進行供電。由于負荷電壓經(jīng)常產(chǎn)生波動，在系統(tǒng)中還應設置控制器以調(diào)節(jié)電壓。并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)的特點是當太陽能電池陣列發(fā)出的電功率超過負荷需求時，可通過自動控制輸向交流市電網(wǎng)，即為“逆潮流”，俗稱“賣電”。反之，當光照不足或太陽能發(fā)電量不夠時，可通過市電網(wǎng)進行供電，即為“正潮流”，俗稱“買電”。2 光伏發(fā)電系統(tǒng)應用于公共建筑的技術探討隨著
5、能源危機、環(huán)保等問題的日漸顯著，綠色建筑等被提了出來，將光伏發(fā)電技術集成到建筑物上，即將光伏發(fā)電這樣的新能源利用技術與建筑材料、建筑造型等有機的結(jié)合起來的新型節(jié)能建筑形式5。根據(jù)光伏電池方陣與建筑物結(jié)合的方式不同，太陽能綠色建筑可分為兩大類：一是將太陽能電池方陣依附于建筑物上，即太陽能電池方陣以建筑物為載體，建筑物起支撐作用。二是光伏組件以一種建筑材料的形式出現(xiàn)，即把太陽能電池方陣與建筑物集成，成為建筑不可分割的一部分。光伏建筑一體化BIPV即Building Integrated PV，PV即Photovoltaic。BIPV技術是將太陽能發(fā)電（光伏）產(chǎn)品集成到建筑上的技術。光伏建筑一體化（
6、BIPV）不同于光伏系統(tǒng)附著在建筑上（BAPV：Building Attached PV）的形式。現(xiàn)代化社會中，人們對舒適的建筑環(huán)境的追求越來越高，導致建筑采暖和空調(diào)的能耗日益增長。在發(fā)達國家，建筑用能已占全國總能耗的30%-40%，對經(jīng)濟發(fā)展形成了一定的制約作用。2.1 入網(wǎng)模式 光伏技術與建筑相結(jié)合應用時，大多采用并網(wǎng)發(fā)電的方式，因為國家對并網(wǎng)技術出臺了相關政策進行支持。同時，并網(wǎng)技術可以將多余電力輸送給電力公司，中心電網(wǎng)控制、管理著光伏發(fā)電系統(tǒng)進入或者退出電網(wǎng)。2.2 BIPV系統(tǒng)組成 BIPV系統(tǒng)與傳統(tǒng)光伏電站系統(tǒng)大致相同，但因為其要與建筑構(gòu)造相融合，因為在對光伏組件的選型和安裝上要花
7、一番功夫。光伏逆變裝置同樣也是整個BIPV系統(tǒng)的控制核心，其性能優(yōu)劣決定了光伏組件的裝換效率。儲能設備，主要應用于獨立BIPV系統(tǒng)中，一般也采用蓄電池進行電能存儲，其充放電的控制也可通過逆變裝置的控制單元實現(xiàn)。通過遠程監(jiān)控、數(shù)據(jù)傳輸、持續(xù)獲得的逆變器及風速、雨、光照、溫度等系統(tǒng)數(shù)據(jù)，系統(tǒng)監(jiān)控裝置可及時了解BIPV系統(tǒng)的整體發(fā)電狀態(tài)。3 典型應用案例位于武漢東湖新技術開發(fā)區(qū)汽車電子工業(yè)園內(nèi)的日新工業(yè)園，建設工程占地面積42913.4平方米，總建筑面積30900平方米，預算總投資2.5億元。園區(qū)建設按照統(tǒng)一規(guī)劃，包含2棟太陽能光伏組件生產(chǎn)廠房，1棟綠色照明研發(fā)生產(chǎn)廠房（框架鋼構(gòu)二層），1棟光伏工程
8、研究中心（框架五層）和1棟綜合樓（框架六層）。在主廠房及薄膜組件生產(chǎn)車間、湖北光伏工程技術研究中心樓、綠色照明產(chǎn)業(yè)基地樓及綜合樓安裝1.2MWp的光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)，整個光伏安裝面積為9823平方米。整個土建和光伏施工的建設周期從2008年8月至2010年3月。全部設計為太陽能與建筑一體化，使太陽能光伏組件與建筑有機地結(jié)合在一起，真正實現(xiàn)資源節(jié)約型、環(huán)境友好型的高科技示范園區(qū)。建設目標是采用BIPV技術，實施此裝機容量為1.2MW的并網(wǎng)項目，年發(fā)電量為160-180萬kW?h，將節(jié)約大量電力，減少含碳燃料消耗，從而減少粉塵、SO2和CO2排放。整個工業(yè)園建成投產(chǎn)后，將形成30MWp電池組件的生產(chǎn)
9、能力，年發(fā)電量約為4500萬度，節(jié)約標準煤18000噸，將減少234噸粉塵，44865噸CO2和1350噸SO2的排放，進而減少對環(huán)境的污染。工業(yè)園投產(chǎn)后，公司年產(chǎn)值將達到10億元人民幣，上繳大量稅金，可以增加地方財政收入，帶動相關產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，對地方經(jīng)濟發(fā)展具有重要意義。4 結(jié)語節(jié)能環(huán)保是21世界人類最為重視的問題，各國政府都極為重視開發(fā)、利用新能源，借助于國外相關光伏建筑一體化的應用實例，從我國國情出發(fā)，使太陽能光伏發(fā)電技術在公共建筑中大范圍應用起來，推動我國太陽能發(fā)電事業(yè)的飛速發(fā)展。參考文獻：1中投顧問.2012-2016年中國太陽能光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)投資分析及前景預測報告R.全球分析網(wǎng)，2012，3.2R.M.Mach，G.O.Mueller.White light emitting diodes for illumination.SPIE，2000（39）：30.3徐青山.分布式發(fā)電與微電網(wǎng)技術M.北京：化學工業(yè)出版社，2009，12：25-26.4劉榮.自然能供電技術M.北京：電子工業(yè)出版社，2000.5王思鄉(xiāng)，丁玲.民用建筑中光伏發(fā)電系統(tǒng)設計J.建筑科技，2011，17：72-73.
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