1、 本文由richardrich031貢獻 pdf文檔可能在WAP端瀏覽體驗不佳。建議您優先選擇TXT，或下載源文件到本機查看。 Th e S pe cia l F oc us 特 別 關 注 光電建筑一體化 太陽能光伏建筑一體化探討 住房和城鄉建設部科技發展促進中心郝斌李現輝 保定電谷錦江國際酒店 太陽能光伏建筑一體化在我 國尚處在起步發展階段，設計時 應充分考慮建筑用電需求特性、 一體化形式、成本效益等多方面 因素，避免盲目上馬，做到科學 合理利用。隨著科學技術的不斷 進步，光伏建筑一體化水平將不 斷提高，太陽能光伏建筑一體化 將成為未來光伏應用中的重要領 域之一。 太陽能光伏建筑發展背景
2、國外部分發達國家從上世紀 9 0 年代初就開始大力發展光伏建筑一體化應 用，各國政府努力通過光伏發電補貼政策和銀行貸款的激勵機制來推動其應用發 展。比如 1997 年，美國總統克林頓在聯合國環境發展會議上提出“百萬太陽能 屋頂計劃” ，199 9 年德國通過推行“10 萬屋頂計劃”等來推動光伏建筑一體化 的城市并網發電系統發展。目前光伏建筑一體化系統發電是世界上大規模利用光 伏技術的最重要市場之一。 我國在可再生能源發展“十一五”規劃中明確指出“在太陽能資源較 好的大中城市開展光伏屋頂、陽光照明等光伏發電應用，在新建別墅等高檔住宅 區和城市標志性建筑上安裝光伏發電系統” 。2009 年 5 月
3、 21 日，財政部與住房 和城鄉建設部聯合出臺的關于加快推進太陽能光伏建筑應用的實施意見正式 啟動了我國的“太陽能屋頂計劃” 。 國外光伏與建筑的結合形式大體上分為兩類：一是 建筑與光伏系統的結合，或稱為光伏附著設計 （BAPV） ；另一種是建筑與光伏組件的結合，或稱為光 伏和建筑的一體化集成設計（BIPV） ，要求光伏器件與 建筑材料集成化。 國內對光伏與建筑的結合形式還沒有統一的劃分。 在 20 09 年財政部、住房和城鄉建設部下發的關于印 發太陽能光伏建筑應用示范項目申報指南的通知中， 為了體現對光伏建筑一體化應用項目的引導和支持，將 其按安裝方式分為建材型、構件型和與屋頂、墻面結合 安
4、裝型三類。但是在實際操作過程中發現，由于工程項 目情況的千差萬別，后兩種分類無法明顯界定。 在實踐工作的基礎上，可將太陽能光伏與建筑的結 太陽能光伏建筑一體化問題探討 、光伏建筑一體化形式 合形式分為兩種：一是光伏構件及系統本身具備建筑功 能，如圖 1 所示；二是光伏組件及系統與建筑外表或建 32 建設科技 專家?研究篇 圖 鋼結構支架 圖 建材型 筑環境的一般結合形式，如圖 2 所示。換句話說，建議將光伏與建 筑結合形式分為建材型和非建材型兩種，二者的劃分在概念上既不 重疊，而且又準確反映了光伏與建筑一體化程度的顯著不同。 、用電需求與建筑面積利用最大化 我國每年新增建筑幕墻為 2000 萬
5、平方米,若 5% 采用光伏幕墻, 則可裝機容量約為 40MWp,可年發電約 0.5 5 億 kWh。據不完全統 計，我國建筑屋頂面積總計約 100 億平方米, 若 % 的屋頂采用光 伏組件覆蓋，則年發電約 150 億 kWh。可見推進太陽能光伏發電系 統在建筑中的規模化應用，其潛力十分巨大。尤其是在城市，土地 資源及空間非常有限，如何最大化的利用建筑屋頂、幕墻等建筑面 積成了大多數人進行光伏建筑發電系統設計的首選。 進行光伏建筑并網發電系統設計，應考慮建筑用電的負荷及其 變化規律。首先與建筑結合的光伏系統，可以分為獨立電源供電和 并網供電兩種方式，后者又分為逆流并網和非逆流并網系統。非逆 流并
6、網就是通常說的低壓端并網系統，由于不需要蓄電池，造價低， 易實施，近年來已經廣泛應用于光伏建筑的發電系統中。其次，每 棟建筑的負荷需求和特性都是不一樣的，設計時不能盲目的模仿和照 搬。很多光伏項目中，出現只關注項目裝機容量，沒有兼顧考慮建筑 用電負荷的現象，成本大幅度提高，從收益率上來講是不可行的。 此外，進行光電建筑一體化設計，還有必要了解用電負荷的特 性，即每天 24 小時內的不同時間的用電規律。因此明確建筑用電負 荷及其特性的前提下，確定合理的建筑利用面積，有助于系統最優化 設計，提高光伏建筑一體化利用水平。 、一體化形式與發電效率最大化 光伏系統的發電效率受到光伏組件的朝向和傾角的影響
7、，如表 1 所示。顯然，當朝向或傾角不同時，全年的能量輸出差值很大。如 果 1KW p 的光伏系統安裝在建筑南立面，則全年的能量輸出與傾角 22.5相比，減少了 46.9%。雙軸跟蹤式太陽能發電系統就是通過調 整光伏組件的傾角和朝向，使光伏發電組件始終跟蹤太陽，處于最佳 發電狀態，保證光伏系統的轉換效率最大化，如圖 3 所示。 目前國內在新建建筑中采用建材式的光伏建筑一體化應用形式較 多。在建筑的設計階段就考慮將太陽能光伏元素融合到建筑中去，既 圖3 雙軸跟蹤系統 圖 非建材型 圖 4 光伏屋頂 圖 5 光伏幕墻 建設科技 33 Th e S pe cia l F oc us 特 別 關 注
8、光電建筑一體化 保持了建筑的美觀，又能夠最大限度的發揮太陽能 系統的發電效能。例如將建筑屋頂作為光伏陣列的 安裝位置具有獨特的優勢，日照條件好，不易受遮 擋，可以充分接受太陽輻射，如圖 4 所示。光伏玻 璃幕墻將光伏技術融入了玻璃幕墻，突破傳統玻璃 幕墻單一的圍護功能，把以前被當作有害因素屏蔽 在建筑物表面的太陽光，轉化為被人們利用的電 能，如圖 5 所示。 就某種角度而言，光伏建筑一體化與發電效率 最大化很難同時做到，太陽能光伏在建筑中應用時 不應單一追求發電效率。光伏系統的發電效率固然 重要， 但是隨著光伏建筑一體化水平的不斷提高， 除 實現系統設計發電量和與建筑美觀協調等目標之外， 一些
9、新的附加功能也日益體現出來，如表2 所示。可 見，光伏應用技術作為一種新型的技術，在建筑學 上已經成為一種新的可行的選擇。光伏建筑一體化 應用技術可以利用太陽能這種巨大的可再生能源來 產生電力，又可以作為多功能建筑材料構成實際的 建筑物構件，為建筑提供遮陽、通風等附加功能。 、工程應用技術創新 隨著太陽能光伏發電系統在建筑中的大量應 用，光伏系統及組件也隨著一體化水平的提高，不 斷進行技術改進和創新。例如低倍聚焦光伏技術在 工程中的應用，如圖 6 所示；光伏薄膜夾膠玻璃從最初透光度 10% 到現在的 50%， 如圖 7 所示；光伏百葉窗等一體化光伏組件的生產和應用，如圖 8 所示。為減少灰 塵對光伏電池轉換效率的影響，有些工程已經開始對光伏組件表面自動清洗技術進 行了嘗試。如圖 9 所示。 在光伏建筑一體化中，光伏組件作為建筑的有機組成部分，在建筑的壽命周期 內，其使用壽命、轉換效率的衰減等以及系統的運行維護中出現的問題，還有待我 們更多去關注，加快推進光伏建筑一體化應用技術。 結論 開發利用太陽能對于提高我國可再生能源應用比重，調整能源結構的重大意 義。就目前而言，光伏發電一次性投入較大，但其運行費用較低，并且越來越多的 國家正相繼制定優惠政策，促進太陽能的應用和發展。 c 34 建設科技1
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