太陽能光伏幕墻工程技術探討.doc

太陽能光伏幕墻工程技術探討.txt有誰會對著自己的褲襠傻笑。不敢跟他說話卻一遍一遍打開他的資料又關上。用了心旳感情，真旳能讓人懂得很多事。如果有一天,我的簽名不再頻繁更新,那便證明我過的很好。 本文由jiajiazhu2010貢獻 pdf文檔可能在WAP端瀏覽體驗不佳。建議您優(yōu)先選擇TXT，或下載源文件到本機查看。 Renew able E ne rg y Res ourc es 可再生能源 太陽能光伏幕墻工程技術探討 廣東省建筑科學研究院楊仕超周荃 圖 1 我國太陽能資源分布圖 年月日， 我國實施 可再生能源法 此后相繼出臺 ， 可 再生能源發(fā)電有關管理規(guī)定 可再生能源發(fā)電價格和費用分攤管理 、 試行方法可再生能源產(chǎn)業(yè)指導目錄等。 年，財政部、 、 住 房和城鄉(xiāng)建設部 關于加快推進太陽能光電建筑應用的實施意見 （財建號） 太陽能光電建筑應用財政補助資金管理暫行 、 辦法 （財建號） 關于印發(fā)太陽能光電建筑應用示范項 、 目申報指南的通知 （財辦建號） 對太陽能光電建筑應用 ， 進行補貼支持。 太陽能光電建筑應用財政補助資金管理暫行 其中 辦法規(guī)定， 支持項目應滿足以下條件： 、單項工程裝機容量應不小于 。、發(fā)電效率：單晶 硅應超過 ，多晶硅應超過 ，非晶硅應超過 。、優(yōu)先 支持光伏組件與建筑物實現(xiàn)構(gòu)件化、 一體化。 、 優(yōu)先支持并網(wǎng)式 太陽能光電建筑應用項目。 優(yōu)先支持學校、 、 醫(yī)院、 政府機關等公 共建筑應用光電項目。 太陽能光電建筑應用系統(tǒng)成本主要包括兩個部分 一是太陽能 ： 電池組件成本 二是安裝應用成本， ； 包括設計施工、 平衡系統(tǒng)、 電網(wǎng) 接入等。 年的補助標準確定為 元瓦， 占目前系統(tǒng)成本的近 。 太陽能光伏發(fā)電與建筑一體化有以下主要優(yōu)點 、 ： 有效利用建 筑外圍表面（屋頂和墻面）， 省去支撐結(jié)構(gòu)， 節(jié)省土地資源。 可原 、 地發(fā)電、 原地使用， 節(jié)約送電網(wǎng)投資和減少損耗。、 系統(tǒng)舒 緩夏季高峰電力需求， 解決電網(wǎng)峰谷供需矛盾。 建立多元化的有 、 彈性的能源系統(tǒng)。 國家政策補貼和電價優(yōu)惠可以給用戶帶來實 、 惠。 避免墻面溫度和屋頂溫度過高， 、 改善室內(nèi)環(huán)境， 降低空調(diào)負 荷。 光伏建筑一體化還會提高建筑工程的工業(yè)化程度， 、 使建筑工 程變成一種高度機械化、 自動化的高效率制作產(chǎn)業(yè)。 但要做好太陽 能光伏發(fā)電與建筑一體化， 卻要解決一系列問題， 包括技術層面和 政策層面。 度的影響效應降低；而在炎熱氣候條件下應采取一定的措施， 使得 太陽能電池板的溫度不致于過高。 （2） 抗風、 雪荷載、 防雨等：光伏幕墻作為建筑構(gòu)件， 還應該根 據(jù)項目當?shù)氐臍夂驐l件， 綜合考慮抗風、 防雨、 雪荷載等問題。 （3）遮陽、采光的需求：通過光伏組件與玻璃幕墻的結(jié)合，通 常會形成幕墻上的非透明或半透明部分， 因此光伏幕墻具有一定遮 陽的功能， 同時也降低了玻璃幕墻的透光性能。 不同氣候區(qū)的建筑 對遮陽和采光的需求不同， 因此光伏幕墻的設計也應有所不同。 3、 當?shù)鼐暥群透鱾€朝向的太陽能照度情況 太陽能光伏幕墻的受光面與太陽的相對位置是決定光伏幕墻接 受到的太陽能大小的重要因素。 太陽位置常用兩個角度來表示， 即 太陽高度角和太陽方位角。 在當?shù)貤l件下， 幕墻上接受太陽能的大小則是由幕墻的安裝朝 向的方位角和傾角決定的。 4、 周圍建筑物遮擋 光伏幕墻安裝在建筑上， 可能會出現(xiàn)被周圍建筑遮擋的情況。 如 果部分太陽能電池被遮擋， 被遮擋的電池把功率以熱的方式耗盡， 降 太陽能資源調(diào)查及光伏幕墻適宜性 1、 當?shù)厝晏柲苜Y源 我國太陽能資源的地區(qū)分類概況， 如圖所示。 2、當?shù)貧夂驙顩r 本地的氣候狀況也是影響太陽能光伏幕墻應用的重要因素。 （1） 溫度：環(huán)境溫度對太陽能光伏電池的效率有影響， 一般來 說， 溫度越高效率越低。 因此， 在嚴寒、 寒冷地區(qū)的氣候可以使得溫 低整體發(fā)電效率。 時間過長易導致故障產(chǎn)生， 造成整個光伏電池組 件損壞。 因此， 光伏幕墻應安裝在日照最多， 陰影最少的地方 并且 ； 盡量保證組件上部和下部的空氣流通， 以保持盡可能低的溫度。 在 建筑密度較高的城市， 建筑應用光伏幕墻應結(jié)合建筑所在地塊建筑 現(xiàn)狀和規(guī)劃， 采用計算或?qū)嶒灥姆椒▽φ趽鯁栴}進行預測， 盡量避 免周邊建筑對光伏幕墻的遮擋。 若存在太陽光大面積被遮擋的情況， 則不適宜安裝光伏幕墻。 50 建設科技 Renewable Energy Resources 太陽能電池組件的選用 1、 各種電池的能源轉(zhuǎn)換效率 實驗室轉(zhuǎn)換效率。 目前各類太陽電池的實驗室轉(zhuǎn)換效率記 （1） 錄見表 。 表1 目前各類太陽電池的實驗室轉(zhuǎn)換效率記錄 合片、 引出線等工藝設計中要重點關注成品率。 組件的安裝與使用問題。 光伏幕墻組件在設計中應把安裝 （2） 方式作為重點之一。 這其中包括組件固定方式， 光伏幕墻的水密性， 安裝、 使用中的損壞問題， 光伏組件背后的散熱問題等。 在設計中還應充分考慮光伏幕墻的建筑使用要求和在壽命期的 一系列問題， 包括 與建筑外觀的協(xié)調(diào) 透光性能 應考慮玻璃在夏 ： ； ； 季的升溫問題及熱炸裂問題；冬季玻璃構(gòu)造的保溫能力； 光伏電池 的效率衰減；光伏電池組件的使用壽命；組件的清洗、 維護等。 4、 比較適用于太陽能光伏幕墻的電池 非晶硅太陽能電池無毒、 無污染， 技 （1） 非晶硅太陽能電池。 術成熟， 多用于玻璃幕墻， 特別適合在新建建筑使用。 技術特點如下 ： 對散射光、 折射光、 直射光等各種光源都有良好的吸收效應， 穩(wěn)定電流輸出， 長時間光電轉(zhuǎn)換。 沒有半導體效應， 不隨光照時間 長產(chǎn)生溫度升高， 發(fā)電效應不降低， 更適合用于熱帶地區(qū)。 比晶體 硅電池組件容易維護和清潔， 不會因為部分陰影而導致整塊電池組 件發(fā)電效果大幅度下降。 薄膜太陽能電池造價是晶體硅電池的一 半， 而且不受原材料瓶頸的限制， 適合于廣泛實用。 非晶硅太陽能 實際轉(zhuǎn)換效率。 實際市場上銷售的太陽能電池轉(zhuǎn)換效率達 （2） 不到實驗的數(shù)據(jù)， 實際效率如表。 表2 目前各類太陽電池的實驗室轉(zhuǎn)換效率的記錄 電池光電轉(zhuǎn)換效率已達到 。制備工藝相對簡單，原材料消耗 少， 比較便宜等優(yōu)點。 非最佳角度陽光下的工作情況好于單晶硅 太陽能電池， 可自由裁剪， 可充分利用合成的產(chǎn)品。 銅銦鎵硒太陽能電池 （CIGS） 銅銦鎵硒太陽能電池 。 （） （2） 為柔性薄膜，用于曲面造型幕墻，突破平板限制。電池高效、 低成 本、 性能穩(wěn)定， 可大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。 技術特點如下：轉(zhuǎn)化率高： 可以和傳統(tǒng)的單晶硅媲美， 小面積可達， 大面積可達。 性能穩(wěn)定， 無污染。 制造成本低。 使用壽命長。 柔性薄膜， 溫度對效率的影響。 當溫度升高時， 光伏電池的發(fā)電效率 （3） 將下降。 不同的光伏電池， 溫度系數(shù)有些差別。 非晶硅電池的溫度 系數(shù)要比晶體硅電池小， 即非晶硅電池受溫度的影響比晶體硅電池 小。 在常見的光伏電池中， 效率受溫度影響情況如下 單晶硅最大 ： ； 多晶硅中等；非晶硅較小。 2、 基于建筑一體化設計， 電池組件的選用原則 在建筑光伏一體化設計中， 對于建筑不同部位選用不同光伏電 池的原則如下 ： （） 多晶薄膜、 非晶硅薄膜電池在建筑一體化設計中比較有優(yōu) 勢， 宜采用與建筑屋面、 墻面、 玻璃幕墻相結(jié)合的多晶薄膜、 非晶硅 薄膜電池。 （）應按照地區(qū)，將太陽能電池板與屋面，東、南、西 向墻面相結(jié)合。 ） （ 根據(jù)建筑要求確定合適的玻璃性能 （如采光） 及 結(jié)構(gòu) （如夾層、 中空、 異型） 。 （） 根據(jù)抗風等要求確定玻璃的強度 要求（鋼化、厚度） 。 3、 光伏組件需要解決的問題 組件的生產(chǎn)問題。 在光伏組件的生產(chǎn)中， 應根據(jù)電池的特 （1） 性選用面板玻璃， 考慮透光性能、 厚度、 強度、 平整度等。 在夾膠生 產(chǎn)工藝方面， 應選用專用的膠片， 并在組件邊緣采用專用密封膠密 封。 在彎曲成型方面， 應注意電池的彎曲能力。 在電池焊接、 聯(lián)接、 用于曲面造型幕墻， 突破平板限制。 一體化構(gòu)造的確定 1、 太陽能光伏幕墻的基本構(gòu)造 太陽能光伏幕墻系統(tǒng)除了具備太陽能電池陣列、 功率調(diào)節(jié)器等 設備外，作為建筑的一部分，還應具備以下功能的構(gòu)造： （）作為 建筑的外圍護結(jié)構(gòu)， 應采取一定的措施， 達到基本的隔熱保溫的要 求。 具體來說， 光伏幕墻的傳熱系數(shù)、 遮陽系數(shù)及內(nèi)表面溫度等參 數(shù)應達到相關要求。 （）電氣絕緣性能。 （）防水防潮。 （）做為 建筑構(gòu)件， 將受到風荷載、 雪荷載等外力的作用， 應具備一定的強 度， 保證建筑的外圍護結(jié)構(gòu)不受到破壞， 同時應具備一定的剛度， 以 保證不至于變形。 （） 作為玻璃幕墻或采光頂時， 還應滿足建筑采 光的需求， 應具有一定的透明度。 2、BIVP 的設計原則 （）與建筑能完美結(jié)合， 是建筑藝術與創(chuàng)意設計。 光伏組件給 建筑設計帶來了新的挑戰(zhàn)與機遇， 畫龍點睛的設計會使建筑更 富生機， 環(huán)保綠色的設計理念更能體現(xiàn)建筑與自然的結(jié)合。 （）結(jié)構(gòu) 安全性。 光伏組件與建筑的結(jié)合， 結(jié)構(gòu)安全性涉及兩方面：一是組 件本身的結(jié)構(gòu)安全， 如高層建筑屋頂?shù)娘L荷載較地面大很多， 光伏 建設科技 51 Renew able E ne rg y Res ourc es 可再生能源 組件受風變形時是否會影響到電池片的正常工作等。 二是固定組件 的連接方式的安全性。 組件的安裝固定需對連接件固定點進行相應 的結(jié)構(gòu)計算， 并充分考慮在使用期內(nèi)的多種不利情況。 建筑的使用 壽命一般在 年以上，光伏組件的使用壽命也在 年以上， 的結(jié)構(gòu)安全性問題不可小視。 （）發(fā)電性能（主要功能）， 并電網(wǎng)匹配。 （）通風、 保溫、 隔熱、 散熱、 采光、 遮陽。 （）根據(jù)建筑功能需要， 考慮發(fā)電用途。 通常發(fā)電的用途包括：照明、 抽水、 空調(diào)、 上網(wǎng)等。 3、BIPV 的各種形式 目前， 通常采用以下形式， 在每種形式下， 建筑要求如表。 蔽陽光的問題。 （）規(guī)定清洗時間間隔， 定期清洗， 以解決空氣質(zhì) 量不好等環(huán)境問題。 （）行業(yè)開展共同研究， 編制相關的行業(yè)技術 規(guī)程， 不斷提高光伏建筑一體化的設計與施工技術。 （）采用薄膜 電池， 通過規(guī)模化生產(chǎn)降低成本， 優(yōu)化電網(wǎng)系統(tǒng)。 （）在夏熱地區(qū) 使用，應有夏季的背部通風措施 （以下） 并進行溫度計算， ， 減少溫升問題。 （）垂直設置時， 應進行經(jīng)濟分析， 確定采用的電 池、 系統(tǒng)等， 縮短投資回收期。 （）進行光照陰影計算， 確定最佳 安裝位置。 同時， 采用弱光性能好的薄膜電池， 減少陰影的影響。 （）制定配套的設計標準及技術指南， 優(yōu)化電氣設計。 表 BIVP 的各種形式 發(fā)電成本、投資回收的估算 1、 成本。 太陽能光伏幕墻的成本主要包括： （） 光伏一體化 組件的增加成本 （） ； 并網(wǎng)逆變系統(tǒng)成本 （） ； 安裝施工成本 （） ； 維護成本； （）政府財政補貼。 2、 收益。 太陽能光伏幕墻的收益計算應注意以下幾個問題的 計算： （）太陽能資源的計算； （）整體轉(zhuǎn)換效率； （）自用電 價； （）上網(wǎng)優(yōu)惠電價。 較適合的建筑部位有屋頂、 風雨棚、 立面幕墻、 大型遮陽 百葉等位置。 各種情況分析如下： （） 光電幕墻：只要地區(qū)合適、 朝 向合適，便可以采用太陽能光電幕墻。 （）光伏屋頂：屋頂為不透 明， 太陽能電池板能很好與其結(jié)合。 直立鎖邊屋面板系統(tǒng)， 配 置合理有很好效果。 形式玻璃采光頂。 （） 風雨棚：風雨棚使 用 有優(yōu)勢：覆蓋面積大， 且有最理想的太陽輻射角；外觀 形狀單一規(guī)整， 方便太陽能板的布設 維護和檢修非常方便。 ） ； （ 電動遮陽百葉： 能根據(jù)太陽高度角進行調(diào)節(jié)， 獲得最大太陽 輻射量；太陽能電池板能和遮陽百葉在外觀上能很好融合； 機 械化程度高， 應用將更加廣泛和合理。 （）墻面：南向、東西 向墻面， 若無遮擋， 也是很好的位置， 可取得較好的效果。 4、 太陽能光伏幕墻工程應解決的問題 太陽能光伏幕墻需要結(jié)合建筑的總體規(guī)劃設計， 考慮環(huán)境、 需 求等一系列問題。 （）與建筑外觀協(xié)調(diào)一致。 （）城市區(qū)大樓彼此遮蔽陽光。 （）建 筑物的緯度、 方位， 以及環(huán)境干擾。 （）與建筑物結(jié)合一體， 設計與 施工均較復雜， 技術要求度很高。 （）造價昂貴， 投資大， 業(yè)主缺少 投資動力。 （）晶體硅模板背部因通風較差， 溫度上升， 發(fā)電效率可 能降低 以上。 （）垂直設置， 將減少約 的發(fā)電量。 （）當陰 影遮蔽一片模組的一部分時， 將減少整片模組及其他串聯(lián)模組的發(fā) 電量。 （）電氣聯(lián)接、 電網(wǎng)聯(lián)接、 電量計量、 電氣保護等。 5、 太陽能光伏幕墻工程問題的解決途徑 （）通過對光伏幕墻接受的太陽輻射精細計算， 避免大樓彼此遮 3、目前存在的問題。 （） 并網(wǎng)光伏電價未落實； （） 分時電 價、 季節(jié)電價力度不大 （） ； 缺乏系統(tǒng)的成本核算機制， 光伏組件 與電池和結(jié)構(gòu)相關， 安裝施工成本與技術密切相關， 維護成本與并 網(wǎng)系統(tǒng)技術相關等（） ； 電力部門未真正接納建筑光伏電力， 相關 政策未達到應有的支持力度， 無相關標準（） ； 光伏組件的壽命較 短， 一些產(chǎn)品無法在生命周期內(nèi)回收成本（） ； 太陽能電池在使用 過程中效率衰減， 造成實際收益降低。 結(jié)語 對太陽能光伏幕墻工程目前存在的問題和后期應重點關注的問 題歸納如下：、 國家已經(jīng)有相關政策， 得到了快速發(fā)展；、 電力部門政策還不配套， 上網(wǎng)問題、 分時及季節(jié)電價問題；、 相 關技術準備不足：電池選擇問題、 組件生產(chǎn)問題、 電力系統(tǒng)問題、 光