光伏建筑一體化(二)課件

光伏建筑一體化（二）光伏系統(tǒng)設計1光伏建筑一體化（二）光伏系統(tǒng)設計1一、光伏建筑一體化設計原則設計原則1.整體性原則2.美觀性原則3.技術性原則4.安全性原則一、光伏建筑一體化設計原則設計原則1.整體性原則2.美觀性原1.整體性原則光伏建筑一體化不是光伏發(fā)系統(tǒng)與建筑物的簡單疊加，而建筑從開始設計之時，即將太能系統(tǒng)包含的所有內容作為建物不可或缺的設計元素加以考慮，巧妙地將太陽能系統(tǒng)的各個件融人到建筑之中，二者互相機結合，形成了多功能的建筑件，成為建筑物不可分割的一分。這需要從技術和美學兩方人手，使建筑設計與太陽能技有機結合在一起，統(tǒng)一設計、工、調試。北京南站1.整體性原則光伏建筑一體化不是光伏發(fā)系統(tǒng)與建筑物的簡單疊加2.美觀性原則光伏建筑一體化系統(tǒng)不僅要保持建筑的整體性與統(tǒng)一性，同時還要特別突出視覺和藝術的統(tǒng)一，將光伏發(fā)電系統(tǒng)與建筑物的結構相結合形成統(tǒng)一的整體。建筑設計也要考慮光伏系統(tǒng)和建筑造型相結合的問題，服從建筑的整體設計理念，在不破壞原建筑形式美的基礎上重新組織建筑的形式和秩序，充分發(fā)揮光伏材料的視覺特色和形式美，將光伏材料的形式和特色與建筑有機的結合，使兩者在美觀性上達到和諧統(tǒng)一。深圳國際園林花卉博覽園1MWp并網光伏電站2.美觀性原則光伏建筑一體化系統(tǒng)不僅要保持建筑的整體性與統(tǒng)一3.技術性原則(1)考慮建筑物的周邊環(huán)境，盡量避開或遠離遮蔭物。(2)兼顧建筑物的前提下，確定最優(yōu)的太陽能電池組件朝向及傾角。(3)考慮太陽能電池組件的通風，盡量保證通風良好。(4)根據建筑形態(tài)及組件大小確定組件布局方案，進而確定逆變器。(5)合理設計盡量減少電纜長度。光伏建筑一體化系統(tǒng)除了考慮整體性與美觀性外，還要從技術性方面考慮。如果說美觀性主要從建筑方面來考慮，那么技術性主要從光伏系統(tǒng)來考慮，也就是說光伏系統(tǒng)有其本身的技術原則要遵守，主要考慮以下原則。3.技術性原則(1)考慮建筑物的周邊環(huán)境，盡量避開或遠離遮蔭4.安全性原則應考慮太陽能電池組件在屋面安裝時對屋頂荷載的影響，包括太陽能電池板自身荷載和抗風、抗冰雹沖擊能力等工程應用問題，保證光伏系統(tǒng)與建筑安全可靠。此外，當選用光伏建筑一體化組件時，除了具備發(fā)電功能外，還需考慮光伏組件的結構功能，如防水、保溫等功能，堅固耐用，保證光伏建筑一體化系統(tǒng)安全可靠。4.安全性原則應考慮太陽能電池組件在屋面安裝時對屋頂荷載的影二、光伏與建筑結合設計要點主要環(huán)節(jié)內容備注組件要求與平板太陽電池不同的是，應兼有發(fā)電和建材的雙重功能；滿足絕緣、抗風、防雨、透光和美觀的要求，還具有強度、剛度，便于施工安裝及運輸?shù)?。根據工程需要，開發(fā)研制多種顏色太陽電池組件，是建筑物與周圍環(huán)境趨于協(xié)調滿足建筑性能要求的屋面瓦、外墻、窗戶等和具有矩形、三角形、菱形和梯形等不規(guī)則形狀，還可將之制成無邊框，能透光的結構形式容量確定并網光伏系統(tǒng)不受蓄電池容量的限制，在確定太陽電池方陣容量時，只要按負載的要求和投資實時計算不必像獨立系統(tǒng)那樣經過嚴格的優(yōu)化設計，一般家庭太陽電池方陣容量為1~5kwp方陣傾角獨立光伏系統(tǒng)方陣盡量朝向赤道方傾斜，與水平面間的傾角要經過嚴格計算，使光伏發(fā)電達到最大和均衡；并網光伏系統(tǒng)中，只考慮其方陣輸出的最大性在實用中，方陣的朝向應服從于建筑物外觀的需要，一般0°~90°為宜計量電表家庭并網系統(tǒng)中，太陽電池方陣發(fā)電共用戶負載，多余部分輸入電網；用戶所消耗的電能，由方陣和電網同期提供。鑒于政府對開發(fā)新能源實行優(yōu)惠政策，因此，光伏發(fā)電上網電價要遠大于用戶電價，經常以“買入電表”和“賣出電表”來分別計算光伏器件該并網光伏系統(tǒng)的關鍵設備是將太陽電池方陣所發(fā)出的低壓直流電，經逆變器、控制器變換成交流電，方能并網連接。對于電能質量（電壓、波動、頻率、諧波和功率因素等參數(shù)）均有嚴格規(guī)定，以保證電網、設備和人員安全還應配備并網檢測保護，對過（欠）壓、過（欠）頻率、電網失電（防“孤島效應”）、恢復并網、直流隔離、防雷及接地、短路、斷路器和功率方向等進行處理二、光伏與建筑結合設計要點主要環(huán)節(jié)內容備注組件要求與平板太陽二、光伏與建筑結合設計要點1.光伏屋頂設計（1）組裝要根據屋頂?shù)拿娣e、傾角，選擇適當組件型號和系統(tǒng)功率，同時確定其安裝方式（2）光伏屋頂一般采用并網發(fā)電系統(tǒng)，這樣既解決太陽能發(fā)電系統(tǒng)少投資，又能確保一年里全天候用電，是一種比較經濟、實惠的方式。二、光伏與建筑結合設計要點1.光伏屋頂設計（1）組裝要根據屋例：某市設計建造獨立光伏屋頂經過實測，屋頂朝向正南，其傾角為35°正好符合光伏系統(tǒng)的安裝方向和傾角。根據屋頂實際尺寸，選擇160Wp組件（1580mm×808mm×50mm）16塊，系統(tǒng)功率160Wp×16=2560Wp，組件排列成4行×4列，并與屋面保持40mm距離，以便于空氣流通、降低夏季組件的溫度，避免溫度過高而影響組件功率。例：某市設計建造獨立光伏屋頂經過實測，屋頂朝向正南，其傾角為例：某市設計建造獨立光伏屋頂在屋頂上預埋固定件，共計16只M16不銹鋼螺栓。通過L型連接件將固定組件的角鋼固定在螺栓上。并可以上下、前后調節(jié)，以確保16塊組件處在同一高度和同一水平線上。安裝時，預先將4塊組件配裝成一個整體，且牢固連線，將其固定與4只M16預埋螺栓上。用同樣的方法完成其他連接件。與此同時調整好組件的高度和上下邊距離，保證形成一個整體。整個屋面整齊、美觀，實現(xiàn)了光伏與建筑完全一體化預期的目標。L型連接件例：某市設計建造獨立光伏屋頂在屋頂上預埋固定件，共計16只M常見光伏屋頂安裝方式（斜屋頂）組件安裝方式：用自攻自鉆螺栓（或長螺栓）或其它結構件，把支架固定在屋頂支撐結構上，并做好屋面防水。斜屋頂?shù)慕M件的一般平鋪在屋頂上。自攻螺栓普通螺栓常見光伏屋頂安裝方式（斜屋頂）組件安裝方式：自攻螺栓普通螺栓常見光伏屋頂安裝方式（平屋頂）組件安裝方式：在屋頂采用生根或不生根筑起水泥條或水泥帶，并在其中預埋地腳螺栓用于固定組件支架。常見光伏屋頂安裝方式（平屋頂）組件安裝方式：常規(guī)光伏屋頂結構在大多數(shù)情況下，太陽能板會產生大量的熱量，太陽能板的溫度增高一度，其效率會相應的減少0.3%~0.5%。同時期間產生的熱量也會損壞太陽能板，從而縮短其使用年限。讓空氣在太陽能板周圍流通起來，大量的熱量就可以被驅散開來，從而將光伏系統(tǒng)效率提高。常規(guī)結構常規(guī)光伏屋頂結構在大多數(shù)情況下，太陽能板會產生大量的熱量，太新型光伏屋頂結構SOLARWALL結構新型光伏屋頂結構SOLARWALL結構SOLARWALL結構優(yōu)點：可以很容易安裝光伏組件在SOLARWALL上，安裝時間短?？煞乐菇M件連續(xù)安裝時，組件板之間以及組件列頂部溫度過高。SOLARWALL結構優(yōu)點：嵌入式結構光伏建筑一體化分為建筑附加系統(tǒng)（上圖，又稱“后裝式光伏建筑一體化”）與建筑構件系統(tǒng)（右圖，又稱“預裝式光伏建筑一化”）。前者是加在原有或新建的建筑物的表面；后者是作為建筑物的一部分，如屋頂、陽臺（遮陽棚）、天棚、墻體等，與建筑主體同步設計、同步施工安裝、同時投入使用。嵌入式結構光伏建筑一體化分為建筑附加系統(tǒng)（上圖，又稱“后裝式嵌入式結構同一個屋頂?shù)牟煌夥到y(tǒng)的對比嵌入式結構同一個屋頂?shù)牟煌夥到y(tǒng)的對比二、光伏與建筑結合設計要點2.光伏幕墻設計3.材料選型太陽電池方陣安裝在建筑幕墻上，則組成光伏幕墻。一般情況下，其立柱和橫梁都是采用斷熱鋁型材，除了滿足JGJ102-2003《玻璃幕墻工程技術規(guī)范》和JGJ3035-1996《建筑幕墻》之外，剛度高一些好，同時，電池方陣要能夠便于更換。建筑師在進行光伏幕墻的材料選型時，應持慎重態(tài)度，無論哪塊墻面都應有針對性。同時是面對屋頂形勢，構思架設還是貼附于建筑等方面，不僅要美觀，還要考慮光電轉換效率高低。二、光伏與建筑結合設計要點2.光伏幕墻設計太陽電池方陣安裝在二、光伏與建筑結合設計要點（1）一般結構：光伏幕墻所產生的電能，經轉換成蓄電池組要求的充電電壓和充電電流。向蓄電池充電時，其容量按用戶要求的無陽光天氣連續(xù)供電日數(shù)進行設計；輸出電能變換器，蓄電池組中直流電能轉換成負載要求的電壓、電流及電能形式，向負載供電。有些國家由于光伏幕墻發(fā)出電量，經過逆變器后并入電網，可不設蓄電池組。所以備用蓄電池組，是在陰雨天（太陽光少）的情況下，也能保證一段時間連續(xù)供電。由于輸入和輸出電能逆變器互相獨立，其設計比較簡單，光能的波動對供電質量幾乎沒有影響。2.光伏幕墻設計二、光伏與建筑結合設計要點（1）一般結構：光伏幕墻所產生的電二、光伏與建筑結合設計要點（2）光伏建筑產能公式：Ps=HAηK；式中，Ps為光伏建筑年生產電能（MJ/a）；H為光伏建筑所在地區(qū)年總輻射能（MJ/m2a），可參照有關表查??；A為光伏建筑面積（m2）；η為光電池效率；K為修正系數(shù)；K=K1K2K3K4K5K6；各分修正系數(shù)值如下：K1為太陽電池長期運行性能修正，為0.8；K2為灰塵引起太陽電池板透明度的性能修正，為0.9；K3為太陽電池升溫導致功率下降修正，為0.9；K4為導電損耗修正，為0.95；K5為逆變器效率，為0.85；K6為光伏模板朝向修正數(shù)值。2.光伏幕墻設計二、光伏與建筑結合設計要點（2）光伏建筑產能公式：Ps=HA二、光伏與建筑結合設計要點光伏幕墻朝向太陽電池方陣與地平面的傾角0°30°60°90°東（%）93907855南-東（%）93968866南（%）931009168南-西（%）93968866西（%）939078552.光伏幕墻設計太陽電池板朝向與傾角的修正系數(shù)K6二、光伏與建筑結合設計要點光伏幕墻朝向太陽電池方陣與地平面的二、光伏與建筑結合設計要點（3）應用舉例已知信息：室內用電負載的設備一臺，日均耗電640W.h/d；8W熒光燈6只，平均照明3h/d；標稱功率60W，彩電平均收看2h/d；幕墻所在地，北京；具體選型，為某集團提供的單晶硅太陽電池板；光伏方陣與地平面的傾角為90°；幕墻方向朝南。要求：根據信息計算幕墻所需光伏組件數(shù)量，以滿足使用要求。2.光伏幕墻設計二、光伏與建筑結合設計要點（3）應用舉例2.光伏幕墻設計二、光伏與建筑結合設計要點計算過程：負載用電量計算：根據室內負載用電要求，日均耗電量為：Pd=640W.h/d+8W

×6

×3h/d+60W

×2h/d=904W.h/d以全年工作280d計算，年耗電總量為Pd=904W.h/d×280d×3600W.s/a=911W.h×106W.s/a=911×106J/a光伏幕墻全年產能至少應與室內負載消耗的電能相等，則可得：Ps=Pd=HAηK或K=Pd/HAη查圖可知北京地區(qū)全年太陽能總輻射能約為:H=5000MJ/(m2.a)=5000×106J/(m2.a)；單晶硅太陽電池板效率η=12%；K=K1K2K3K4K5K6=0.8×0.9×0.9×0.95×0.85×0.68=0.355；則A=Pd/HηK=911×106J/a/5000×106×0.12×0.355J/m2a=4.3m22.光伏幕墻設計二、光伏與建筑結合設計要點計算過程：2.光伏幕墻設計二、光伏與建筑結合設計要點選用某集團的太陽電池板8塊，其規(guī)格為：1003mm×760mm，則實際電池板面積為1.03m×0.76m×8≈6.3m2＞4.3m2滿足設計要求2.光伏幕墻設計二、光伏與建筑結合設計要點選用某集團的太陽電池板8塊，其規(guī)格二、光伏與建筑結合設計要點（4）安裝與維護1）基本條件：安裝地點，要選擇光照比較好，周圍無高大物體遮擋陽光的地方，當工程面積較大時，安裝場地要適當寬闊一些，避免碰損太陽電池板；太陽電池板總應朝向赤道，在北半球其表面朝南，在南半球其表面朝北；充分地利用太陽能，并使太陽電池板全年接受太陽輻射量比較均勻，一般有個傾斜角度放置，即指電池方陣表面與地平面的夾角；光伏方陣安裝時，當方陣傾角不同時，各個月份光伏板的表面接受太陽輻射量差別很大。資料表明，方陣傾角可以等于當?shù)氐木暥?，只是往往會使夏季電池方陣發(fā)電過量而造成浪費，而冬天則因光照不足而造成虧損。大體來講，南方地區(qū)的方陣傾角可比當?shù)鼐暥仍黾?°~10°太陽能幕墻（屋頂）布線要合理，防止因疏忽而滲水、受潮、漏電，進而腐蝕太陽電池，縮短其壽命。2.光伏幕墻設計二、光伏與建筑結合設計要點（4）安裝與維護2.光伏幕墻設計二、光伏與建筑結合設計要點（4）安裝與維護安裝注意事項：最好用指南針確定方位，光伏板前不能有高大建筑物（樹木）等遮蔽陽光；仔細檢查地腳螺釘是否結實可靠，所有螺釘、接線柱等均應擰緊，不得松動；光伏幕墻（屋頂）都有效防雷、防火等措施。必要時還要設置驅鳥裝置；裝置時不要同時接觸太陽電池板的正負兩極，以免短路燒壞（電擊），有時可用不透明材料覆蓋后再進行接線；組裝過程中藥輕拿輕放，嚴禁碰撞、敲擊，以免損壞其元器件。特別注意組件、二極管、蓄電池和控制器等電器極性不得接反。2）常規(guī)性檢查含光伏幕墻、屋頂，每年至少兩次，時間最好安排于春、秋兩季。首先仔細查明各組件的透明外殼及框架，判斷有無松動和損壞。最好用軟布、海綿和淡水對其表面進行擦拭以清潔除塵，早晚各一次為好，避免在白天較熱時用冷水沖洗。除了定期維護外，還要經常觀察除垢，遇到狂風、暴雨、冰雹和大雪天等天氣應及時采取有效防護措施，待合格后方可正常使用。2.光伏幕墻設計二、光伏與建筑結合設計要點（4）安裝與維護2.光伏幕墻設計太陽赤緯角太陽光線與地球赤道面的交角就是太陽的赤緯角，在一年當中，太陽赤緯每天都在變化，但不超過正負23°27′