光伏技术与建筑材料结合.docxVIP

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:①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;②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件,如被其他建 筑物遮档,也不必考虑选用BIPV;③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。④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,结构安 全性涉及两方面:①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。②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:①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