太陽(yáng)能光電技術(shù)在節(jié)能建筑中應(yīng)用設(shè)計(jì)方法課件VIP

1、太陽(yáng)能光電技術(shù)在節(jié)能建筑中應(yīng)用設(shè)計(jì)方法太陽(yáng)能光電技術(shù)在節(jié)能建筑中太陽(yáng)能光電技術(shù)在節(jié)能建筑中應(yīng)用設(shè)計(jì)方法應(yīng)用設(shè)計(jì)方法姓名：姓名：學(xué)號(hào)：學(xué)號(hào)：太陽(yáng)能光電技術(shù)在節(jié)能建筑中應(yīng)用設(shè)計(jì)方法 摘要：摘要：本文從太陽(yáng)能光伏技術(shù)應(yīng)用的現(xiàn)實(shí)意義出發(fā)，介紹了光伏系統(tǒng)的組成及功能、光伏電池性能特點(diǎn)等，重點(diǎn)分析了光伏建筑一體化( B I P V)的應(yīng)用特點(diǎn)、相關(guān)要求、建筑與結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)要點(diǎn)及發(fā)電量計(jì)算，闡述了光伏技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀及發(fā)展前景太陽(yáng)能光電技術(shù)在節(jié)能建筑中應(yīng)用設(shè)計(jì)方法 前言：前言：能源問(wèn)題越來(lái)越成為世界關(guān)注的熱點(diǎn)問(wèn)題，嚴(yán)峻的能源緊張狀況已經(jīng)危及我國(guó)未來(lái)國(guó)民經(jīng)濟(jì)安全運(yùn)行，引起黨和國(guó)家的高度重視。2006年1月1日中國(guó)

2、可再生能源法頒布實(shí)施后,國(guó)家有關(guān)部門(mén)隨后相繼出臺(tái)了二十多個(gè)促進(jìn)可再生能源發(fā)展的辦法和條例，建設(shè)節(jié)約型社會(huì)是黨和國(guó)家今后長(zhǎng)期發(fā)展的戰(zhàn)略性指導(dǎo)原則,已經(jīng)成為全社會(huì)的共識(shí)而深入人心。太陽(yáng)能光電技術(shù)在節(jié)能建筑中應(yīng)用設(shè)計(jì)方法 太陽(yáng)能的光伏發(fā)電技術(shù)是利用光電轉(zhuǎn)換的原理讓太陽(yáng)輻射光能通過(guò)半導(dǎo)體的媒介轉(zhuǎn)化成電能，從而使能源的運(yùn)用更加靈活。從長(zhǎng)遠(yuǎn)看，太陽(yáng)能的光伏發(fā)電技術(shù)為城市居住建筑提供了更加廣闊的前景，但是在初期的投資高、轉(zhuǎn)化的效率低；就目前來(lái)看，太陽(yáng)能的光伏發(fā)電技術(shù)和建筑物相結(jié)合來(lái)研究得最多的是建筑的光伏一體系統(tǒng)簡(jiǎn)稱 BIPV 系統(tǒng)。太陽(yáng)能光電技術(shù)在節(jié)能建筑中應(yīng)用設(shè)計(jì)方法 BIPV將太陽(yáng)能的發(fā)電機(jī)組完美地集

3、結(jié)在建筑物的屋頂或者墻面上，其工作的原理和普通的光伏發(fā)電系統(tǒng)完全一致，唯一的區(qū)別在于太陽(yáng)能的組件既可以被當(dāng)作系統(tǒng)的發(fā)電機(jī)，又可以當(dāng)作建筑物的外墻材料。B I P V系統(tǒng)的發(fā)電原理是利用光伏電池的半導(dǎo)體P N結(jié)特性，電池片可以吸收陽(yáng)光將其轉(zhuǎn)成直流電能并輸出，將電池封裝后成為光伏組件，再將電池組件應(yīng)用到建筑上，使光伏組件成為光伏建筑的一部分，讓光伏組件再結(jié)合其它相配套的配電柜、逆變器、變壓器等電器設(shè)備，便可以輸出人們需求的的交流電。太陽(yáng)能光電技術(shù)在節(jié)能建筑中應(yīng)用設(shè)計(jì)方法一、光伏建筑一體化系統(tǒng)建筑設(shè)計(jì)要求 1、一般規(guī)定 光伏建筑一體化系統(tǒng)中光伏組件與建筑的集成結(jié)合方式，有光電屋頂、光電幕墻、光電采光

4、頂和光電遮陽(yáng)板等。系統(tǒng)設(shè)計(jì)需結(jié)合建筑、結(jié)構(gòu)等相關(guān)專(zhuān)業(yè)要求，共同確定系統(tǒng)各組成部分在建筑中的安裝位置。安裝在建筑物上的光伏組件，滿足建筑的使用功能及節(jié)能要求、結(jié)構(gòu)安全及使用要求、以及電氣安全等要求，并配置帶電警告標(biāo)識(shí)及電氣安全防護(hù)設(shè)施，以免出現(xiàn)小必要的觸電事故。太陽(yáng)能光電技術(shù)在節(jié)能建筑中應(yīng)用設(shè)計(jì)方法 此外，光伏建筑一體化系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計(jì)需進(jìn)行太陽(yáng)能輻射、建筑物、電網(wǎng)等方面的評(píng)估。在建筑物上安裝該系統(tǒng)小能降低建筑物本身或者是周?chē)噜徑ㄖ锏娜照諛?biāo)準(zhǔn);避免周?chē)h(huán)境景觀、綠化種植及建筑自身的構(gòu)件投影遮擋投射到光伏組件上的陽(yáng)光；避免光伏組件對(duì)建筑本身或者是周?chē)ㄖ锶后w的二次輻射造成光污染。 2、建筑專(zhuān)業(yè)設(shè)

5、計(jì)要求 安裝光伏組件的建筑部位在冬至日全天日照應(yīng)小低于3h；并在安裝光伏組件的部位采取安全防護(hù)措施；滿足其所在部位的建筑防水、排水、雨水、隔熱及節(jié)能等功能要求。太陽(yáng)能光電技術(shù)在節(jié)能建筑中應(yīng)用設(shè)計(jì)方法 除了以上技術(shù)要素之外，光伏建筑一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)另一至關(guān)重要是滿足建筑的美學(xué)要求，介紹如下兩點(diǎn)： （1）建筑物的光影效果，普通光伏組件一般為阻擋視線的布紋超白鋼化玻璃，現(xiàn)代建筑屋頂或外墻幕墻如安裝光伏組件，對(duì)采光會(huì)有一定的需求，此時(shí)可以采用光面超白鋼化玻璃，外加電池板背面的采用普通光面鋼化玻璃制作雙面玻璃組件(節(jié)約成本)，即可滿足建筑物的功能。 （2）光伏組件背面的接線盒及其連接線一般情況下采用明裝，

6、容易破壞建筑物的整體協(xié)調(diào)感，光伏建筑一體化系統(tǒng)中一般將接線盒省去或隱藏起來(lái)太陽(yáng)能光電技術(shù)在節(jié)能建筑中應(yīng)用設(shè)計(jì)方法 ，此時(shí)需考慮旁路二極管保護(hù)，可將旁路二極管和所有連接線隱藏在幕墻結(jié)構(gòu)中，同時(shí)需做好防雨水侵蝕和防曬措施。 3、結(jié)構(gòu)專(zhuān)業(yè)設(shè)計(jì)要求 根據(jù)光伏建筑一體化系統(tǒng)的類(lèi)型，對(duì)光伏組件的安裝結(jié)構(gòu)、支撐光伏系統(tǒng)的主體結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件及相關(guān)連接件進(jìn)行相應(yīng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)與工藝和建筑專(zhuān)業(yè)相配合，合理確定光伏組成部分在建筑中的位置。光伏建筑結(jié)構(gòu)荷載取值應(yīng)符合建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范(GB50009-2010)的規(guī)定。太陽(yáng)能光電技術(shù)在節(jié)能建筑中應(yīng)用設(shè)計(jì)方法二、光伏建筑一體化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則及步驟 光伏建筑一體化系統(tǒng)

7、的設(shè)計(jì)在收集當(dāng)?shù)貧夂騾?shù)的基礎(chǔ)上，根據(jù)建筑物的使用功能、電網(wǎng)條件、負(fù)荷性質(zhì)和系統(tǒng)運(yùn)行方式等因素，確定系統(tǒng)為安裝型、建材型或構(gòu)件型。光伏組件的傾角、數(shù)量、安裝位置及陰影的設(shè)計(jì)要和建筑物設(shè)計(jì)同時(shí)進(jìn)行，因其對(duì)光伏建筑一體化的外觀影響校大，應(yīng)盡量做到相互平衡、協(xié)調(diào)、一體化的設(shè)計(jì)。簡(jiǎn)單設(shè)計(jì)步驟如下： （1）設(shè)計(jì)之前收集當(dāng)?shù)氐奶?yáng)能輻射以及溫度變化等氣象數(shù)據(jù)，當(dāng)?shù)貧庀蟛块T(mén)太陽(yáng)能輻射量一般只有水平面的數(shù)據(jù)，需要根據(jù)理論計(jì)算換算出太陽(yáng)能光電技術(shù)在節(jié)能建筑中應(yīng)用設(shè)計(jì)方法 光伏板表面的實(shí)際輻射量。 （2）建筑設(shè)計(jì)和電力負(fù)荷的確定，決定光伏組件的類(lèi)型、規(guī)格、數(shù)量、安裝位置、安裝方式和可安裝面積的場(chǎng)地，同時(shí)光伏組件規(guī)

8、格及安裝面積、安裝位置也決定了光伏系統(tǒng)的最大安裝容量。 （3）系統(tǒng)的直流匯線箱、逆變器、測(cè)量和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。太陽(yáng)能光電技術(shù)在節(jié)能建筑中應(yīng)用設(shè)計(jì)方法三、太陽(yáng)能光電技術(shù)在建筑上應(yīng)用的設(shè)計(jì) 以下我將通過(guò)介紹在南京地區(qū)應(yīng)用太陽(yáng)能光電技術(shù)，從系統(tǒng)原理、主要設(shè)備技術(shù)要求、設(shè)備安裝位置等方面進(jìn)一步闡述光伏建筑一體化系統(tǒng)在建筑電氣設(shè)計(jì)中的思路及技術(shù)要求。 1、系統(tǒng)組成 并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)由太陽(yáng)電池組件及其支架、方陣防雷接線箱、直流配電柜、光伏并網(wǎng)逆變器、配電保護(hù)系統(tǒng)和系統(tǒng)的通訊監(jiān)控裝置組成。太陽(yáng)能光電技術(shù)在節(jié)能建筑中應(yīng)用設(shè)計(jì)方法 2、太陽(yáng)電池陣列設(shè)計(jì) （1）太陽(yáng)電池陣列安裝傾角的確定 根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)勘測(cè)，安裝現(xiàn)

9、場(chǎng)位于北緯33.53，鋪設(shè)太陽(yáng)電池陣列的最佳傾角不應(yīng)超過(guò)該緯度。根據(jù)當(dāng)?shù)氐年?yáng)光照射條件，每年59月是太陽(yáng)光照射強(qiáng)度最大時(shí)間段，日照輻射總量約占全年輻射總量的75，該時(shí)間段的太陽(yáng)光垂直入射所對(duì)應(yīng)的平均安裝傾角約為30。由于采取并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)，電網(wǎng)作為儲(chǔ)能裝置，不必像蓄電池那樣受到容量的限制，故太陽(yáng)電池陣列的安裝傾角為全年能接收到最大太陽(yáng)輻射量所對(duì)應(yīng)的角度。綜合考慮各因素，安裝方式采取光伏組件表面與地面水平方向呈30的最佳傾角朝陽(yáng)安裝，光伏組件表面的水平方位角為SOw，即為正南方向。太陽(yáng)能光電技術(shù)在節(jié)能建筑中應(yīng)用設(shè)計(jì)方法 （2）太陽(yáng)電池組件選型 目前工程上應(yīng)用的太陽(yáng)電池組件主要為晶體硅電池組件，

10、其中單晶硅太陽(yáng)電池轉(zhuǎn)換效率最高，多晶硅次之，但實(shí)際應(yīng)用中兩者差別較小。由于多晶硅成本較低，比單晶硅應(yīng)用更多，因此項(xiàng)目采用型號(hào)JD一280M、功率為270290W的多晶硅太陽(yáng)電池組件，電池片單體光電轉(zhuǎn)換效率約為1617。太陽(yáng)能光電技術(shù)在節(jié)能建筑中應(yīng)用設(shè)計(jì)方法太陽(yáng)能光電技術(shù)在節(jié)能建筑中應(yīng)用設(shè)計(jì)方法太陽(yáng)能光電技術(shù)在節(jié)能建筑中應(yīng)用設(shè)計(jì)方法 （2）光伏組件串、并聯(lián)方式設(shè)計(jì) 光伏陣列通過(guò)組件串、并聯(lián)得到，組件的串并聯(lián)必須滿足并網(wǎng)逆變器輸入電壓和輸入功率的要求。系統(tǒng)采用500kW光伏并網(wǎng)逆變器，直流工作電壓范圍為400 880Vdc。光伏組件為230W的多晶硅組件，其比為368V。太陽(yáng)電池組件串聯(lián)的組件數(shù)量

11、N=88036824塊，考慮溫度變化系數(shù)，取20塊太陽(yáng)電池組件串聯(lián)形成一條支路單元，每條支路單元的串聯(lián)功率為46kWp。系統(tǒng)共計(jì)8700塊太陽(yáng)電池組件，實(shí)際功率達(dá)到2001kWp。太陽(yáng)能光電技術(shù)在節(jié)能建筑中應(yīng)用設(shè)計(jì)方法 3、并網(wǎng)逆變器的選擇 并網(wǎng)逆變器是并網(wǎng)光伏系統(tǒng)的重要設(shè)備，其功能是將太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)所發(fā)出的直流電轉(zhuǎn)換成交流電。系統(tǒng)選用許繼柔性輸電系統(tǒng)公司自主開(kāi)發(fā)的GBL200500380-ST光伏并網(wǎng)逆變器，每臺(tái)逆變器的額定功率為500kW，均含有隔離并網(wǎng)變壓器，實(shí)現(xiàn)電氣隔離。逆變器的核心控制采用基于SVPWM的無(wú)沖擊同步并網(wǎng)技術(shù)，保證系統(tǒng)輸出與電網(wǎng)同頻、同相和同幅值。 4、光伏方陣直流防雷

12、匯流箱設(shè)計(jì) 匯流箱是光伏發(fā)電系統(tǒng)中的重要組成部分，其主要作用是按照一定的串、并聯(lián)方式將光伏陣列連接到一起，以便對(duì)光伏陣列實(shí)施監(jiān)控。太陽(yáng)能光電技術(shù)在節(jié)能建筑中應(yīng)用設(shè)計(jì)方法 考慮到并網(wǎng)系統(tǒng)在安裝和使用過(guò)程中的安全及可靠性，為減少光伏陣列到逆變器之間的連接線及方便日后維護(hù)，需在光伏組件與逆變器之間增加光伏陣列直流匯流箱。系統(tǒng)采用2種匯流箱KBTPVG一9(9進(jìn)1出)和KBTPVG一12(12進(jìn)1出)，整個(gè)并網(wǎng)系統(tǒng)需配置38臺(tái)直流防震匯流箱。每臺(tái)匯流籍均配備光伏專(zhuān)用高壓防雷器，具備防雷功能 5、直流配電柜設(shè)計(jì) 每臺(tái)直流配電柜按照500kWp的直流配電單元進(jìn)行設(shè)計(jì)，2MWp光伏并網(wǎng)單元需要4臺(tái)直流配電柜

13、。每個(gè)直流配電單元可接入10路光伏方陣防雷匯流箱。每臺(tái)直流配電柜分別接入1臺(tái)500kW逆變器。太陽(yáng)能光電技術(shù)在節(jié)能建筑中應(yīng)用設(shè)計(jì)方法 發(fā)電計(jì)量系統(tǒng)配置及選用光伏發(fā)電設(shè)備的計(jì)量點(diǎn)通常設(shè)在光伏并網(wǎng)逆變器的并網(wǎng)側(cè)，選用的電度表為多功能數(shù)字式電度表，具有優(yōu)越的測(cè)量技術(shù)及很高的抗干擾能力和可靠性。同時(shí)，還提供更靈活的功能：顯示電表數(shù)據(jù)、顯示費(fèi)率、顯示損耗、狀態(tài)信息、報(bào)警等。顯示的內(nèi)容、功能和參數(shù)可通過(guò)光電通訊口用維護(hù)軟件來(lái)修改，通過(guò)光電通訊口還可處理報(bào)警信號(hào)，讀取電度表數(shù)據(jù)。 6、數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì) 系統(tǒng)配有完善的通訊監(jiān)控系統(tǒng)，全面檢測(cè)環(huán)境和系統(tǒng)的狀態(tài)，將光照強(qiáng)度、環(huán)境溫度、太陽(yáng)能板溫度、風(fēng)速等環(huán)境

14、變量和系統(tǒng)的電壓、電流、相位、功率因數(shù)、頻率、發(fā)電量等系統(tǒng)變量通過(guò)RS485傳輸至控制中心，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控。太陽(yáng)能光電技術(shù)在節(jié)能建筑中應(yīng)用設(shè)計(jì)方法 光伏發(fā)電監(jiān)控系統(tǒng)由監(jiān)控設(shè)備(in光伏并網(wǎng)逆變器、光照強(qiáng)度傳感器、溫度傳感器、電池檢測(cè)器等)、本地觸摸屏、遠(yuǎn)程監(jiān)控中心等組成。利用模擬量采集模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，接入逆變器，通過(guò)本地觸摸屏來(lái)進(jìn)行操作和數(shù)據(jù)監(jiān)視，同時(shí)光伏并網(wǎng)逆變器數(shù)據(jù)由觸摸屏的RJ45端口采用ModbusTcp協(xié)議傳到遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)。監(jiān)控中心將與各設(shè)備通訊的數(shù)據(jù)存入自己的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)，根據(jù)通訊速率，動(dòng)態(tài)更新數(shù)據(jù)。 7、系統(tǒng)能效分析 按照光伏組件設(shè)計(jì)壽命為25年，系統(tǒng)平均每年衰減08計(jì)，25年衰減

15、不超過(guò)20。太陽(yáng)能光電技術(shù)在節(jié)能建筑中應(yīng)用設(shè)計(jì)方法 考慮光伏陣列在能量轉(zhuǎn)換與傳輸過(guò)程中的損失，系統(tǒng)總效率按816計(jì)，可預(yù)測(cè)25年運(yùn)營(yíng)周期總發(fā)電量。首年發(fā)電量約為2492萬(wàn)kWh，25年累計(jì)發(fā)電量約為56006萬(wàn)kWh，年均發(fā)電量約為224萬(wàn)kWh。 8、節(jié)能計(jì)算 一般發(fā)出1KWh電要消耗約0.36kg標(biāo)準(zhǔn)煤，同時(shí)產(chǎn)生0272 kg碳粉塵、0997kg二氧化碳、003kg二氧化硫和0015kg氮氧化合物。系統(tǒng)年均發(fā)電量約為2240258kWh，預(yù)計(jì)每年可節(jié)省標(biāo)準(zhǔn)煤806.5t，可減少排放609.4t碳粉塵、233.5t二氧化碳、67.2t二氧化硫和33.6t氮氧化合物。太陽(yáng)能光電技術(shù)在節(jié)能建筑中

16、應(yīng)用設(shè)計(jì)方法四、太陽(yáng)能光電技術(shù)在建筑上應(yīng)用的設(shè)計(jì)計(jì)算過(guò)程 年產(chǎn)電能Ps=HAK 式中Ps一年產(chǎn)電能（MJ） H一所在地區(qū)每m2 太陽(yáng)能與年總輻射能（MJ/ m2 ） A一光電幕墻或屋面面積 一光伏電池效率太陽(yáng)能光電技術(shù)在節(jié)能建筑中應(yīng)用設(shè)計(jì)方法 K一修正參數(shù)；K=K1K2K3K4K5K6 ,其中 K1 一光伏電池長(zhǎng)期運(yùn)行參數(shù)，取0.8 K2 一灰塵引起的透明度參數(shù)，取0.9 K3一光伏電池升溫導(dǎo)致性能下降的參數(shù)，取0.9 K4一導(dǎo)電損耗修正參數(shù)，取0.95 K5一逆變器效率參數(shù)，取0.85 K6一光伏電池列陣朝向和傾角修正系數(shù)，本地區(qū)取0.93 南京地區(qū)：H=5016MJ/ m2 =501610

17、6 J/ m2 多晶硅=0.16太陽(yáng)能光電技術(shù)在節(jié)能建筑中應(yīng)用設(shè)計(jì)方法 K=0.80.90.90.950.850.93=0.487 A=424.961012 /(0.165016106 0.487)=1.09106 m2 采用1000mm760mm光伏電池板， 塊數(shù)=1.09106 /(1.00.76)=1.435106 實(shí)際面積：1.00.761.435106 =1.0906106 m21.09106 m2 可以滿足用電需求。太陽(yáng)能光電技術(shù)在節(jié)能建筑中應(yīng)用設(shè)計(jì)方法五、太陽(yáng)能光電技術(shù)在其他建筑上的應(yīng)用國(guó)家體育館示范建筑工程實(shí)踐太陽(yáng)能光電技術(shù)在節(jié)能建筑中應(yīng)用設(shè)計(jì)方法北京最大的太陽(yáng)能項(xiàng)目一首都博物館太陽(yáng)能光電技術(shù)在節(jié)能建筑中應(yīng)用設(shè)計(jì)方法上海世博會(huì)主題館光伏建筑一體化應(yīng)用太陽(yáng)能光電技術(shù)在節(jié)能建筑中應(yīng)用設(shè)