光伏建筑一體化(二)課件

光伏建筑一體化（二）光伏系統(tǒng)設(shè)計(jì)1光伏建筑一體化（二）光伏系統(tǒng)設(shè)計(jì)1一、光伏建筑一體化設(shè)計(jì)原則設(shè)計(jì)原則1.整體性原則2.美觀性原則3.技術(shù)性原則4.安全性原則一、光伏建筑一體化設(shè)計(jì)原則設(shè)計(jì)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(jiǎn)單疊加，而建筑從開(kāi)始設(shè)計(jì)之時(shí)，即將太能系統(tǒng)包含的所有內(nèi)容作為建物不可或缺的設(shè)計(jì)元素加以考慮，巧妙地將太陽(yáng)能系統(tǒng)的各個(gè)件融人到建筑之中，二者互相機(jī)結(jié)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(shù)和美學(xué)兩方人手，使建筑設(shè)計(jì)與太陽(yáng)能技有機(jī)結(jié)合在一起，統(tǒng)一設(shè)計(jì)、工、調(diào)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(jiǎn)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(shí)還要特別突出視覺(jué)和藝術(shù)的統(tǒng)一，將光伏發(fā)電系統(tǒng)與建筑物的結(jié)構(gòu)相結(jié)合形成統(tǒng)一的整體。建筑設(shè)計(jì)也要考慮光伏系統(tǒng)和建筑造型相結(jié)合的問(wèn)題，服從建筑的整體設(shè)計(jì)理念，在不破壞原建筑形式美的基礎(chǔ)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(jué)特色和形式美，將光伏材料的形式和特色與建筑有機(jī)的結(jié)合，使兩者在美觀性上達(dá)到和諧統(tǒng)一。深圳國(guó)際園林花卉博覽園1MWp并網(wǎng)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(shù)性原則(1)考慮建筑物的周邊環(huán)境，盡量避開(kāi)或遠(yuǎn)離遮蔭物。(2)兼顧建筑物的前提下，確定最優(yōu)的太陽(yáng)能電池組件朝向及傾角。(3)考慮太陽(yáng)能電池組件的通風(fēng)，盡量保證通風(fēng)良好。(4)根據(jù)建筑形態(tài)及組件大小確定組件布局方案，進(jìn)而確定逆變器。(5)合理設(shè)計(jì)盡量減少電纜長(zhǎng)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(shù)性方面考慮。如果說(shuō)美觀性主要從建筑方面來(lái)考慮，那么技術(shù)性主要從光伏系統(tǒng)來(lái)考慮，也就是說(shuō)光伏系統(tǒng)有其本身的技術(shù)原則要遵守，主要考慮以下原則。3.技術(shù)性原則(1)考慮建筑物的周邊環(huán)境，盡量避開(kāi)或遠(yuǎn)離遮蔭4.安全性原則應(yīng)考慮太陽(yáng)能電池組件在屋面安裝時(shí)對(duì)屋頂荷載的影響，包括太陽(yáng)能電池板自身荷載和抗風(fēng)、抗冰雹沖擊能力等工程應(yīng)用問(wèn)題，保證光伏系統(tǒng)與建筑安全可靠。此外，當(dāng)選用光伏建筑一體化組件時(shí)，除了具備發(fā)電功能外，還需考慮光伏組件的結(jié)構(gòu)功能，如防水、保溫等功能，堅(jiān)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(yīng)考慮太陽(yáng)能電池組件在屋面安裝時(shí)對(duì)屋頂荷載的影二、光伏與建筑結(jié)合設(shè)計(jì)要點(diǎn)主要環(huán)節(jié)內(nèi)容備注組件要求與平板太陽(yáng)電池不同的是，應(yīng)兼有發(fā)電和建材的雙重功能；滿足絕緣、抗風(fēng)、防雨、透光和美觀的要求，還具有強(qiáng)度、剛度，便于施工安裝及運(yùn)輸?shù)?。根?jù)工程需要，開(kāi)發(fā)研制多種顏色太陽(yáng)電池組件，是建筑物與周圍環(huán)境趨于協(xié)調(diào)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(wú)邊框，能透光的結(jié)構(gòu)形式容量確定并網(wǎng)光伏系統(tǒng)不受蓄電池容量的限制，在確定太陽(yáng)電池方陣容量時(shí)，只要按負(fù)載的要求和投資實(shí)時(shí)計(jì)算不必像獨(dú)立系統(tǒng)那樣經(jīng)過(guò)嚴(yán)格的優(yōu)化設(shè)計(jì)，一般家庭太陽(yáng)電池方陣容量為1~5kwp方陣傾角獨(dú)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(jīng)過(guò)嚴(yán)格計(jì)算，使光伏發(fā)電達(dá)到最大和均衡；并網(wǎng)光伏系統(tǒng)中，只考慮其方陣輸出的最大性在實(shí)用中，方陣的朝向應(yīng)服從于建筑物外觀的需要，一般0°~90°為宜計(jì)量電表家庭并網(wǎng)系統(tǒng)中，太陽(yáng)電池方陣發(fā)電共用戶負(fù)載，多余部分輸入電網(wǎng)；用戶所消耗的電能，由方陣和電網(wǎng)同期提供。鑒于政府對(duì)開(kāi)發(fā)新能源實(shí)行優(yōu)惠政策，因此，光伏發(fā)電上網(wǎng)電價(jià)要遠(yuǎn)大于用戶電價(jià)，經(jīng)常以“買入電表”和“賣出電表”來(lái)分別計(jì)算光伏器件該并網(wǎng)光伏系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)備是將太陽(yáng)電池方陣所發(fā)出的低壓直流電，經(jīng)逆變器、控制器變換成交流電，方能并網(wǎng)連接。對(duì)于電能質(zhì)量（電壓、波動(dòng)、頻率、諧波和功率因素等參數(shù)）均有嚴(yán)格規(guī)定，以保證電網(wǎng)、設(shè)備和人員安全還應(yīng)配備并網(wǎng)檢測(cè)保護(hù)，對(duì)過(guò)（欠）壓、過(guò)（欠）頻率、電網(wǎng)失電（防“孤島效應(yīng)”）、恢復(fù)并網(wǎng)、直流隔離、防雷及接地、短路、斷路器和功率方向等進(jìn)行處理二、光伏與建筑結(jié)合設(shè)計(jì)要點(diǎn)主要環(huán)節(jié)內(nèi)容備注組件要求與平板太陽(yáng)二、光伏與建筑結(jié)合設(shè)計(jì)要點(diǎn)1.光伏屋頂設(shè)計(jì)（1）組裝要根據(jù)屋頂?shù)拿娣e、傾角，選擇適當(dāng)組件型號(hào)和系統(tǒng)功率，同時(shí)確定其安裝方式（2）光伏屋頂一般采用并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)，這樣既解決太陽(yáng)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(jīng)濟(jì)、實(shí)惠的方式。二、光伏與建筑結(jié)合設(shè)計(jì)要點(diǎn)1.光伏屋頂設(shè)計(jì)（1）組裝要根據(jù)屋例：某市設(shè)計(jì)建造獨(dú)立光伏屋頂經(jīng)過(guò)實(shí)測(cè)，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(jù)屋頂實(shí)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(guò)高而影響組件功率。例：某市設(shè)計(jì)建造獨(dú)立光伏屋頂經(jīng)過(guò)實(shí)測(cè)，屋頂朝向正南，其傾角為例：某市設(shè)計(jì)建造獨(dú)立光伏屋頂在屋頂上預(yù)埋固定件，共計(jì)16只M16不銹鋼螺栓。通過(guò)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(diào)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(shí)，預(yù)先將4塊組件配裝成一個(gè)整體，且牢固連線，將其固定與4只M16預(yù)埋螺栓上。用同樣的方法完成其他連接件。與此同時(shí)調(diào)整好組件的高度和上下邊距離，保證形成一個(gè)整體。整個(gè)屋面整齊、美觀，實(shí)現(xiàn)了光伏與建筑完全一體化預(yù)期的目標(biāo)。L型連接件例：某市設(shè)計(jì)建造獨(dú)立光伏屋頂在屋頂上預(yù)埋固定件，共計(jì)16只M常見(jiàn)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(zhǎng)螺栓）或其它結(jié)構(gòu)件，把支架固定在屋頂支撐結(jié)構(gòu)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(jiàn)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(jiàn)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(yù)埋地腳螺栓用于固定組件支架。常見(jiàn)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(jié)構(gòu)在大多數(shù)情況下，太陽(yáng)能板會(huì)產(chǎn)生大量的熱量，太陽(yáng)能板的溫度增高一度，其效率會(huì)相應(yīng)的減少0.3%~0.5%。同時(shí)期間產(chǎn)生的熱量也會(huì)損壞太陽(yáng)能板，從而縮短其使用年限。讓空氣在太陽(yáng)能板周圍流通起來(lái)，大量的熱量就可以被驅(qū)散開(kāi)來(lái)，從而將光伏系統(tǒng)效率提高。常規(guī)結(jié)構(gòu)常規(guī)光伏屋頂結(jié)構(gòu)在大多數(shù)情況下，太陽(yáng)能板會(huì)產(chǎn)生大量的熱量，太新型光伏屋頂結(jié)構(gòu)SOLARWALL結(jié)構(gòu)新型光伏屋頂結(jié)構(gòu)SOLARWALL結(jié)構(gòu)SOLARWALL結(jié)構(gòu)優(yōu)點(diǎn)：可以很容易安裝光伏組件在SOLARWALL上，安裝時(shí)間短?？煞乐菇M件連續(xù)安裝時(shí)，組件板之間以及組件列頂部溫度過(guò)高。SOLARWALL結(jié)構(gòu)優(yōu)點(diǎn)：嵌入式結(jié)構(gòu)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(gòu)件系統(tǒng)（右圖，又稱“預(yù)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(yáng)臺(tái)（遮陽(yáng)棚）、天棚、墻體等，與建筑主體同步設(shè)計(jì)、同步施工安裝、同時(shí)投入使用。嵌入式結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)同一個(gè)屋頂?shù)牟煌夥到y(tǒng)的對(duì)比嵌入式結(jié)構(gòu)同一個(gè)屋頂?shù)牟煌夥到y(tǒng)的對(duì)比二、光伏與建筑結(jié)合設(shè)計(jì)要點(diǎn)2.光伏幕墻設(shè)計(jì)3.材料選型太陽(yáng)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(shù)規(guī)范》和JGJ3035-1996《建筑幕墻》之外，剛度高一些好，同時(shí)，電池方陣要能夠便于更換。建筑師在進(jìn)行光伏幕墻的材料選型時(shí)，應(yīng)持慎重態(tài)度，無(wú)論哪塊墻面都應(yīng)有針對(duì)性。同時(shí)是面對(duì)屋頂形勢(shì)，構(gòu)思架設(shè)還是貼附于建筑等方面，不僅要美觀，還要考慮光電轉(zhuǎn)換效率高低。二、光伏與建筑結(jié)合設(shè)計(jì)要點(diǎn)2.光伏幕墻設(shè)計(jì)太陽(yáng)電池方陣安裝在二、光伏與建筑結(jié)合設(shè)計(jì)要點(diǎn)（1）一般結(jié)構(gòu)：光伏幕墻所產(chǎn)生的電能，經(jīng)轉(zhuǎn)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(shí)，其容量按用戶要求的無(wú)陽(yáng)光天氣連續(xù)供電日數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)；輸出電能變換器，蓄電池組中直流電能轉(zhuǎn)換成負(fù)載要求的電壓、電流及電能形式，向負(fù)載供電。有些國(guó)家由于光伏幕墻發(fā)出電量，經(jīng)過(guò)逆變器后并入電網(wǎng)，可不設(shè)蓄電池組。所以備用蓄電池組，是在陰雨天（太陽(yáng)光少）的情況下，也能保證一段時(shí)間連續(xù)供電。由于輸入和輸出電能逆變器互相獨(dú)立，其設(shè)計(jì)比較簡(jiǎn)單，光能的波動(dòng)對(duì)供電質(zhì)量幾乎沒(méi)有影響。2.光伏幕墻設(shè)計(jì)二、光伏與建筑結(jié)合設(shè)計(jì)要點(diǎn)（1）一般結(jié)構(gòu)：光伏幕墻所產(chǎn)生的電二、光伏與建筑結(jié)合設(shè)計(jì)要點(diǎn)（2）光伏建筑產(chǎn)能公式：Ps=HAηK；式中，Ps為光伏建筑年生產(chǎn)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(guān)表查?。籄為光伏建筑面積（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(yáng)電池長(zhǎng)期運(yùn)行性能修正，為0.8；K2為灰塵引起太陽(yáng)電池板透明度的性能修正，為0.9；K3為太陽(yáng)電池升溫導(dǎo)致功率下降修正，為0.9；K4為導(dǎo)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(shè)計(jì)二、光伏與建筑結(jié)合設(shè)計(jì)要點(diǎn)（2）光伏建筑產(chǎn)能公式：Ps=HA二、光伏與建筑結(jié)合設(shè)計(jì)要點(diǎn)光伏幕墻朝向太陽(yáng)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(shè)計(jì)太陽(yáng)電池板朝向與傾角的修正系數(shù)K6二、光伏與建筑結(jié)合設(shè)計(jì)要點(diǎn)光伏幕墻朝向太陽(yáng)電池方陣與地平面的二、光伏與建筑結(jié)合設(shè)計(jì)要點(diǎn)（3）應(yīng)用舉例已知信息：室內(nèi)用電負(fù)載的設(shè)備一臺(tái)，日均耗電640W.h/d；8W熒光燈6只，平均照明3h/d；標(biāo)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(tuán)提供的單晶硅太陽(yáng)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(jù)信息計(jì)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(shè)計(jì)二、光伏與建筑結(jié)合設(shè)計(jì)要點(diǎn)（3）應(yīng)用舉例2.光伏幕墻設(shè)計(jì)二、光伏與建筑結(jié)合設(shè)計(jì)要點(diǎn)計(jì)算過(guò)程：負(fù)載用電量計(jì)算：根據(jù)室內(nèi)負(fù)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(jì)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(chǎn)能至少應(yīng)與室內(nèi)負(fù)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(yáng)能總輻射能約為:H=5000MJ/(m2.a)=5000×106J/(m2.a)；單晶硅太陽(yáng)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(shè)計(jì)二、光伏與建筑結(jié)合設(shè)計(jì)要點(diǎn)計(jì)算過(guò)程：2.光伏幕墻設(shè)計(jì)二、光伏與建筑結(jié)合設(shè)計(jì)要點(diǎn)選用某集團(tuán)的太陽(yáng)電池板8塊，其規(guī)格為：1003mm×760mm，則實(shí)際電池板面積為1.03m×0.76m×8≈6.3m2＞4.3m2滿足設(shè)計(jì)要求2.光伏幕墻設(shè)計(jì)二、光伏與建筑結(jié)合設(shè)計(jì)要點(diǎn)選用某集團(tuán)的太陽(yáng)電池板8塊，其規(guī)格二、光伏與建筑結(jié)合設(shè)計(jì)要點(diǎn)（4）安裝與維護(hù)1）基本條件：安裝地點(diǎn)，要選擇光照比較好，周圍無(wú)高大物體遮擋陽(yáng)光的地方，當(dāng)工程面積較大時(shí)，安裝場(chǎng)地要適當(dāng)寬闊一些，避免碰損太陽(yáng)電池板；太陽(yáng)電池板總應(yīng)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(yáng)能，并使太陽(yáng)電池板全年接受太陽(yáng)輻射量比較均勻，一般有個(gè)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(shí)，當(dāng)方陣傾角不同時(shí)，各個(gè)月份光伏板的表面接受太陽(yáng)輻射量差別很大。資料表明，方陣傾角可以等于當(dāng)?shù)氐木暥?，只是往往?huì)使夏季電池方陣發(fā)電過(guò)量而造成浪費(fèi)，而冬天則因光照不足而造成虧損。大體來(lái)講，南方地區(qū)的方陣傾角可比當(dāng)?shù)鼐暥仍黾?°~10°太陽(yáng)能幕墻（屋頂）布線要合理，防止因疏忽而滲水、受潮、漏電，進(jìn)而腐蝕太陽(yáng)電池，縮短其壽命。2.光伏幕墻設(shè)計(jì)二、光伏與建筑結(jié)合設(shè)計(jì)要點(diǎn)（4）安裝與維護(hù)2.光伏幕墻設(shè)計(jì)二、光伏與建筑結(jié)合設(shè)計(jì)要點(diǎn)（4）安裝與維護(hù)安裝注意事項(xiàng)：最好用指南針確定方位，光伏板前不能有高大建筑物（樹(shù)木）等遮蔽陽(yáng)光；仔細(xì)檢查地腳螺釘是否結(jié)實(shí)可靠，所有螺釘、接線柱等均應(yīng)擰緊，不得松動(dòng)；光伏幕墻（屋頂）都有效防雷、防火等措施。必要時(shí)還要設(shè)置驅(qū)鳥(niǎo)裝置；裝置時(shí)不要同時(shí)接觸太陽(yáng)電池板的正負(fù)兩極，以免短路燒壞（電擊），有時(shí)可用不透明材料覆蓋后再進(jìn)行接線；組裝過(guò)程中藥輕拿輕放，嚴(yán)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(shí)間最好安排于春、秋兩季。首先仔細(xì)查明各組件的透明外殼及框架，判斷有無(wú)松動(dòng)和損壞。最好用軟布、海綿和淡水對(duì)其表面進(jìn)行擦拭以清潔除塵，早晚各一次為好，避免在白天較熱時(shí)用冷水沖洗。除了定期維護(hù)外，還要經(jīng)常觀察除垢，遇到狂風(fēng)、暴雨、冰雹和大雪天等天氣應(yīng)及時(shí)采取有效防護(hù)措施，待合格后方可正常使用。2.光伏幕墻設(shè)計(jì)二、光伏與建筑結(jié)合設(shè)計(jì)要點(diǎn)（4）安裝與維護(hù)2.光伏幕墻設(shè)計(jì)太陽(yáng)赤緯角太陽(yáng)光線與地球赤道面的交角就是太陽(yáng)的赤緯角，在一年當(dāng)中，太陽(yáng)赤緯每天都在變化，但不超過(guò)正負(fù)23°27′