BIPV技術與應用院士中心第96場論壇

李紅波2021.5.6BIPV技術與運用主要內(nèi)容概述BIPV系統(tǒng)設計BIPV運用方式BIPV組件及系統(tǒng)技術兆瓦級BIPV系統(tǒng)案例建筑能耗占全社會終端能耗的27.8%；發(fā)電上網(wǎng)方便，不需求架設輸電線路無需額外占地或加建其他設備，可以安裝在任何地方；光伏和電網(wǎng)同時給負載供電，添加供電的可靠性；無廢棄物排放，不耗費任何燃料、水，不會給居民的生活帶來不便。一、概述并網(wǎng)運用，直接并入電網(wǎng)，城市采用建筑一體化方式〔BIPV〕，既不影響建筑美觀，又成為建筑的一部分，也可直接做為建材，以降低整體造價，在城市土地緊張，太陽能又屬于低密度能源，需求用面積來到達一定功率，采用BIPV可提高土地利用率，二、BIPV系統(tǒng)設計BAPVBuildingAttachedPVBIPVBuildingIntegratedPV完美調(diào)和是設計的目的與建筑結合的太陽電池組件所應具有的功能BIPV系統(tǒng)設計原那么美觀性：光學要求、顏色、外形質(zhì)感、透光率構造性：尺寸和外形、承壓、防雨、隔音、隔熱等平安性：電性能平安、構造可靠、避雷及接地維護功能性：溫度和通風要求、防熱斑、方便安裝等安裝后安裝前附加的特性：太陽電池與建筑結合后還具有最為重要的特性————發(fā)電。傳統(tǒng)的建筑資料被太陽電池組件替代后還具有獨特的光學效果。.安裝方式顏色：透光性外形尺寸形變：彎曲的或柔性的太陽電池組件晶體硅太陽電池:圓形或方形的硅片；薄膜太陽電池:在玻璃或其它資料的襯底上堆積〔非晶硅、CIS,CdTe〕復合型太陽電池(Sanyo,J):硅資料襯底上堆積非晶硅薄膜。各種薄膜太陽電池:CIS：9%amourphoussilicon：5％－8％CdTe：7to8%各種晶體硅太陽電池效率：14％－23％技術性原那么〔1〕思索建筑物的周邊環(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)的組件朝向及傾角對于晶體硅太陽電池，很小的遮擋就會引起很大的功率損失；遮擋對于薄膜電池的影響要小得多。技術性原那么〔3〕思索組件的通風，盡量保證通風良好溫升情況及功率損失作為立面墻體材料，沒有通風，溫升非常高，功率損失9%；作為屋頂建筑材料，沒有通風，溫升很高，功率損失5.4%；安裝在南立面，通風較差，溫升很高，功率損失4.8%；安裝在傾斜屋頂，通風較差，溫升很高，功率損失2.6%；安裝在平屋頂，通風較差，溫升很高，功率損失2.1%?！?〕根據(jù)建筑形狀及組件尺寸確定排布方案及并網(wǎng)方式計算每一個方向可以安裝的組件總數(shù)及陳列方式每組串聯(lián)數(shù)普通一個朝向?qū)宦纺孀儯蕴岣吣孀冃省?〕合理設計盡量減少電纜長度對于不同的日照條件、氣候條件和安裝方式，電池板的外表溫度也不同，在空氣流通的室外，溫度可以到達50℃一80℃，對于晶體硅電池，由于存在熱斑效應，有時部分溫度能到達200cC。電池片的溫度會使中空玻璃空腔內(nèi)的空氣過度膨脹，當夜晚沒有日照時，隨著電池片溫度的降低，腔體內(nèi)的空氣也會降溫收縮。這樣，中空玻璃一直處于高低溫交變的條件下，會使密封資料壽命大大縮短，呵斥中空玻璃密封失效，甚至玻璃炸裂。溫度影響要素中空雙玻璃光伏組件各部位的溫度關系為:向光面＞中空層＞背光面在溫度較高的地域，中空雙玻璃光伏組件比普通雙玻璃光伏組件少產(chǎn)生8%左右的電能光伏玻璃幕墻組件熱性能研討電氣銜接方式規(guī)范太陽電池組件的接線盒是放在組件背后；與建筑結合的太陽電池組件：接線盒放在太陽電池組件的側面。三、BIPV運用方式與屋頂?shù)囊惑w化運用與墻的一體化運用與遮陽安裝的一體化運用其它光伏建筑構件一體化運用與屋頂?shù)囊惑w化運用光伏瓦荷蘭Lafarge公司與墻的一體化運用與遮陽安裝的一體化設計其它光伏建筑構件四、BIPV組件及系統(tǒng)技術光伏幕墻組件光伏玻璃幕墻組件兩片玻璃必需是鋼化玻璃，向光的一面必需是超白鋼化玻璃；電池片可以是單晶硅、多晶硅、非晶硅的一種。中間的膠片可以是EVA或者PVB。1〕光伏玻璃幕墻組件美學要求應滿足建筑物對光影要求假設BIPV組件安裝在大樓的觀光處，需求光線通透，采用光面超白鋼化玻璃制造雙面玻璃組件，用來滿足建筑物的功能。在BIPV組件中，要思索到室內(nèi)的采光要求，這時要調(diào)整電池片間距到25mm左右，使組件的透光率在30％左右。與建筑物的外觀效果相協(xié)調(diào)普通光伏組件的接線盒普通粘在電池板反面，接線盒較大，很容易破壞建筑物的整體協(xié)調(diào)感，通常不為建筑師所接受，因此BIPV建筑中要求將接線盒省去或隱藏起來。普通光伏組件的銜接線普通外露在組件下方，BIPV建筑中光伏組件的銜接線要求全部隱藏在幕墻構造中。2〕光伏幕墻組件構造性要求普通光伏組件，只需經(jīng)過IEC61215的檢測，滿足抗130km/h(2,400Pa)風壓和抗25mm直徑冰雹23m/s的沖擊的要求。光伏玻璃幕墻組件不僅需求滿足光伏組件的性能要求，同時要滿足幕墻的三性實驗要求〔風壓變形性能、雨水浸透才干、空氣浸透性能〕和建筑物平安性能要求，因此需求有更高的力學性能和采用不同的構造方式。普通光伏組件普通只需4mm厚，這種組件作為BIPV組件來運用往往會將大量的熱量帶人室內(nèi)，同時也不能滿足隔音的要求。這時可以將普通光伏組件做成中空Low-E隔音節(jié)能玻璃，這樣既能隔熱又能隔音，但技術上的難題有待處理。3〕建筑隔熱隔音要求4〕BIPV組件電學性能與建筑構造的配合在設計BIPV建筑時要思索電池板本身的電壓、電流能否方便光伏系統(tǒng)設備選型。比如在光電幕墻設計時，可以思索調(diào)整分隔，使BIPV組件接近規(guī)范組件電學性能。另外，也可以采用不同尺寸的電池片來滿足分隔的要求。另外，還可以將少數(shù)邊角上的電池片不銜接如電路，一滿足電學要求。BIPV光伏組件的安裝要比普通組件的安裝難度大很多。普通BIPV組件安裝高度較高、安裝空間較小。思索到安裝方便，可以將光伏組件和構造做成單元式構造，方便安裝提高安裝精度。比如可以采用單元式光電幕墻替代明框幕墻和隱框幕墻。5〕BIPV組件應安裝、維護方便光伏瓦光伏遮陽組件PV-LED一體化組件BIPV組件及系統(tǒng)開展趨勢大尺寸、多樣化柔性化模塊化集成化：單逆變組件、光伏-光熱復用構件多點接入微網(wǎng)及其控制技術；大尺寸、多樣化柔性化美國Konarka公司柔性化模塊化支架構造接線盒引線方便安裝可靠性高模塊化遮擋問題？異形組件電氣銜接？直流模塊式BIPV組件光伏光熱復用構件集成PV-LED一體化集成化光伏與保溫資料一體化集成光伏與電致變色一體化集成太陽能涂料BIPV系統(tǒng)可靠性問題并網(wǎng)逆變器失效光伏建筑一體化組件光伏組件的安裝、構造直流設備〔開關，電纜，過壓維護電路〕組件沾污在屋頂安裝的系統(tǒng)組件污染對功率輸出的影響在2%以下較嚴重的污染使得系統(tǒng)功率輸出減少高達18%BIPV組件安裝問題組件安裝機械強度不夠接線銜接點松動接線盒中二極管散熱問題.運行過程中的問題對系統(tǒng)的影響程度安裝結構的腐蝕與缺陷19%組件沾污12%串保險絲缺陷4%問題組件（玻璃碎了，開路，變色）<2%串二極管缺陷2%插頭/插座連接器受銹蝕1%過電壓保護裝置缺陷<1%在檢查200個1000W屋頂光伏系統(tǒng)中發(fā)現(xiàn)的缺陷和缺乏主要影響要素五、兆瓦級BIPV系統(tǒng)案例上海太陽能工程技術研討中心

兆瓦級BIPV系統(tǒng)光伏遮陽系統(tǒng)將太陽能光伏技術與傳統(tǒng)的遮陽安裝結合在一同的新型光伏建筑構件。玻璃幕墻系統(tǒng)圓環(huán)頂BIPV系統(tǒng)PV-LED系統(tǒng)柔性薄膜系統(tǒng)屋頂光伏系統(tǒng)車棚光伏系統(tǒng)光伏逆變、控制系統(tǒng)3KW光伏玻璃幕墻系統(tǒng)發(fā)電量實際與實踐對比實際與實踐根本符合，平均差別在5%以內(nèi)，其中最大的差別為2021年2月份差別為6.4%，最小的差別為2021年12月份，差別為2%。實際發(fā)電值總是大于實踐發(fā)電值，闡明實際模型中，部分參數(shù)取值存在偏向。中空玻璃幕墻發(fā)電情況到達了預期的效果。兆瓦級BIPV系統(tǒng)發(fā)電量實際與實踐對比實際與實踐根本符合，總發(fā)電量為13.9萬kWh，實際發(fā)電量為68373.1kWh，實踐發(fā)電量為65246.8kWh，差別為4.5%，2021年2月份，實際發(fā)電量為73161.6kWh，實踐發(fā)電量為66252.8kWh，差別為9.4%。經(jīng)過近三個月的運轉(zhuǎn)，兆瓦級BIPV發(fā)電系統(tǒng)較好的到達了預期的效果。世博BIPV運用中國館BIPV運用主題館BIPV運用世博中心BIPV