CdTe薄膜電池組件在光伏建筑一體化應(yīng)用分析

引言我國“十四五”規(guī)劃中，強調(diào)碳中和及綠色生態(tài)的建立，倡導(dǎo)更合理的能源配置，未來將進一步推動綠色能源及節(jié)能減排的發(fā)展。另外，我國提出了“2030年碳達峰”和“2060年碳中和”的目標(biāo)，從具體細(xì)化到各領(lǐng)域來看，我國建筑碳排放量占總碳排放量的1/3以上，每年我國建成的房屋面積近20億m2，97%以上是高耗能建筑，因此如何實現(xiàn)建筑節(jié)能，解決建筑碳減排將是實現(xiàn)碳中和的重要途徑。而太陽能作為一種新型能源，具有安全、可再生的特點，是未來最有發(fā)展?jié)摿Φ木G色環(huán)保能源。光伏建筑一體化可以有效利用太陽能代替其他高碳排放能源，將太陽能光伏系統(tǒng)與建筑物結(jié)合，利用太陽能發(fā)電來優(yōu)先提供建筑自身用電，或可以向電網(wǎng)供電，緩解電網(wǎng)電力供需緊張的壓力，具有極大的社會效益。光伏建筑一體化應(yīng)用示范1.工程概況。

CdTe薄膜電池組件建筑一體化應(yīng)用示范項目位于青海省西寧市，當(dāng)?shù)毓庹召Y源豐富，水平面接收太陽能輻射總量約為5683MJ/m2，年峰值日照約為1578.8h。CdTe薄膜電池組件與青海科技大廈建筑相結(jié)合，在建筑物層間安裝CdTe薄膜電池組件代替玻璃，構(gòu)成了光伏建筑一體化示范項目。本項目在多個方位安裝（東立面70.672kWp，西立面69.046kWp，南立面71.448kWp，北立面70.672kWp），總裝機容量為281.838kWp。CdTe薄膜電池組件經(jīng)日光照射后，產(chǎn)生直流電，通過串并聯(lián)后接入逆變器，經(jīng)光伏逆變器將直流電轉(zhuǎn)換為電網(wǎng)允許的交流電后接入電網(wǎng)，所發(fā)電量自發(fā)自用，余電上網(wǎng)。2.CdTe薄膜電池組件選型。CdTe薄膜電池組件主要是實現(xiàn)太陽能到直流電能的轉(zhuǎn)換，是光伏系統(tǒng)的發(fā)電單元。本項目對太陽能電池組件選擇主要從幾方面進行考慮：①從建筑物整體外觀和實用性出發(fā)，外觀符合建筑物設(shè)計要求，光伏建筑一體化設(shè)計會使得建筑更富有生機，環(huán)保綠色的設(shè)計理念體現(xiàn)建筑與自然的結(jié)合。②太陽能電池組件的強度滿足建筑結(jié)構(gòu)的要求，固定組件的方式及安全性符合相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)；保證建筑物安全使用。③太陽能電池組件適用條件應(yīng)符合高寒高海拔地區(qū)使用，當(dāng)?shù)刈贤饩€強度較強，空氣較稀薄，晝夜溫差較大，對太陽能組件使用環(huán)境要求較高，需保證其壽命及安全運行。本項目使用夾膠中空CdTe薄膜電池組件，組件通過顏色配置（黑色）能滿足建筑物設(shè)計要求，具有弱光效應(yīng)好、溫度系數(shù)相對低、對光線入射角和溫度不敏感等優(yōu)勢；高度滿足立面安裝要求；“熱斑效應(yīng)”影響小；抗局部遮擋和落灰；避免CdTe薄膜電池組件因為熱斑造成其他影響，發(fā)電量也相對較高。在玻璃幕墻內(nèi)部植入雙玻璃CdTe薄膜電池組件替代普通材料，使建筑幕墻在具備傳統(tǒng)隔音、降噪、隔熱效果的同時，具備光伏發(fā)電功能，最大限度利用太陽能光照資源，有針對性地達到綠色節(jié)能的良性效果。3.組串設(shè)計。對逆變器而言，逆變器轉(zhuǎn)換效率受電壓的影響，過低或者過高都會導(dǎo)致效率有所下降；光伏組串電壓與逆變器輸入額定電壓相當(dāng)時，逆變器的轉(zhuǎn)換效率最高，發(fā)電效率最佳。本項目使用0.4kV并網(wǎng)，組件標(biāo)準(zhǔn)條件下額定電壓為94.4V；綜合考慮項目地理條件、溫度、項目現(xiàn)場CdTe薄膜電池組件排布情況和逆變器參數(shù)、效率等；同時根據(jù)高寒高海拔地區(qū)的氣候條件、安裝在不同立面的CdTe薄膜電池組件，其接收太陽輻照量不同，造成各立面組件的電壓和電流不一致。為減少發(fā)電量損失，不同立面的組件不能形成一個組串；根據(jù)建筑物立面太陽能電池組件排布情況，本項目每個組串的組件數(shù)量為7塊或6塊。4.發(fā)電量模擬及探討。青海省西寧市光資源情況：項目地位于東經(jīng)101.84°，北緯36.58°；當(dāng)?shù)毓赓Y源數(shù)據(jù)取自Meteonorm7.2氣象數(shù)據(jù)庫，見表1。通過模擬，得到各立面發(fā)電情況數(shù)據(jù)，見圖1表1青海省西寧市光照資源情況圖1項目各立面年均發(fā)電量由模擬數(shù)據(jù)可知，南立面年均發(fā)電量為75073.02kWh，北立面年均發(fā)電量為19903.83kWh，東立面年均發(fā)電量為55669.03kWh，西立面年均發(fā)電量為53712.81kWh，本項目預(yù)測年均總發(fā)電量為20.4萬kWh。由于各立面輻照度不一樣，各立面發(fā)電數(shù)據(jù)相差較大，南、北、東、西各面通過發(fā)電量計算的發(fā)電效率分別為86.38%、73.81%、85.72%、84.50%；且四個立面輻照度比較，南立面輻照度較高，北立面輻照度較低。各立面平均有效峰值日照時間見表2。表2各立面平均有效峰值日照時間通過項目模擬預(yù)測發(fā)電量，本項目南立面發(fā)電量較高，經(jīng)濟效益較高。青海省西寧市輻照度較強，根據(jù)QX/T89－2008《太陽能資源評估方法》，以太陽能年總輻射量為指標(biāo)，按照太陽能年輻射總量從高到低，對太陽能的豐富程度劃分為4個等級，該區(qū)域太陽能資源豐富程度等級為資源“很豐富帶”，適合建設(shè)光伏項目。從本項目發(fā)電量模擬數(shù)據(jù)來看，CdTe薄膜電池組件適合安裝于南、東、西立面，代替普通玻璃幕墻，發(fā)電量相對高。但北面太陽輻射損失較大，接收的太陽輻射較小，從經(jīng)濟性出發(fā)，不建議安裝CdTe薄膜電池組件，可安裝與CdTe外觀相近的玻璃仿片代替。結(jié)語總體來說，光伏建筑一體化是一種有效的新能源解決方案，能夠利用城市里有限的空間產(chǎn)生電能，減輕高峰時電網(wǎng)的負(fù)擔(dān)，同時能有效調(diào)節(jié)室內(nèi)采光、溫度等。通過將光伏建筑一體化應(yīng)用在大樓中，不僅能夠起到節(jié)能環(huán)保的作用，還能夠為當(dāng)?shù)靥峁┣鍧嵉碾娔芤约霸鎏盹L(fēng)景的作用。但是這種系統(tǒng)還面對