建筑集成光伏（精选七篇）
建筑集成光伏 篇1
一直以来, 建筑设计中, 屋顶、墙面以及窗户的设计, 都是为了更好的体现建筑美学以及实现基本的建筑功能, 随着新技术的不断发展, 建筑节能设计中, 越来越将这些建筑中的因素和新技术结合起来, 例如将太阳能光热转化和新材料的合理利用, 涌现出了一大批较为符合建筑节能方向, 低功耗和较好居住环境的建筑, 例如“太阳能建筑”、“风力零能耗建筑”以及“屋顶集热一体的建筑”等。
2 太阳能光伏建筑一体化的概述
太阳能光伏建筑一体化, 就是将光伏应用在建筑上, 且尽可能和建筑设计的因素相契合。根据光伏和建筑的不同的结合方式, 太阳能光伏建筑一体化可以分为两大类应用, 一类将直接价将光伏方阵和建筑的结合, 采用额外附着的方式, 将光伏方阵安装在建筑上, 建筑上在建设的时候, 预留光伏方阵的安装接口等。一类是将建筑上的部分结构和光伏元器件相结合, 直接在建设的时候, 就将光伏元器件嵌于建筑中。
2.1 光伏系统附着安装在建筑上
这种光伏和太阳能一体化的设计, 主要是将光伏组件安装在居民住宅或者建筑物, 然后通过逆变器、蓄电池和控制器等装置相连, 利用这种方式, 可以在已经建设好的建筑上进行额外加装。因此, 对建筑的整体美观, 以及建筑的主体结构没有什么影响。
2.2 光伏器件在建筑上的应用
随着光伏元器件的技术的不断发展, 越来越多的新技术被应用在建材上, 例如将建筑的外墙材料, 或者幕墙结构和太阳能光伏技术结合起来, 应用在建筑上, 不仅能够实现原来建筑的功能, 同时, 也能够实现发电、集热或者其他的作用。因此, 将光伏原件的建材化, 随着新技术的不断发展, 将有非常大的市场, 以及较大的应用空间。
3 太阳能光伏建筑一体化的应用优势
从上述太阳能和建筑结合方式, 可以看出, 将太阳能应用在建筑上, 不管如何将太阳能应用在建筑上, 都不会污染环境, 同时都能够起到节能作用, 在第一种应用方式中, 太阳能光伏建筑一体技术能够通过分布式并网技术, 减少蓄电池的使用, 充分利用太阳能以及建筑空间, 提高光伏系统发电量, 从基础上改变现有建筑中, 空间利用不合理, 以及提高建筑节能的效果。且采用这种方式, 也能够对电网起到调峰作用。
而采用第二种应用方式, 则不仅能够减少建材的浪费, 提高建筑结构的稳定性, 同时也能够更有效的利用太阳能, 无论是将太阳能的发电、集热或者其他的技术应用在建材中, 都能够有效对建筑起到“节能减排的作用”。
4 太阳能光伏发电系统的应用实例
太阳能取之不尽、用之不竭, 应用太阳能与建筑一体化, 不会污染环境、不占用土地, 起到建筑节能的作用, 下面以太阳能光伏发电系统的应用为例, 分析太阳能光伏发电系统的应用前景。
在某工厂的厂房建设的时候, 就可以在厂房的表面, 安装60个太阳能电池板, 不仅能够起到遮阳美化的作用, 也能够进行并网发电, 在本实例中, 太阳能光伏系统主要由太阳能电池板、多个单元逆变器、主控制器、系统联合保护装置以及配电上网系统组成 (见图1) 。太阳能通过太阳能够电池板, 使太阳能光伏组件将光能转换为电能, 然后, 通过单元逆变器之后, 将电力并网。
将太阳能光伏发电, 应用在厂房的建设中, 能够有效节省能源, 同时也有利于环境保护, 光伏并网发电比独立发电具有更大的发电能力, 并能节约成本。本项目建成后, 由于其所发电能直接输入办公楼内部电网低压侧, 无充放损耗, 发电量不受储能设备容量限制, 其发电量远远高于独立电站。
(1) 预计年发电电量1.6863万KWH;
(2) 使用寿命25年以上, 总共可发电42.1575万度;
(3) 系统工程直接投资32.724万元;
(4) 费效比为0.776元度电, 系统年节能量为16863k W·h。
5 结束语
在能源紧缺的今天, 该系统设计顺应节能减排的潮流, 太阳能光伏系统的年节能量为16863k W·h。由此可见, 集成系统的节能减排效果显著, 系统运行可靠、稳定, 不仅你能缓解能源紧缺的现状, 同时也能够降低建筑的造价。在相关政策的支持下, 该系统具有很好的应用推广前景。
参考文献
[1]潘时.太阳能与建筑集成设计及其仿真评价研究[D].武汉:武汉理工大学, 2012.
[2]于志.多种太阳能新技术在示范建筑中的应用研究[D].合肥:中国科学技术大学, 2014.
[3]王磊.西藏地区被动太阳能建筑采暖研究[D].成都:西南交通大学, 2008.
[4]赵群.太阳能建筑整合设计对策研究[D].哈尔滨:哈尔滨工业大学, 2008.
建筑集成光伏 篇2
升压站建筑工程施工项目部
汇报材料
榆林华源电力有限责任公司施工项目部
2014年08月24日
尊敬的各位专家、领导你们好！
在此，我谨以代表榆神协合200MWp生态光伏发电升压站建筑工程榆林华源施工项目部，向各位专家、领导汇报一下我部工作进展情况，同时恳请各位领导对我们的工作提出宝贵的意见。
本项目由榆林华源电力有限责任公司负责组织施工，项目经理部始终坚持“至精、至诚，更优、更新”的质量方针，科学管理，精心组织，以快速形成施工生产能力为目标，全体参战员工共同努力，协调各种资源以保证施工进展顺利。下面，就目前施工的基本情况向各位领导汇报如下：
一、项目概述：
陕西榆神协合200MWp生态光伏发电项目升压站设计占地面积为7533.55平方米，总建筑面积为2208.77平方米。建筑工程主要包括：主变压器基础工程、SVG连接变基础工程、浇制钢筋混凝土事故油池工程、防火墙工程、变配电设备构筑物、110kV构支架、生产综合楼工程、35kV配电室工程、综合水池工程、水泵房工程、SVG阀室工程、站区管网及污水处理工程、生活污水处理设备基础工程、进站道路工程、站区道路与地坪工程、站区沟道工程、围墙与大门、接地、照明等相应分项工程。
二、工程进展
工程原定于4月23日开工，实际开工时间为6月25日，截止到目前为止，升压站工程项目进展如下：
综合楼已经封顶，35KV配电室已经完成了基础浇筑、砌墙、圈梁及
柱的浇筑。计划在8月30日封顶完毕；
主变基础，已经完成了主变基础的浇筑，SVG阀室基础承台浇筑完毕，110KV构支架基础开挖，围墙东段砌墙结束。
其中，工程量最大的站区内综合楼为二层框架结构。建筑面积1257.56平方米，建筑高度为9.4米。包括继电器室、控制室、蓄电池室、站用配电室、办公室、餐厅以及员工宿舍等。由于为地基为沙土地质，地基处理程序繁杂，不但需要换填碎石，而且要对地基进行水坠处理，施工工序复杂，也是本次工程中施工重点。以下是综合楼建设中的几个关键节点。
1.6月28日开始基坑开挖；
2.7月23日完成碎石换填，并进行地基承载力测试；
3.7月26日进行混凝土垫层浇筑；
4.7月28日进行基础承台混凝土浇筑；
5.8月2日进行基础柱、梁混凝土浇筑；
6.8月9日进行综合楼一层柱、梁、楼面板、楼梯等混凝土浇筑；
7.8月15日进行二层柱、梁、屋面板混凝土浇筑，封顶；
三、进度保证措施
由于工期短，任务重，施工项目部对项目施工组织进行了优化组合，细分岗位，明确职责。对施工班组的工作做到日清，每天的工作内容提前安排，每天晚上项目部例会对各个班组总结工作完成情况，同时明确第二天需要完成的工作内容；并根据施工进度计划对人力资源以及机械设备进行了整改。在进行综合楼施工时，瓦工10人，木工28
人，钢筋工17人。挖掘机2台、装载车2台，振动式压路机1台，起重机1台；
满足目前施工生产需要。
四、质量保证措施
1．人员配置
建立健全质量管理体系，成立质量管理领导小组，明确项目经理为质量第一责任人。技术总工1名，专职质检员1名，施工员2名。
2.现场质量控制
（1）组织技术人员进行集体学习和技术培训，理论学习和实践相结合；
（2）严格执行技术标准和程序，认真落实技术交底制度；
（3）严格执行质量自检、互检、专检相结合的三检制度，加强过程控制。每道工序均安排管理人员及技术人员对施工全过程进行现场旁站，认真督促施工人员按照技术交底要求组织施工，严格坚持工序报验制度，严把工序间交接关，上道工序不合格，严禁下道工序施工。
3.材料控制：
（1）浇筑混凝土全部采用商混，确保质量；
（2）材料送检：每次送检从现场取样到送到质检站均由监理全程陪同；
五、安全管理
1．建立健全安全机构及体系，成立了安全领导小组，项目经理为安全生产第一责任人。配备安全员1名，各施工班组兼职安全员3名，共计4人。
2.在全项目部推行一岗双责制，形成安全问题人人管、人人抓的局面，彻底杜绝安全事故发生。由安全员主抓安全生产的各项制度、各种安全操作规程在日常的施工生产活动中的执行情况，安全工程师负责工地日常安全巡查，班组兼职安全员负责施工过程的安全监督。
3、具体措施：
各作业设备、施工作业面均设置安全操作规程和安全警示牌。进站路口悬挂指示牌对过往车辆进行提醒和引导。
现场用电均有专职电工负责实施，定期进行检修并进行记录登记。
六、结束语
升压站建筑工程进展过半，根据施工计划，8月底主要建筑将完成主体建设，9月底升压站内所有土建基本完成。后期时间紧任务重，施工项目部将更加注重安全施工、控制质量，控制施工进度。我的汇报完毕。
建筑集成光伏 篇3
在直流集成光伏模块发电系统中,每个光伏组件与其自身的DC/DC变换器集成在一起组成光伏模块,该模块能够实现各自的最大功率点跟踪,而不影响其他模块,有效地提高了光伏系统的能量利用率。且模块能够即插即用,便于组合,受到了研究者们的青睐
与光伏组件集成的DC/DC变换器拓扑通常有Buck、Boost、Buck-Boost、Cuk四种
然而,由于光照不均,灰尘等影响常使各光伏模块功率不均衡
本研究提出一种基于Boost/Buck直流集成光伏模块串联系统。该系统通过载波重叠的调制方式调节变换器的开关管,合理设计载波的重叠区域,使得串联系统中的各光伏模块在Boost,Buck或Boost/Buck模式之间自动切换,能有效减小甚至消除串联集成模块之间的相互影响。同时与传统变换器相比,输出电压与输入电压同极性,且工作效率和传统Buck、Boost电路相当。
1 光伏集成Boost/Buck变换器工作模式
直流集成光伏模块串联系统及其Boost/Buck变换器如图1所示。
图1 直流集成光伏模块串联系统及其Boost/Buck变换器
图1(a)中的DC/DC变换器由Boost和Buck变换器级联而成,如图1(b),该变换器输出电压和输入电压同极性。在直流集成光伏模块串联系统中,根据各模块输出的功率情况,合理控制各模块集成的Boost/Buck变换器,使其工作在升压或者降压模式,以使每个集成模块仍工作在自身的最大功率输出状态,从而在宽范围内实现了系统的最大功率跟踪。
对于N个光伏集成模块串联的系统,每个直流模块的输出电压可表示为
式中:Pi—单个集成模块的输出功率,当忽略变换器的功率损耗时,近似等于光伏组件的输出功率;Udc—直流母线电压。
式(1)表明每个集成模块的输出电压和其输出功率成正比。
本研究通过控制Boost/Buck变换器的输入电压(即光伏模块最大功率点电压)来实现MPPT,因此需要根据集成模块的输出电压不断调节Boost/Buck变换器的电压变比k。当光伏模块最大功率点电压高于集成模块的输出电压时,应降低电压变比k直至跟踪到最大功率点;当光伏模块最大功率点电压低于集成模块的输出电压时,应升高电压变比k直至跟踪到最大功率点。
本研究探讨了当调节k使得光伏模块工作在最大功率点时,开关管T1和T2的工作状态。
在图1(b)电路中,设T1和T2的导通占空比分别为d1和d2,则Boost/Buck变换器的电压变比(输出电压V0和输入电压Vin之比)可表示为:
相对于传统的Boost、Buck直流变换器,本研究的Boost/Buck变换器存在2个开关管,其电压变比k是d1和d2的二元函数,d1∈(0,1),d2∈(0,1)。由式(2)可知,对于某一个特定的k,存在无数对(d1,d2)。为了选择合适的(d1,d2),可以从开关损耗、电感电流纹波等角度来考虑。
电压比k一旦确定,即使对于不同的(d1,d2),变换器的输入输出电压、电流也是不变的。
1.1 考虑开关损耗
器件的开关损耗由导通电流、关断电压、开关频率决定。假定开关频率不变,导通电流和关断电压越小,则开关损耗就会越小。由图1(b)可知,电感L1,L2的电流分别由输入和输出电流决定。而对于确定的电压变比k,不同的(d1,d2)输入输出电流相同,两个开关管的导通电流可以认为相同。因此只需讨论不同的(d1,d2)对开关管关断电压的影响。
T1的关断电压为:
T2的关断电压为:
由式(3)和式(4)可得,为了让T1,T2的关断电压降低,d1应尽可能减小,d2应尽可能增大。结合式(2)分析,当k<1时,d1最小为零,d2最大为k,即T1一直关断,T2处于开关状态,只有后级Buck电路工作,变换器工作在Buck模式。当k=1时,d1最小为零,d2最大为1,此时T1一直关断,T2一直导通,变换器工作在直通状态。当k>1时,d1最小为1-1/k,d2最大为1,此时T1处于开关状态,T2一直导通,只有前级Boost电路工作,变换器工作在Boost模式。
1.2 考虑电感电流纹波
电感电流纹波会增大线圈铜耗和磁芯损耗,对于同样直流偏置电流和纹波频率,纹波幅值越小,电感损耗就会越小。
电感L1的电流纹波大小可表示如下式:
式中:Ts—开关周期。
电感L2的电流纹波大小可表示为:
由式(5,6)可得,为了让电感L1和L2的电流纹波最小,应使d1尽可能减小,d2尽可能增大。与(1)中考虑开关损耗类似,可以得到:当k<1时,变换器应工作在Buck模式;当k=1时,变换器应工作在直通状态;当k>1时,变换器应工作在Boost模式。
综合以上讨论可知,为了使得开关损耗和电感电流纹波最小,当k>1时,变换器应工作在Boost模式;当k=1时,变换器应工作在直通模式;当k<1时,变换器应工作在Buck模式。
从而可以看出,光伏集成Boost/Buck变换器,工作模式可在Buck和Boost之间切换,能够在宽范围内实现MPPT,并且能够实现输出和输入电压同极性,这是相对于传统变换器的一大优点。
2 光伏集成Boost/Buck变换器调制方法
图1系统中Boost/Buck变换器包含两个开关管,为了使变换器能够在Buck和Boost两种模式之间切换,借鉴文献
载波重叠PWM调制方式如图2所示。
图2 Boost/Buck变换器载波重叠PWM调制
图2中,Vtri1和Vtri2是频率和相位均相同的两列三角载波信号,该载波信号与控制模块输出信号相调制,从而得到两路频率相同的PWM驱动信号。载波Vtri1的幅值增加偏置ΔV,使得Vtri1和Vtri2的幅值部分重叠,重叠区域的存在可以使得变换器在模式切换时平滑过渡。当调制波的信号大于载波时,开关管导通;当调制波的信号小于载波时,开关管截止。因此,当调制波的幅值较小时,调制波与三角波Vtri2比较得到开关管T2的PWM驱动信号,此时调制波的幅值小于三角波Vtri1的最小值,因此开关管T1始终截止,电路工作在Buck模式。当调制波的幅值较大时,调制波与三角波Vtri1比较得到开关管T1的PWM驱动信号,此时调制波的幅值大于三角波Vtri2的最大值,开关管T2始终导通,电路工作在Boost模式。当调制波幅值在重叠区域时,开关管T1、T2都处于开关状态,电路工作在Boost/Buck模式。因此,通过改变调制信号的大小,电路可以在3种工作模式之间自动切换。
当调制波幅值在重叠区域时,电路工作在Boost/Buck模式,T1、T2都处于开关状态,很显然,相对于Buck模式和Boost模式,Boost/Buck模式的损耗更大。为了提高工作效率,载波重叠区域X应尽可能小。另一方面,若X<0,即两路载波不重叠时,调制信号在过渡区间对电压变比不起作用,因此要使得变换器在不同工作模式之间平滑切换,两路载波Vtri1和Vtri2的重叠区域X不能无限小,即存在一个最小值。
假设两路载波的幅值都为1,开关管开通延时对应的占空比为dz1,关断延时对应的占空比为dz2,则最小重叠区域为:
若取开关管的导通延时和关断延时为0.5 us,则对于20 k Hz的开关频率,载波幅值为1时,载波重叠区域的大小最小应为0.02。当重叠区域X>Δ时,调制信号dctrl和增益呈现出单调的单值对应关系。调制信号dctrl与开关管实际动作占空比d1、d2的函数关系式:
式中:dctrl∈[0,2-dz1-2dz2];dboost—开关管T1控制信号的占空比;d1,d2—开关管T1和T2实际动作的占空比。
当dz1=dz2=0.01,X分别为-0.1和0.1时,调制信号dctrl和实际电压增益k的关系曲线如图3所示。
图3 调制信号dctrl和实际电压增益k的关系曲线
比较可得,当X<Δ时,曲线会有一个平台;当X≥Δ时,曲线呈现出单调递增特性,在重叠区域平滑过渡。曲线出现平台表明调制信号失去对电压的控制,这增加了系统控制的难度。因此,X的取值应当大于Δ。
3 实验结果及分析
为了验证上述理论分析的正确性,本研究搭建了基于Boost/Buck电路光伏集成串联系统的软硬件实验平台,参数如下:L1=1 m H,L2=1 m H,C1=100μF,C2=470μF,C0=470μF,开关频率fs=20 k Hz。利用Agilent光伏模拟器E 4 360代替光伏模块,负载采用Agilent直流电子负载6 063 B,控制芯片采用DSPT-MS320F28 335。
本研究首先验证系统的宽范围最大功率跟踪工作特性。将光伏模拟器模块与Boost/Buck电路相连构成一个直流集成光伏模块,负载连接电子负载。设置光伏模拟器的IV曲线参数为:(Vmpp,Impp,Voc,Isc)=(40,2,50,2.5),Vmpp,Impp分别表示最大功率点电压和电流,Voc,Isc分别表示光伏模块的开路电压和短路电流,电压、电流单位分别为V和A,以下同。
将电子负载设置为电压模式,实验过程中调节电压,使得Boost/Buck输出电压在60 V和20 V之间跳变。测得光伏模拟器输出电压电流功率和负载电压波形如图4所示。
图4 光伏模拟器输出电压、电流、功率和变换器输出电压波形
图4中,输出电压Vout由60 V变成20 V,再变回60 V。整个过程中,光伏模块的输出电压Vpv、输出电流Ipv基本没有变化,变换器始终工作在MPPT,输出功率不变,验证了光伏集成Boost/Buck模块能够在较宽的工作范围有效地跟踪最大功率输出。
为了验证基于Boost/Buck直流集成光伏模块串联系统在不均衡条件下的工作性能,两个光伏模拟器模块分别与各自的Boost/Buck电路相连,Boost/Buck电路输出端串联后接电子负载。两个光伏模拟器的IV曲线初始参数设置为(Vmpp,Impp,Voc,Isc)=(40,2,50,2.5),电子负载设置成恒压100 V。实验过程中将第一个光伏模拟器的参数突变为(Vmpp,Impp,Voc,Isc)=(40,1,50,1.5),测得光伏模块的电压、电流、功率和变换器输出电压的波形如图5所示。
图5 光伏模块输出电压、电流、功率和变换器输出电压波形
从图5(a)可以看出,光伏模块1的最大功率点的电流突降为1 A后,光伏模块1的输出电流突变为约1 A,输出电压不变,输出功率约为40 W,可见此时模块1工作在最大功率点,其直流变换器的输出电压降为约35 V。同时在图5(b)中,光伏模块2的输出电压、电流、功率均不变,始终工作在最大功率点,说明模块1的光伏特性变化对模块2的MPPT并无影响,此时直流变换器的输出电压升高为约70 V。比较图5的(a)和(b),直流集成模块的输出电压比约为1∶2,而光伏模块的输出功率比约为40 W∶80 W=1∶2,输出电压和输出功率呈正比,与理论分析一致。
实验说明,基于Boost/Buck直流集成光伏模块串联系统在各模块功率均衡和不均衡情况下都能够实现各自光伏模块的MPPT,不需要额外的能量均衡电路,即能减小甚至消除串联集成光伏模块之间的影响。
4 结束语
本研究探讨了基于Boost/Buck直流集成光伏模块串联系统,按照开关损耗和电感电流纹波最小的原则确定了系统直流变换器的工作模式和基于载波重叠的调制方法,通过合理设置载波重叠区域,实现了系统的Boost、Buck和Boost/Buck切换的工作模式。
实验验证了由Boost/Buck变换器集成的光伏系统具有宽范围的最大功率跟踪特性,基于Boost/Buck直流集成光伏模块串联系统在各模块功率不均衡条件下,每个模块都可以按照各自光伏输入侧的不同工况,控制变换器工作在Boost或Buck模式,从而保证各模块工作在各自的最大功率点,自动消除串联各模块功率不均衡的影响,而不需要额外的功率均衡电路,是一种较好的串联直流集成光伏模块的电路拓扑。
摘要：针对光伏模块在各模块功率不均衡条件下,直流集成光伏模块串联系统最大功率跟踪失衡、系统母线电流受限等问题,提出了一种基于Boost/Buck电路的直流集成光伏模块串联系统,通过对该Boost/Buck电路工作机理和参数对系统性能影响的研究,引入了基于载波重叠的调制方式控制电路的开关管通断,并通过合理设计载波重叠区域,使该系统变换器可根据光伏模块输入侧的不同工况,在Boost、Buck以及Boost/Buck三种工作模式之间自动切换。研究结果表明,该变换器能够实现系统宽范围的最大功率跟踪,并且即使在各模块功率严重失衡的情况下,也能使各模块跟踪到自身的最大功率点,使得各串联光伏模块之间互不影响。
关键词：Boost/Buck电路,载波重叠,最大功率跟踪,直流集成光伏模块
参考文献
[1]ADINOLFI G,FEMIA N,PETRONE G.Design of dc/dc converters for DMPPT PV applications based on the concept of energetic efficiency[J].Journal of Solar Energy Engineering,2010,132(2):3041-3045.
[2]王力成,文东山,周斌,等.配电网中光伏功率主动消减策略研究[J].机电工程,2015,32(6):863-869.
[3]王晓坤,李玉玲.基于交错并联boost电路的集中式光伏发电系统[J].机电工程,2013,30(8):1005-1010.
[4]刘邦银,梁超辉,段善旭.直流模块式建筑集成光伏系统的拓扑研究[J].中国电机工程学报,2008,28(20):99-104.
[5]BRATCU A I,MUNTEANU I,BACHA S,et al.Cascaded DC-DC converter photovoltaic systems:power optimization issues[J].IEEE Transactions on Industrial Electronics,2011,58(2):403-411.
[6]李娟,杨晨,谢少军.一种用于光伏直流模块的高升压比直流变换器[J].电力电子技术,2013,47(3):51-53.
[7]孙孝峰,申彦峰,朱云娥.一种Boost型宽电压范围输入LLC谐振变换器[J].中国电机工程学报,2015,35(15):3895-3903.
[8]鲍官军,张林威,蔡世波.光伏面板积灰及除尘清洁技术研究综述[J].机电工程,2013,30(8):899-904.
[9]KADRI,R,GAUBERT J.P,CHAMPENOIS G.Non-dissipative string current diverter for solving the cascaded DC-DC converter connection problem in photovoltaic power generation system[J].IEEE Trans.on Power Electronics,2011,27(3):1249-1258.
[10]杨晨,谢少军,毛玲,等.基于双管Buck-Boost变换器的直流微电网光伏接口控制分析[J].电力系统自动化,2012,36(13):45-50.
[11]WALKER G R,SEMIA P C.Cascaded DC-DC converter connection of photovoltaic Modules[J].IEEE Transactions on Power Electronics,2004,19(4):1130-1139.
建筑集成光伏 篇4
单纯一块光伏组件不叫光伏构件,只有把光伏组件应用于具体的建筑构造(屋面、外墙、遮阳等),作为该建筑构造的组成部件或配件,承担一定的建筑功能(防水、防火、保温、遮阳等)时,才称其为建筑光伏构件。建筑光伏是分布式光伏的主流形式,发展建筑光伏,特别是将光伏组件直接作为建筑材料或建筑构件,就需要有不同形式的建筑光伏构件供建筑师选用。随着建筑光伏的不断发展,建筑光伏构件的研发已经引起越来越多企业的重视。
二、BHPV建筑光伏构件
图中这种建筑光伏构件叫“高强度建筑外装饰用光伏构件(Building HighStrength Photovoltaic Components.缩写BHPV)”,是由合肥微纳电工有限公司研发、生产的。BHPV是由钢化玻璃、太阳电池(单晶硅、多晶硅、薄膜等)、PVB胶膜、铝背板、聚氨酯保温材料、硅酸钙背板、铝合金边框等构成。它具有强度高(蜂窝芯结构),防火性好(铝背板+硅酸钙背板),保温性好(聚氨酯保温材料),防水性好(玻璃组件+密封条),符合建筑模数(M的倍数),散热性好(铝背板、铝边框),适用性强(单晶硅、多晶硅、薄膜太阳电池),美观(边框之间线槽),易于安装(铝边框)等特点。
三、BHPV作为屋面材料的适用性
屋顶是建筑顶部的外围护结构,具有稳定墙身、承受荷载、遮风挡雨、建筑节能、建筑美观等功能。屋面设计规定,屋面应满足防止雨水渗漏、冬季保温、防止结露、夏季隔热、适应受力变形、阻止火势蔓延等要求。根据BHPV的特点,比较适合作为屋面保护层,比如平屋顶的隔热层、坡屋顶的保护层、瓦屋面的瓦材等。
首先,它具有较高的强度,可以作为上人屋面,提高了屋面的设计使用年限;其次,它具有较好的防水性,如果作为瓦材或加强密封防水,可以作为一道防水设防,适宜一级防水等级屋面;其三,它具有较好的防火性能,燃烧性能达到B1级,适宜耐火等级为2级的单、多层重要公共建筑或二类高层建筑;其四,它具有较好的保温性,传热系数为1.9 W/(㎡·K),可作为一层屋面保温材料使用。
四、BHPV取得了多项检测鉴定
为了保证屋面符合设计要求,屋面技术规范规定,屋面材料进场后,应按规定抽样检验,提出检验报告,工程中严禁使用不合格的材料。为此,BHPV取得了如下性能检测报告:
1. 燃烧性能。
经国家固定灭火系统和耐火构件质量监督检验中心的型式检验,合肥微纳电工有限公司的建筑用光伏板经按《建筑材料及制品燃烧性能分级》GB8624-2012检验,燃烧性能达到B1级。
2. 热工性能。
经国家建筑节能产品质量监督检验中心的型式检验,BHPV传热系数为1.9 W/(㎡·K),低于2.0 W/(㎡·K)的技术要求。
3. 建筑物理性能。
经国家建筑节能产品质量监督检验中心的型式检验,BHPV抗风压性能满足5000k Pa,达到9级;固定部分2000Pa未渗漏,达到5级;平面内变形1/100无功能障碍或损坏,达到5级。
4. 电性能。
经上海市质量监督检验技术研究院太阳能产品认证试验,BHPV的各项电性能指标符合IEC61215的要求。
5. 应用性。
经安徽省住房和城乡建设厅组织召开的新产品新技术会议鉴定,BHPV可以在安徽省建筑工程中推广应用。
五、BHPV的技术标准化
合肥微纳公司始终坚持走技术路线,对产品精益求精,不断进行技术创新。截至2015年1月29日,该产品已获得授权的发明专利为6个,实用新型11个,国际专利(PCT)4个。在技术专利的基础上,编制完成了企业产品标准《建筑用光伏构件》Q/WN 01-2014、地方产品标准《建筑用光伏构件》DB34/T 2460-2015和地方工程标准《建筑用光伏构件系统工程技术规程》DB34/T 2461-2015。
光伏建筑的发展和思考 篇5
可再生能源法是推动BIPV发展的最大动力。制定必要的标准, PV专家和建筑专家相互学习、密切合作是促进BIPV发展和成功的主要因素。
光伏建筑有关技术问题
1、BIPV是什么?把光伏发电系统建设或者集成在现有建筑物或者新建筑物上, 既能满足光伏发电功能, 又与建筑物友好, 甚至提升建筑物的功能或提升建筑物的美感。如屋顶 (平、斜、棚等) , 幕墙 (冷、暖幕墙) , 遮荫帘, 天棚 (天幕) 等。
2、BIPV的设计问题。IEA PVPS Task 7专家小组制定了BIPV建筑的质量标准:自然集成;建筑设计和工程设计符合建筑审美要求, 美观、高雅, 令人赏心悦目;颜色和材料搭配得宜, PV系统颜色与周围其它材料颜色谐调;结构尺寸与建筑总体布局谐和;建筑整体外观与光伏系统匹配、和谐;设计概念有创新, 特别是与光伏系统结合时。
3、光伏建筑中的有关技术问题
(1) 电池和组件的技术要求:
电池要求:效率愈高愈好, 性能稳定, 价格低廉;色彩以深蓝色为主, 其他色彩以牺牲效率为代价, 非主流色。组件要求:符合建筑要求, 包括强度, 寿命, 尺寸, 外观, 连接等;针对不同建筑, 对透明度, 隔热, 隔音, 防火, 防爆等提出相应的特殊要求。封装材料:满足构件的不同功能要求:如前后玻璃, EVA等。建筑构件:光伏瓦, 屋顶构件, 幕墙构件, 透明构件, 天棚构件等。
(2) 光伏系统在建筑中的集成
PV系统在建筑中的集成分类:不可见型;直接加在设计中, 不体现集成, 如不可见型;在建筑总体设计中完美地加进光伏系统, 不改变建筑的总体外观设计, 完美的布局和集成;光伏系统以显要和美丽的方式集成到建筑设计中, 对建筑总体外观起到重要的美化作用;光伏系统与其他太阳能利用结合导致新型建筑和新的建筑设计理念。
世界光伏产业的快速发展及BIPV市场
1、快速发展的世界光伏产业
世界光伏产业在严峻的能源和生态环境压力下、在技术进步和法规政策推动下, 自90年代中后期进入快速发展时期。最近10年太阳电池的年平均增长率为41.3%, 最近5年的年平均增长率为49.5%。自2004年德国实施“上网电价法”以来, 市场急剧扩大, 光伏产品供不应求, 导致太阳级硅材料严重短缺。尽管如此, 2007年世界太阳电池产量达到4GWp, 增长率达到56.2%。成为世界上发展最快的产业之一。
2、我国BIPV的未来市场潜力
截至2006年, 中国房屋总建筑面积约400亿, 其中城市房屋131亿, 其中住宅面积81.8亿;农村住宅面积大约160亿。城镇住宅屋顶可利用面积8亿, 农村住宅屋顶可利用面积32亿, 共计40亿。如果20%安装太阳光伏方阵就会有80GWp。2020年和2050年可利用面积分别增加50%和1倍, 太阳电池阵列效率分别从现在的10%增加到15%和20%, 则屋顶资源量从现在的80GWp分别增加到180GW和320GW。这是一个非常巨大的市场潜力。
中德光伏建筑合作签字仪式纪实 篇6
这座德国的古堡坐落在一座山丘之上, 古堡庄严巍峨, 已有千年的历史, 现已成为公共开放的场所。在这里举行签字仪式, 不仅庄严郑重, 而且凝聚了历史的沧桑。
签字仪式大厅高大宏阔, 中间一排分别坐着中国建筑金属结构协会会长姚兵、光电建筑应用委员会主任梁岳峰、德国内务部长、巴伐利亚州州长、本市的市长、IBC公司董事长、IBC公司监事会负责人、KPMSUN总裁和贝克教授, 左右竖排分座着中国考察团成员和IBC公司成员。
签字仪式于当地时间上午9:00开始, IBC公司董事长默先生发表了热情洋溢的讲话, 并介绍了IBC公司28年的太阳能光伏发展历史与取得的成就。接着, IBC公司技术负责人海尔曼先生介绍了IBC公司的光电建筑一体化发展理念, 他从建筑构造形式、光伏组件朝向与角度、建筑表面优化设计等方面, 强调了光伏建筑接收阳光最大化问题。随后, 贝克教授介绍了德国建筑界举办的世界范围内光电建筑一体化评奖活动, 通过8幅图片, 展示了当今光电建筑一体化设计的优秀成果, 以及获奖理由和评选标准。
光伏发电与建筑的有机结合 篇7
当前,全球范围内能源供需矛盾日益突出、环境污染日益严重,倡导环境的可持续发展成为时代的主题,各国都日益重视可再生能源的开发和利用。太阳能作为取之不尽,用之不竭的清洁能源,其安全、易用的特点是无可比拟的,但要充分发挥这种优势,则需要政府、企业以及社会各方面的努力,促进太阳能技术与建筑的结合并实现产业化。当今的建筑业也必须重视新技术的应用,既可提高建筑的内在品质,又能找到经济增长点。“绿色建筑”这一理念正是在“可持续发展”的背景下提出的,将太阳能的利用纳入到绿色建筑的评估体系中,将有力促进太阳能在建筑中的利用及其与建筑的有机结合。
近年来,太阳能光伏发电的应用规模及范围正在迅速扩大,光伏发电与建筑行业相结合已成为当前的热门领域。随着太阳电池价格的不断下降和制造技术的飞速发展,光伏发电与建筑相结合必将成为太阳能应用中最重要的领域之一。
2 光伏发电与绿色建筑
在创建节约型社会的倡导下,绿色建筑无疑是建筑界、工程界、学术界和企业界最热门的话题之一。这里的“绿色”代表了节能、环保,目的是创造健康、舒适的工作和生活空间。智能建筑的出发点是满足当前人们的需求,而绿色建筑的出发点不仅是满足人们的需求,而是对传统能源消耗方式的革新,即在充分利用可再生能源的基础之上,尽可能的提高能源的使用效率。
绿色建筑这一概念是基于“可持续发展”的背景之下提出的,它考虑的是健康、舒适、安全,是保证人们最佳工作和生活环境的建筑。建设绿色建筑的目的是为了环保节能,我们强调的节能,并不是以牺牲人们舒适度和工作效率为代价的,而是指通过技术手段提高能源的利用率,转变能源的利用方式。在这一方面,太阳能光伏发电是最典型的代表,将光伏发电与建筑相结合能够更好的推动绿色建筑的发展,能够达到环保、提高人们生活舒适的目的。
2008年北京奥运会提出了“绿色奥运、科技奥运、人文奥运”的理念,光伏发电开始融入奥运建筑。各体育馆与运动员村等奥运建筑中将大规模采用太阳能等绿色能源利用技术。所以说,光伏发电与建筑相结合是绿色建筑的标志,也是建筑节能的有效途径之一,无论怎样定义绿色建筑,缺少光伏发电,绿色建筑是不完美的。
绿色建筑与光伏发电相结合必将成为本世纪建筑行业的又一个崭新的亮点。
3 光伏发电与建筑相结合的意义
光伏发电的发展能够部分代替可再生能源,缓解可再生能源不断减少的现状。随着我国经济持续快速的增长,能源供需矛盾将进一步加剧,因此从能源使用的长远战略角度和调整、优化能源结构需求而言,大力发展光伏发电是保障我国能源安全的重要战略举措之一[1]。光伏发电与建筑相结合既可提高居民的生活质量和住宅的舒适度,又可使建筑物设计新颖别致、美观奇巧;既能发电,又是建筑构件,使建筑物的科技含量和住宅的舒适度得到提高,既提高了居民的生活质量,又体现了“以人为本”的建筑理念。
建筑形式是外在美的体现,而建筑是否节能则是内在美的体现,只有做到内在美与外在美、形式美与内容美的统一,才是一个符合科学发展观要求、反映人类文明进步水平的优秀建筑作品,是当代建筑师应当追求的目标。在追求建筑美观、舒适的同时,节能环保应放在更加重要的位置。
光伏与建筑相结合应用时,通常采用并网发电的方式,这类系统与独立光伏系统相比,具有以下突出的优点。
(1)对于并网户用系统,光伏方阵在有日照时所发出的电能,供给建筑物内负载使用,如果有多余,可反馈给电网;在阴雨天或晚间,由电网给负载供电。这样,系统不必配备储能装置,可以降低系统造价,既免除了维护和更换蓄电池的麻烦,还增加了供电的可靠性。
(2)光伏方阵一般可以安装在闲置的屋顶或阳台上就地供电,不需要另外架设输电线路,避免了长距离输配电所造成的线路损耗。这种分散供电的模式具有很多优点,将会改变目前单一的集中供电模式。
(3)由于光伏阵列安装在房顶和墙壁等外围结构上,吸收太阳能,转化为电能,大大降低了室外综合温度,减少了墙体散热和室内空调冷负荷,既节省了能源,又利于保证室内空气的品质。
(4)夏天是用电的高峰期,在天气炎热时,空调、制冷等设备的利用率高,耗电量大。
夏天的太阳辐射强度大,太阳电池方阵所发的电能也多,正好能起到电网调峰作用。
(5)避免了由于使用一般化石燃料发电所导致的空气污染和废渣污染,这对于环保要求严格的今天与未来更为重要。
(6)在建筑结构上安装光伏阵列,可以推动光伏组件的应用和批量生产,从而进一步降低其市场价格。
所以说,光伏发电与建筑有机结合光伏发电+建筑,而是,光伏发电与建筑有机结合≠光伏发电+建筑。
4 光伏发电与建筑相结合的形式
将一般的光伏方阵安装在建筑物的屋顶或阳台上,可以为其配备蓄电池进行独立供电,也可以通过逆变控制器输出端与公共电网并联,使电网和光伏方阵共同向建筑物供电,这是光伏系统与建筑相结合的初级形式。
使光伏组件与建筑材料融为一体,采用特殊的材料和工艺手段,将光伏组件做成屋顶、外墙、窗户等部件,可以直接作为建筑材料使用,既能发电,又充当建筑材料,这样能够进一步降低发电成本。
5 光伏发电的控制
由于太阳能发电具有分布比较分散的特点,控制各个系统相互协调工作、安全运行显得至关重要。太阳能电池板输出的是直流电,必须经过光伏逆变器变为220V、50Hz的交流电。光伏发电的整体框图如图1所示。
光伏发电与建筑相结合使得各个发电系统分布比较分散,各个独立的光伏并网发电系统必须能够协调统一的进行工作,在这方面比较明显的是有效防止“孤岛效应”事件的发生。所谓孤岛效应,根据美国Sandia国家实验室(Sandia National Laboratories)提供的报告指出:当电力公司的供电,因故障或停电维修而跳脱时,各个用户端的太阳能并网发电系统未能及时检测出停电状态而将自身切离市电网络,而形成由太阳能并网发电系统和周围的负载形成的一个电力公司无法掌握的自供电孤岛。“孤岛效应”会对输电线路维修人员的安全产生危害,会产生孤岛区域的供电电压与频率不稳定,会因供电系统单相供电而造成系统三相负载的欠相供电,当电力恢复时造成相位不同步等问题,所以,必须对各个光伏并网发电系统进行合理的控制,有效的防止“孤岛效应”事件发生,避免造成不必要的损失。
由于光伏发电与建筑结合的系统分布发散的特点,大部分的系统只有一台简单的控制器来完成对系统的检测和控制。如果对每台控制器提供一个网络接口,那么就可以实现对设备运行状况的远程监控和远程维护,这样就可以使各个分散的小系统统一起来组成一个大的网络控制系统,对各个小系统实现网络化控制,便于对各个小系统进行有效的管理。
6 结束语
光伏发电和建筑相结合的发展,标志着光伏发电由边远地区和特殊应用向城市过渡,由补充能源向替代能源过渡,由大型集中电站向分布式供电模式过渡,人类社会向可持续发展的能源体系过渡,太阳能光伏发电将作为最具可持续发展理想特征的能源技术进入能源结构,其比例将愈来愈大,并成为能源主体构成之一。
摘要：本文介绍了光伏发电的概念及系统构成,光伏发电与建筑相结合的优点,光伏发电的控制,以及光伏发电与建筑相结合的意义,有助于推动绿色建筑的发展和建筑节能。
关键词：光伏发电,孤岛效应,绿色建筑
参考文献
[1]李文婷.建筑一体化光伏并网发电的应用和前景[J].高新技术,2004(3):25-26.
[2]杨金焕、葛亮等.光伏发电与建筑相结合技术[J].实用技术,2005(2):20-22.
[3]袁旭东,魏湘渊.光伏—建筑一体化的研究[J].新建筑,2001(2):67-69.
[4]丁国华.太阳能建筑一体化[J].建筑节能,2005(7),100-101.
[5]赵为.太阳能光伏并网发电系统的研究[D],2003.
[6]王艳.发展绿色建筑,太阳能发电唱主角[J].太阳能建筑,2005(6):27-28.
[7]吴成东,李新辉.建筑节能及其发展[J].智能建筑及城市信息,2005(10):83-87.
[8]张大熙,李欣等.光伏太阳能系统在建筑上的应用[J].建筑节能,2004(1):10-12.
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