1、太陽能光電技術在節能建筑中應用設計方法太陽能光電技術在節能建筑中太陽能光電技術在節能建筑中應用設計方法應用設計方法姓名：姓名：學號：學號：太陽能光電技術在節能建筑中應用設計方法 摘要：摘要：本文從太陽能光伏技術應用的現實意義出發，介紹了光伏系統的組成及功能、光伏電池性能特點等，重點分析了光伏建筑一體化( B I P V)的應用特點、相關要求、建筑與結構的設計要點及發電量計算，闡述了光伏技術的應用現狀及發展前景太陽能光電技術在節能建筑中應用設計方法 前言：前言：能源問題越來越成為世界關注的熱點問題，嚴峻的能源緊張狀況已經危及我國未來國民經濟安全運行，引起黨和國家的高度重視。2006年1月1日中國

2、可再生能源法頒布實施后,國家有關部門隨后相繼出臺了二十多個促進可再生能源發展的辦法和條例，建設節約型社會是黨和國家今后長期發展的戰略性指導原則,已經成為全社會的共識而深入人心。太陽能光電技術在節能建筑中應用設計方法 太陽能的光伏發電技術是利用光電轉換的原理讓太陽輻射光能通過半導體的媒介轉化成電能，從而使能源的運用更加靈活。從長遠看，太陽能的光伏發電技術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、轉化的效率低；就目前來看，太陽能的光伏發電技術和建筑物相結合來研究得最多的是建筑的光伏一體系統簡稱 BIPV 系統。太陽能光電技術在節能建筑中應用設計方法 BIPV將太陽能的發電機組完美地集

3、結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電系統完全一致，唯一的區別在于太陽能的組件既可以被當作系統的發電機，又可以當作建筑物的外墻材料。B I P V系統的發電原理是利用光伏電池的半導體P N結特性，電池片可以吸收陽光將其轉成直流電能并輸出，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，讓光伏組件再結合其它相配套的配電柜、逆變器、變壓器等電器設備，便可以輸出人們需求的的交流電。太陽能光電技術在節能建筑中應用設計方法一、光伏建筑一體化系統建筑設計要求 1、一般規定 光伏建筑一體化系統中光伏組件與建筑的集成結合方式，有光電屋頂、光電幕墻、光電采光

4、頂和光電遮陽板等。系統設計需結合建筑、結構等相關專業要求，共同確定系統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能要求、結構安全及使用要求、以及電氣安全等要求，并配置帶電警告標識及電氣安全防護設施，以免出現小必要的觸電事故。太陽能光電技術在節能建筑中應用設計方法 此外，光伏建筑一體化系統規劃設計需進行太陽能輻射、建筑物、電網等方面的評估。在建筑物上安裝該系統小能降低建筑物本身或者是周圍相鄰建筑物的日照標準;避免周圍環境景觀、綠化種植及建筑自身的構件投影遮擋投射到光伏組件上的陽光；避免光伏組件對建筑本身或者是周圍建筑物群體的二次輻射造成光污染。 2、建筑專業設

5、計要求 安裝光伏組件的建筑部位在冬至日全天日照應小低于3h；并在安裝光伏組件的部位采取安全防護措施；滿足其所在部位的建筑防水、排水、雨水、隔熱及節能等功能要求。太陽能光電技術在節能建筑中應用設計方法 除了以上技術要素之外，光伏建筑一體化系統設計另一至關重要是滿足建筑的美學要求，介紹如下兩點： （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，現代建筑屋頂或外墻幕墻如安裝光伏組件，對采光會有一定的需求，此時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調感，光伏建筑一體化系統中一般將接線盒省去或隱藏起來太陽能光電技術在節能建筑中應用設計方法 ，此時需考慮旁路二極管保護，可將旁路二極管和所有連接線隱藏在幕墻結構中，同時需做好防雨水侵蝕和防曬措施。 3、結構專業設計要求 根據光伏建筑一體化系統的類型，對光伏組件的安裝結構、支撐光伏系統的主體結構或結構構件及相關連接件進行相應結構設計。結構設計應與工藝和建筑專業相配合，合理確定光伏組成部分在建筑中的位置。光伏建筑結構荷載取值應符合建筑結構荷載規范(GB50009-2010)的規定。太陽能光電技術在節能建筑中應用設計方法二、光伏建筑一體化系統的設計原則及步驟 光伏建筑一體化系統

7、的設計在收集當地氣候參數的基礎上，根據建筑物的使用功能、電網條件、負荷性質和系統運行方式等因素，確定系統為安裝型、建材型或構件型。光伏組件的傾角、數量、安裝位置及陰影的設計要和建筑物設計同時進行，因其對光伏建筑一體化的外觀影響校大，應盡量做到相互平衡、協調、一體化的設計。簡單設計步驟如下： （1）設計之前收集當地的太陽能輻射以及溫度變化等氣象數據，當地氣象部門太陽能輻射量一般只有水平面的數據，需要根據理論計算換算出太陽能光電技術在節能建筑中應用設計方法 光伏板表面的實際輻射量。 （2）建筑設計和電力負荷的確定，決定光伏組件的類型、規格、數量、安裝位置、安裝方式和可安裝面積的場地，同時光伏組件規

8、格及安裝面積、安裝位置也決定了光伏系統的最大安裝容量。 （3）系統的直流匯線箱、逆變器、測量和數據采集系統的設計。太陽能光電技術在節能建筑中應用設計方法三、太陽能光電技術在建筑上應用的設計 以下我將通過介紹在南京地區應用太陽能光電技術，從系統原理、主要設備技術要求、設備安裝位置等方面進一步闡述光伏建筑一體化系統在建筑電氣設計中的思路及技術要求。 1、系統組成 并網光伏發電系統由太陽電池組件及其支架、方陣防雷接線箱、直流配電柜、光伏并網逆變器、配電保護系統和系統的通訊監控裝置組成。太陽能光電技術在節能建筑中應用設計方法 2、太陽電池陣列設計 （1）太陽電池陣列安裝傾角的確定 根據現場勘測，安裝現

9、場位于北緯33.53，鋪設太陽電池陣列的最佳傾角不應超過該緯度。根據當地的陽光照射條件，每年59月是太陽光照射強度最大時間段，日照輻射總量約占全年輻射總量的75，該時間段的太陽光垂直入射所對應的平均安裝傾角約為30。由于采取并網光伏發電系統，電網作為儲能裝置，不必像蓄電池那樣受到容量的限制，故太陽電池陣列的安裝傾角為全年能接收到最大太陽輻射量所對應的角度。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的最佳傾角朝陽安裝，光伏組件表面的水平方位角為SOw，即為正南方向。太陽能光電技術在節能建筑中應用設計方法 （2）太陽電池組件選型 目前工程上應用的太陽電池組件主要為晶體硅電池組件，

10、其中單晶硅太陽電池轉換效率最高，多晶硅次之，但實際應用中兩者差別較小。由于多晶硅成本較低，比單晶硅應用更多，因此項目采用型號JD一280M、功率為270290W的多晶硅太陽電池組件，電池片單體光電轉換效率約為1617。太陽能光電技術在節能建筑中應用設計方法太陽能光電技術在節能建筑中應用設計方法太陽能光電技術在節能建筑中應用設計方法 （2）光伏組件串、并聯方式設計 光伏陣列通過組件串、并聯得到，組件的串并聯必須滿足并網逆變器輸入電壓和輸入功率的要求。系統采用500kW光伏并網逆變器，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。太陽電池組件串聯的組件數量

11、N=88036824塊，考慮溫度變化系數，取20塊太陽電池組件串聯形成一條支路單元，每條支路單元的串聯功率為46kWp。系統共計8700塊太陽電池組件，實際功率達到2001kWp。太陽能光電技術在節能建筑中應用設計方法 3、并網逆變器的選擇 并網逆變器是并網光伏系統的重要設備，其功能是將太陽能發電系統所發出的直流電轉換成交流電。系統選用許繼柔性輸電系統公司自主開發的GBL200500380-ST光伏并網逆變器，每臺逆變器的額定功率為500kW，均含有隔離并網變壓器，實現電氣隔離。逆變器的核心控制采用基于SVPWM的無沖擊同步并網技術，保證系統輸出與電網同頻、同相和同幅值。 4、光伏方陣直流防雷

12、匯流箱設計 匯流箱是光伏發電系統中的重要組成部分，其主要作用是按照一定的串、并聯方式將光伏陣列連接到一起，以便對光伏陣列實施監控。太陽能光電技術在節能建筑中應用設計方法 考慮到并網系統在安裝和使用過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，需在光伏組件與逆變器之間增加光伏陣列直流匯流箱。系統采用2種匯流箱KBTPVG一9(9進1出)和KBTPVG一12(12進1出)，整個并網系統需配置38臺直流防震匯流箱。每臺匯流籍均配備光伏專用高壓防雷器，具備防雷功能 5、直流配電柜設計 每臺直流配電柜按照500kWp的直流配電單元進行設計，2MWp光伏并網單元需要4臺直流配電柜

13、。每個直流配電單元可接入10路光伏方陣防雷匯流箱。每臺直流配電柜分別接入1臺500kW逆變器。太陽能光電技術在節能建筑中應用設計方法 發電計量系統配置及選用光伏發電設備的計量點通常設在光伏并網逆變器的并網側，選用的電度表為多功能數字式電度表，具有優越的測量技術及很高的抗干擾能力和可靠性。同時，還提供更靈活的功能：顯示電表數據、顯示費率、顯示損耗、狀態信息、報警等。顯示的內容、功能和參數可通過光電通訊口用維護軟件來修改，通過光電通訊口還可處理報警信號，讀取電度表數據。 6、數據采集與監控系統設計 系統配有完善的通訊監控系統，全面檢測環境和系統的狀態，將光照強度、環境溫度、太陽能板溫度、風速等環境

14、變量和系統的電壓、電流、相位、功率因數、頻率、發電量等系統變量通過RS485傳輸至控制中心，實現遠程監控。太陽能光電技術在節能建筑中應用設計方法 光伏發電監控系統由監控設備(in光伏并網逆變器、光照強度傳感器、溫度傳感器、電池檢測器等)、本地觸摸屏、遠程監控中心等組成。利用模擬量采集模塊進行數據采集，接入逆變器，通過本地觸摸屏來進行操作和數據監視，同時光伏并網逆變器數據由觸摸屏的RJ45端口采用ModbusTcp協議傳到遠程監控系統。監控中心將與各設備通訊的數據存入自己的實時數據庫，根據通訊速率，動態更新數據。 7、系統能效分析 按照光伏組件設計壽命為25年，系統平均每年衰減08計，25年衰減

15、不超過20。太陽能光電技術在節能建筑中應用設計方法 考慮光伏陣列在能量轉換與傳輸過程中的損失，系統總效率按816計，可預測25年運營周期總發電量。首年發電量約為2492萬kWh，25年累計發電量約為56006萬kWh，年均發電量約為224萬kWh。 8、節能計算 一般發出1KWh電要消耗約0.36kg標準煤，同時產生0272 kg碳粉塵、0997kg二氧化碳、003kg二氧化硫和0015kg氮氧化合物。系統年均發電量約為2240258kWh，預計每年可節省標準煤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。太陽能光電技術在節能建筑中

16、應用設計方法四、太陽能光電技術在建筑上應用的設計計算過程 年產電能Ps=HAK 式中Ps一年產電能（MJ） H一所在地區每m2 太陽能與年總輻射能（MJ/ m2 ） A一光電幕墻或屋面面積 一光伏電池效率太陽能光電技術在節能建筑中應用設計方法 K一修正參數；K=K1K2K3K4K5K6 ,其中 K1 一光伏電池長期運行參數，取0.8 K2 一灰塵引起的透明度參數，取0.9 K3一光伏電池升溫導致性能下降的參數，取0.9 K4一導電損耗修正參數，取0.95 K5一逆變器效率參數，取0.85 K6一光伏電池列陣朝向和傾角修正系數，本地區取0.93 南京地區：H=5016MJ/ m2 =501610

17、6 J/ m2 多晶硅=0.16太陽能光電技術在節能建筑中應用設計方法 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=1.09106 /(1.00.76)=1.435106 實際面積：1.00.761.435106 =1.0906106 m21.09106 m2 可以滿足用電需求。太陽能光電技術在節能建筑中應用設計方法五、太陽能光電技術在其他建筑上的應用國家體育館示范建筑工程實踐太陽能光電技術在節能建筑中應用設計方法北京最大的太陽能項目一首都博物館太陽能光電技術在節能建筑中應用設計方法上海世博會主題館光伏建筑一體化應用太陽能光電技術在節能建筑中應用設