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太阳能光伏—修建一体化(BIPV)的研究进展

2018-10-27 14:26      点击:

  太阳能光伏—修建一体化(BIPV)的研究进展

  华南理工大学 修建学院

  内容摘要: 修建界提出21世纪修建的一个概念即由修建物自己发生动力,太阳能光伏修建物一体化(BIPV)便成为21世纪修建及光伏技能商场的热门。

太阳能作为一种洁净的可再生动力,有着矿藏动力不行比较的优越性。我国的太阳能资源非常丰厚,为各种太阳能运用体系供给了巨大的市常由此,修建界提出 21世纪修建的一个概念即由修建物自己发生动力,太阳能光伏修建物一体化(BIPV)便成为21世纪修建及光伏技能商场的热门。

跟着2005年2月16号约束各国排放工业废气以操控全球气候变暖的《京都议定书》的正式收效,怎么完成环境维护的可持续开展成为全球最强的呼声。我国作为开展我国家,动力消耗逐年以惊人的速度添加,而 修建 作为能耗大户(发达国家的修建能耗一般占到全国总能耗的1/3以上),其 节能 效益则变得特别重要。

1 太阳电池原理

半导体依据导电机理的不同可分为P型半导体和N型半导体。当太阳光照射到半导体时,半导体中的电子被激起而移动,失掉电子的当地就构成空穴。P型半导体和N 型半导体结合在一起在半导体中构成势垒。由P型半导体发生的电子向N型层移动,由N型层中发生空穴向P型层移动。P型层中由于带有正电荷的空穴数目增多而带正电; N型层中由于带负电荷的电子数目增多而带负电。当到达安稳状况时,在半导体两头发生电压,称为太阳电池的开路电压。当用导

线衔接半导体两头时,光电流在外部回路中活动,称为短路电流[2]。

最根本的太阳电池是由P—N 结构 构成的。图1为典型光电池的剖面图。

  

  

(光线的光子发生自由电子,顶部金属网格和底部金属板经过外电路搜集和返还自由电子)

2 光伏发电体系[1]

光伏发电体体系按其体系配置可分为独立式(stand—alone)衔接电网式(grid—alone)2种。

当不行能或没必要与电网衔接时,独立式光电体系(stand—alone systems)较适用(图2)。这种体系白日发生的剩下电能贮存在电池组中,以备夜间及暗淡多云天运用。

  

  

(一个独立式体系需求电池贮存电力以供夜间运用,还需求一个将直流电变成沟通电的反用换流器)

当有电网时,就不需电池组储能了。由于电网现已充当了一个大的蓄电池的作用。衔接电网式如图3所示。当太阳能电池板供电缺乏时,由电网向用户供电,相反的,若太阳能电池板供电大于用户需求,剩下的电可经过直沟通逆变换器输送到电网。只需在衔接电网时设备一块双向计量电度表即可处理电力收费的问题。这种体系特别适合于已有电网供电的用户,不只可省去蓄电他的设置,削减初出资和运转维护费用,而旦有利于削减因选用空调 设备 而形成的夏日白日用电顶峰的问题。

  

  

(白日,剩下的电流将流入电网,计量表会倒转)

3 BIPV修建一体化

太阳能光伏—修建一体化BIPV(Building IntegratedPhotovoltaics,)是运用太阳能发电的一种新概念:在修建为维护结构外外表铺设光伏阵列供给电力。能够说在很多可再生动力发电技能中,光伏发电是最绿色最 环保 也是最值得等待的一项技能。

3.1 BIPV的优越性

1)可原地发电、原地运用,削减电流运送进程的费用和能耗

2)避免了放置光电阵板的额定占用名贵的修建空间与修建结构合一,省去了独自为光电设备供给的支撑结构

3) 运用新式修建维护资料,节省了贵重的外装修资料(玻璃幕墙等),削减修建 物的全体 造价 ,且使修建外观更有魅力

4) 因日照处在高压电网用电顶峰期,BIPV体系除确保自身修建内用电外,还能够向电网供电,舒缓了顶峰电力需求,处理电网峰谷供需矛盾,具有极大的社会效益;

5) 杜绝了由一般化石燃料发电所带来的严峻空气污染,这关于环保要求更高的今天和未来极为重要;

6) 由于光伏陈设设备在屋面和墙面上,并直接吸收太阳能,避免了墙面温度和房顶温度过高,下降了空调负荷,并改进了室内环境。

3.2 BIPV的方法与特征[5]

在80年代,光伏地上体系除很多用于偏远无电区域、游牧家庭、帆海灯塔、孤岛居民供电以及某些特别领域外,已开端进入一般独自用户、联网用户和商业 修建 。进入90年代后,跟着惯例动力的日益干涸而引起的发电成本上升和人们环境认识的日益增强,一些国家纷繁开端施行、推行BIPV体系。

光伏与修建的结合有两种方法:一种是修建与光伏体系相结合;别的一种是修建与光伏器材相结合。

1) 修建与光伏体系相结合

把封装好的的光伏组件(平板或曲面板)设备在居民住所或修建物的房顶上,再与逆变器、蓄电池、操控器、负载等设备相联。光伏体系还能够经过必定的设备与公共电网联接。这点内容在上一节光伏发电体系已介绍过。

2) 修建与光伏器材相结合

修建与光伏的进一步结合是将光伏器材与修建资料集成化。一般的修建物外围护外表选用涂料、装修瓷砖或幕墙玻璃,意图是为了维护和装修修建物。假如用光伏器材替代部分建材,即用光伏组件来做修建物的房顶、外墙和窗户,这样既可用做建材也可用以发电,可谓物尽其美。

现在光伏与修建结合总结起来大约有8种设备方法,如表1所示。下面将别离从光电 设备 作屋面板、光电设备作修建立面、玻璃窗与光电设备、光电设备与遮阳设备四方面别离介绍[1]。

  

  

1) 光电设备作屋面板[1]

用光电设备作屋面板时的抱负房顶应为斜房顶。由于能够获得抱负的倾角,相关于平房顶而言,少了附加支撑带来的不协调。锯齿形的高侧窗也要比平房顶好得多,由于南向坡被修建光电一体式设备占有了,北向玻璃窗就可用于昼光照明。

假如光电板与房顶成为一体,则其夏天需求通风以降温,冬季则能够搜集这些余热以采暖。 结构 图如图3所示。


(光电设备下面通风,夏天可避免光电元件过热,冬季可用于加热修建)

美国闻名的UNl—SOLAR的太阳能房顶产品则别的一番特征,他是直接将非晶薄膜太阳能电池生成在薄钢片上,钢片能够恣意裁剪。所以,一片太阳能电池板长度能够做到房顶的宽度。别的,没有玻璃,用现金娱乐一下下载,不易破损;弱光性好;简便易装。

2)光电设备作修建立面

由于大标准新式彩色光伏模块的诞生,将其设备在立面不只节省了贵重的外装修资料(玻璃幕墙等),削减修建物的全体 造价 ,且使修建外观更有魅力;假如修建有凸窗棂,有必要确保窗棂较薄,使光电板不至于发生太多暗影。在坚持玻璃幕墙的外观整齐方面,德国 RWE的非晶太阳能玻璃幕墙做得非常优异,为了避免电池片之间的连线有碍观瞻,他们的专利技能专门处理了电池片之间的无线衔接[4]。

假如光电设备设备在房顶,则最好在设备下部留下必定量的空气层以供设备降温,一起冬季能够搜集热空气采暖。详细结构如图4所示。

  

  

双层墙可使空气在夏日流溢出来以给光电设备及修建降温。冬季可用热空气加热修建北部

3) 玻璃窗与光电设备

这儿介绍两种典型的玻璃窗体系。一种是半通明的更像淡色玻璃窗;另一种是由通明玻璃窗上设备不通明光电元件,这些元件的摆放距离决议了玻璃窗的透光率,就像咱们在玻璃窗上涂上井字网相同。

太阳电池能够和不同的玻璃结合制成各种特别的玻璃幕墙和天窗,如:隔热玻璃组件、防紫外线玻璃组件、防盗或防弹玻璃组件、防火组件等等。

现在有一种仅用红外辐射发电的光电玻璃窗正在研发中。这样,既能够发电又可下降昼光温度,信任正是大都向南的 工作 大楼所需求的。

4) 光电设备与遮阳设备

光电体系即可全体组合于进口雨篷中,也可组合与一些独立式遮阳 结构 中。就现在而言,尽管巴光电板用于露天停车场遮阳上的费用较高,但遮阳结构与光电发电器相结合毕竟物有所值。跟着电力轿车的数量添加,这些结构终究会成为抱负的充电站。

3.3 BIPV对太阳电池的特别要求[10]

1) 色彩方面

当太阳电池作为南立面的幕墙或天窗时,考虑到电池板的反光而形成光污染的现象,就会对太阳电池的色彩和反光性提出要求,即可选用具有不均匀反光的多晶硅太阳电池组件做幕墙或是设备在人们视角之内的大斜度房顶。关于晶体硅电池则能够用腐蚀绒面的方法将其外表变成黑色或在蒸镀减反射膜的时分参加一些微量原色来改动太阳电池外表的色彩。

2)透光要求

当太阳电池用作天窗、遮阳板和幕墙时,关于它的透光性有必定要求。一般选用非晶硅太阳电池,由于它可制作成茶色玻璃一般的作用,透光好并且投影非常均匀柔软。而关于自身不透光的晶体硅太阳电池,需求透光时只能将组件用双层玻璃封装,经过调整电池片之间的空地来调整透光量。

2) 尺度和形状的要求

由于考虑到与 修建 的结合,一般正规的方形很难满意特别造型的需求。这方面还有待制作工艺的进一步进步。

4 BIPV在国外

太阳光发电是21世纪科学技能的前沿阵地,国际各地的政府都支撑太阳光发电工作。欧盟可再生动力白皮书和起飞运动是欧洲太阳光发电的里程碑;德国政府的 十万个光伏房顶方案和德国新的可再生动力法确保私家的太阳光发电体系用不完的电,能够上电力网卖给国家电力公司;美国政府的克林顿总统百万太阳光发电房顶方案即在2001年前将要为100万个美国家庭的每一户设备3~5KW太阳光发电房顶;日本政府在阳光规划履行后,2000年又推出《新阳光规划》,对光伏房顶体系实施强有力的补助方针,使居民光伏房顶体系最近5年平均年增产率为96.7%,成为现在国际光伏发电的最大商场[8]。

有人作过达观估量,在往后太阳能发电跟着技能的不断改进将愈加迅猛的开展,到010年发电量将到达4.6GWp,累计容量将到达20GWp。到21世纪中也,阳光发电量将占国际总发电量的15%~20%,超越核能,成为人类的根本动力之一。

5 BIPV在我国

尽管现在还没有并网发电的法律依据,以及技能标准,也没有鼓舞补助办法,但是,许多公司正在活跃建造城市并网发电演示工程。悉尼奥运会是迄今为止最绿的一届奥运会。我国的奥运会和世博会,将必定更绿。就在上一年12月份举行的2004上海市金属学会年会上,太阳能电池专家殷秒廷泄漏,为合作世博会的举行和应对动力的紧缺,上海正在准备一项名为十万房顶方案的工程即在上海十万户家庭的房顶上设备太阳能发电设备,到时上海的十万房顶方案将为我国的太阳动力开展起到表率作用。别的据了解2008年北京奥运场馆外墙也将贴上太阳能电池,周围80%~90%的路灯和洗浴热水将来自太阳能光伏技能[8]。

总归,光伏与修建集成的BIPV产品作为巨大的修建商场和潜力巨大的光伏商场两者的结合点,必将存在着无限宽广的开展前景。
 

  

   太阳能光伏修建一体化BIPV