（高分子化学与物理专业论文）户用光伏建筑一体化系统应用与推广.pdf

中山大学博士后出站报告 户用光伏建筑一体化系统应用与推广 摘要 太阳能光伏发电在今日世界越来越突显它的重要性，不论是在取代现在的逐 渐枯竭的能源，还是其对环境的保护，都是我们以后需要大力提倡的，所以对光 伏技术的应用研究和推广也是势在必行的，太阳能光伏并网发电项目在太阳能的 光伏技术中发展的比较快，尤其在很多发达的国家和地区得到了很好的发展，其 中户用的光伏建筑一体化是在发达城市中应用最多的项目。本报告的工作是在国 家十五科技攻关项目“广东户用光伏建筑一体化工程的设计与示范”资助下完成 的。主要的目的是在广州地区建立一个户用光伏建筑一体化的项目，成为一个示 范点，为以后广东地区甚至全国的户用光伏建筑一体化项目积累一些经验，对整 个光伏建筑一体化系统的设计，安装，数据采集以及分析建立完备的体系。下面 为本报告的一些具体内容： 一 对光伏建筑一体化的发展历史和现状进行了分析，对国内外的b i p v 发展情 况做了系统的阐述。目前在发达国家特别是德国，日本，美国，户用光伏建筑一 体化系统已经在一些城市中得到了很好的应用，本报告给出了具体的一些实例。 在国内也开始有了户用光伏发电系统的示范项目，本报告也给出了一些展示。另 外为了发展太阳能光伏发电项目，国外内都推出了有利于光伏发电的激励政策， 为b i p v 的推广起了很大的作用。 二为了在广州建立一个示范户用光伏项目，我们在广州市碧桂圆凤凰城安装了 6 3 k w 的户用光伏发电系统。是通透式天棚设计。其中，5 3 4 0 w 为并网发电系统， 9 6 0 w 为独立光伏发电系统。本报告阐述了整个系统的设计、安装、使用、数据采 集以及分析整个过程。提出了设计时需要考虑的一些事项；在安装时的一些规范； 对几个月采集的数据进行了分析。 三光伏建筑一体化项目需要在广东地区甚至全国进行推广，特别是推荐给一些 房地产开发商，所以本报告对6 3 k w 的光伏发电系统进行了详细的成本分析和社 会效益分析，也提出了推广户用光伏发电系统的一些可行性的建议。 中山大学博士后出站报告 四。总结了户用光伏建筑一体化整个设计和安装的一些注意事项，展望了户用光 伏发电系统的发展前景。 关键词：光伏建筑一体化，并网系统，户用光伏系统 中山大学博士后出站报告 t h ep r o m o t i o na n d a p p l i c a t i o n o f b u i l d i n g i n t e g r a t e dp h o t o v o l t a i c sh o m es y s t e m a b s t r a c t i nt h em o d e mw o d & p h o t o v o l t a i cs y s t e mi sb e c o m i n gm o r ea n dm o r ei m p o r t a n t i nt h ea s p e c t so fs u b s t i t u t i n gt h ee x h a u s t i n ge n e r g ya n dp r o t e c t i n gt h ee n v i r o n m e n t t h u s ，i ti sq u i t en e c e s s a r yf o ru st os t a l d yt h ea p p l i c a t i o no f p h o t o v o l t a i ct e c h n o l o g y a n de x t e n di t t h e 鲫一t i e dp h o t o v o l t a i cs y s t e mh a sd e v e l o p e dm u c hf a s t e rt h a na l l t h eo t h e rs o l a rp h o t o v o k a i ct e c h n o l o g i e s ，e s p e c i a l l yi nd e v e l o p e dc o u n t r i e sa n d r e g i o n s i na d d i t i o n , b u i l d i n gi n t e g r a t e dp h o t o v o l t a i c sf b i p v ) i st h em o s tp o p u l a r p r o j e c ti nm o d e mc i t i e s o u rw o r kr e p o r t e di nt h i sa r t i c l ei ss p o n s o r e db yt h ep r o j e c t t h ed e s i g na n dd e m e n s t r a t i o no f b u i l d i n gi n t e g r a t e dp h o t o v o l t a i c sh o m es y s t e mi n g u a n g d o n g w h i c hi s t h en a t i o n a lt e c h n o l o g i e sr & dp r o g r a md u r i n gt h e1 0 0 f i v e y e a rp l a np e r i o di nc h i n 丑t h em a i no b j e c t i v eo fo b i w o r ki st oe s t a b l i s ha d e m o n s t r a t i o no fb i p v , 8 0t h a tw ec o u l de s t a b l i s ham a t n r es y s t e mi n c l u d i n gt h e e n t i r eb i p vs y s t e m sd e s i g n , i n s t a l l a t i o n , a n dd a t ac o l l e c t i o n , w h i c hw i l ls t i m u l a t e m o r ee x p e r i e n c ef o rt h eu p c o m i n gb i p vi ng u a n g d o n g ，a n de v e i lc h i n at h e s t r u c t u r eo f t h i sr e p o r ti sa sf o l l o w s ： 。 mt h ef i r s tp a r to ft h i sr e p o r t , id i dah i s t o r i c a lr e v i e wa n da c t u a l i t ya n a l y s i so f b i p v a tp r e s e n t ，b i p vh a sb e e nw e l la p p l i e di nm o d e mc o u n t r i e s ，e s p e c i a l l y g e r m a n y , j a p a n , a n du s t h i sr e p o r tw i l lg i v e s o n 硷c a s e sa b o u ti t 1w i l la l s o i n t r o d u c er e l e v a n tp r o g r a m si nc h i n a , a sw e l la ss o m en a t i o n a lp o l i c ya n dl o c a lp o l i c y i nf a v o ro f t h ed e v e l o p m e n to f b i p v i no r d e rt op r o m o t et h ed e v e l o p m e n to f b i p v , w eh a v eb u i l ta ne l e c t r i cs y s t e mi n al u x u r i o u sv i l l ai np h o e n i xc i t yi ng u a n g z h o uw i t hap o w e r - o u t p u to f6 3 0 0 w , a n d s u n s h a d ed e s i g n 。w i t hr e g a r dt ot h e6 3 0 0 w , 5 3 4 0 wi sf o rt h eo n - g r i dp h o t o v o l t a i c s y s t e m ，a n dt h er e m a i n e d9 6 0 wi sf o rt h ei n d e p e n d e n ts y s t e m t h i sw i l ld i s c u s st h e m 中山大学博士后出站报告 i n s t a l l m e n t ，o p e r a t i o na n dd a t aa n a l y z i n go ft h ew h o l es y s t e m a sad e m o n s t r a t i o n , t h i sp r o g r a m p r o v i d e ss o n l eu s e f u le x p e r i e n c ef o ro t h e rp h o t o v o l t a i ch o m es y s t e m s d e s i g na n da p p l i c a t i o n ia l s od i d t h ed a t a 锄l y s i sf o rt h ep a s ts e v e r a lm o n t h s i nt h et h i r dp a r to f t h i sr e p o r t , t oa r r a c tr e a le s t a t ed e v e l o p e r sa n dt op r o m o t et h e b i p vp r o g r a mi ng u a n g d o n ga n de v e nt h ew h o l ec o t m t r y , id i dad e t a i l e dc o s t a n a l y s i sa n ds o c i a lw e l l f a r ea n a l y s i so f t h i s6 3 k we l e c t r o n i cs y s t e m ia l s op r o v i d e d s o m ef e a s i b l es u g g e s t i o n sa b o u tt h ep r o m o t i o no f b i p v t h el a s tp a r ts u m m a r i z e ds o m ei m p o r t a n tn o t i c e si nt h ed e s i g na n di n s t a l l a t i o n p r o c e s s ia l s og i v eap e r s p e c t i v eo f t h ed e v e l o p m e n to f b i p v k e yw o r d s ：b u i l d i n gi n t e g r a t e dp h o t o v o l t a i e s ( b i p v ) ，g r i d - t i e ds y s t e m , p h o t o v o l t a i c s h o m es y s t e m i v 中山大学博士后出站报告 第一章国内外光伏建筑一体化介绍 1 1 引言 能源的紧缺提出了对可再生能源的需求，而太阳能作为一种可以在任何太 阳存在的地方都可以使用的能源受到广泛的关注，它的使用已经从最初在边远地 区和缺电地区的使用，逐渐的转移到发达国家城市的使用；从简单的使用和安装 太阳电池组件，到现在能够把太阳电池组件和建筑进行比较好的结合，使得太阳 能光伏发电得到更广阔的发展空间，“光伏发电与建筑物集成化”的概念是在 1 9 9 1 年被正式提出【l 】。 由于太阳光伏发电可以和建筑很好的结合，使得其在城市中得到很大的发挥 作用。一般来说将太阳电池组件安装在住房或建筑物的屋顶，引出端经过控制器 及逆变器与公共电网连接，由光伏方阵及电网并联向用户供电，这就组成了户用 并网光伏系统【2 】。它具有调峰、环保的功能。另外也可以用太阳光伏发电的玻璃 幕墙代替普通的幕墙玻璃，这样即可以做建材又可以发电，进一步降低光伏发电 的成本，非常独特。也可以直接用电池组件做建筑材料。比如说将单晶、多晶封 装到瓦状的电池板中，用来做屋顶。近年来，光伏建筑物一体化已经成为研究开 发的热点，也出现了大量的成功示范工程并开始大规模采用。光伏发电与建筑相 结合具有节约占地，提高发电效率，减少输电线路的投资和损失，替代或部分替 代建筑材料等优点。b i p v 系统按照光伏系统和建筑结合形式主要可以分为： ( 1 ) 光伏屋顶结构( p v 二r o o f ) ，太阳能屋顶发电，在整个b i p v 中，屋顶发电 占3 4 。这主要是因为屋顶有更多受光面积，方便太阳电池组件的安装； ( 2 ) 光伏幕墙结构( p v - w a l l ) ，现代高层建筑，几乎都是被玻璃幕墙，或者 铝塑幕墙所包裹。所以用太阳能幕墙代替原来的幕墙已经成为b i p v 的一道亮丽 的风景线【“】。 b i p v 系统一般由光伏阵列( 太阳电池组件) 、墙面或屋顶和冷却空气通道、 支架等组成。对于一个完整的b i p v 系统，还应该有另外一些设备负载、蓄电池、 逆变器、系统控制等。与建筑相结合的光伏系统，可以作为独立电源供电或者以 并网的方式供电。当一个b i p v 系统参与并网时，可以不需要蓄电池，但需有与 中山大学博士后出站报告 电网联入装置，而并网发电是当今光伏应用的新趋势。由于其全部或基本不用蓄 电池，造价大大降低，并且除了发电以外还具有调峰、环保和代替某些建材的多 种功能，因而是光伏发电步入商业应用并逐步发展成为基本电源之一的重要方 式。 我们知道，建筑能耗大约占各国总能耗的1 3 ，光伏与建筑结合可以有效地 减少建筑能耗【5 】，不论从建筑、技术或经济角度出发，太阳能光伏与建筑一体化 均有诸多优点： ( 1 ) 可以有效利用围护表面( 屋顶和墙面) ，无需额外用地或加建其他设施， 节省了土地资源这对于人口密集、土地昂贵的城市建筑有尤为重要； ( 2 ) 可原地发电、原地使用，可节约电站送电网的投资和减少输电、分电 损耗 6 - 7 1 ； ( 3 ) 通常夏季由于空调、制冷等设备的使用，形成用电高峰，而这时也是 光伏方阵发电最多的时期，b i p v 系统除保证自身建筑内用电外，还可以向电网 供电，从而舒缓高峰电力需求，解决电网峰谷供需矛盾，具有极大的社会效益： ( 4 ) 由于光伏阵列安装在屋顶和墙面上，并直接吸收太阳能，避免了墙面 温度和屋顶温度过高，因此可以改善室内温度，并且降低空调负荷8 4o 】； ( 5 ) 利用太阳能光伏发电减少了一般由于化石燃料发电所带来的严重空气 污染，这对于环保要求更高的今天和未来极为重要； ( 6 ) 在建筑围护结构上安装光伏阵列 i m 3 ，可推动光伏组件的应用和批量 生产，进一步降低其市场价格； ( 7 ) 如把光伏电池阵列墙作为建筑物的玻璃幕墙，可减少建筑物的整体造 价。当然，对光伏器件来说，同时还应具有建材所要求的绝热保温、电气绝缘、 防水防潮且具有一定强度及刚度，若作为窗户材料，还要有一定的透明度等。 光伏发电系统主要有两种：独立光伏发电系统和并网光伏发电系统。在近几 年的光伏建筑体系中，并网光伏发电系统是主要的发展方向，它可以节省了蓄电 池的费用；通过研究理想的最大功率转换追踪控制技术，也将降低太阳电池并网 发电的成本。太阳能光伏并网发电正由过去的补充式能源向替代式能源发展。中 华人民共和国可再生能源法的规定，国家孤立发展可再生能源，每个地区的电 网公司应当无条件地将当地可再生能源发的电全额高价“收编”到电网，并将其 2 中山人学博l ：后i j 站报告 成本在整个电网中平摊，最终由电力消费者担负。我国并网光伏分额约占总光伏 市场的4 左右。下面我们将具体介绍在国内外的光伏建筑一体化的发展状况， 以及各个国家在光伏发电项目中的一些具体政策。 1 2 国外的光伏建筑一体化的发展状况 1 2 1 国外光伏建筑一体化的实例 从光伏屋顶到建筑集成，光伏组件成为一种新型的建筑材料，在国外有很多 光伏建筑一体化很好的示范项目，特别是德国和日本，把太阳能电池组件作为 一种高档的建筑材料融合在建筑中，充分展示了太阳能电池在建筑中的独特魅 力。而户用太阳能系统已经在德国和日本广泛的运用。不论是从外观还是从使用 上看，达到了建筑与光伏发电结合的完美。下面给出国内外一些典型的光伏建筑 一体化项目的图片。 图1 1 ，光伏屋顶在城市发展的首推形式 上面图片是光伏建筑一体化主要形式，不需要额外的地方去安装电池组件， 而且安装起来也是很方便，天蓝色的电池组件放在屋顶一点都不会影响房屋的美 观。 中山人学博l 后出站报告 图1 2 ，德国，太阳电池组件可作为遮阳挡雨部件，1 4 2k w 图1 - 3 ，荷兰，装饰性光伏屋顶 上面的光伏组件是以一个艺术造型出现在建筑物上，非常具有现代感，是建 筑物的一道美丽风景。 4 中山人学博l ：后 n 站报告 图1 - 4 ，德国，海边光伏长廊 图1 5 德国，光伏幕墙1 0 k w 从以上的事例中我们可以看出，在国外光伏建筑一体化项目已经发展的相当 的好，已经作为一种优质的建筑材料，相当适合的运用在建筑上。很好的体现了 一体化的概念，德国太阳能电流杂志这样写到：早上看电表转动，随太阳升 高，电表越转越快，直至下午随太阳下落电表转动慢最后停下，一天下来2 0 欧 元入帐，以前是梦想，如今成现实。 中山大学博士后出站报告 另外从光伏组件的安装结构看，除了一般的固定式的太阳电池组件之外， 还有一些特殊组件，比如聚焦跟踪：单轴、双轴；低倍、高倍( 最高的发电效率) 。 还有处于实验阶段的中空玻璃形式，类似与玻璃幕墙，有框、无框，有专门的型 材和构件；还有透光型组件：晶体硅，非晶硅( 既发电又采光) 。太阳电池组件 的尺寸也从2 0 0 - - 3 0 0w ，向大尺寸发展以至于光伏幕墙；还有既可以发电，又 可以降低组件温度，同时产生热水的结构，也是在开发之中。总之太阳能电池组 件在国外的建筑中已经发展为一种新型的建筑材料了。 1 2 2 国外的光伏发电的相关政策 能源的紧缺和环境的污染使得很多发达国家都采取了有利于太阳能光伏发 电发展的激励政策，京都协定书的签订标志人类正向可持续发展的方向努力。 然而真正开始光伏发电的产业化发展的历史并不算太长，产业基础相对其他成熟 能源工业非常薄弱，因此，为了扶持和促进光伏产业的发展，在太阳能光伏利用 方面，发达国家以光伏建筑一体化并网发电为基本形式，对太阳能的推广十分奏 效，对我们有很好的借鉴作用。下面列举了一些国家比较有代表性的光伏发展项 目与相关政策。 德国 1 9 9 0 年德国首先提出1 0 0 0 屋顶计划；1 9 9 8 年德国提出十万太阳屋顶计划， 世界最大的屋顶光伏系统安装在新慕尼黑贸易展览中心，共1 m w p ，与电网相连， 每年发电1 0 0 万度，足够3 4 0 户德国家庭使用。另2 0 0 1 年光伏发电在德国国内 的安装量达到2 0 0 0 年的2 3 0 ；2 0 0 3 年又公布可再生能源促进法，由此引发 了德国光伏发展的新一轮高峰期，2 0 0 4 年德国光伏发电总量达5 0 1 g w h ，可再 生能源发电占总发电量的9 3 。从德国太阳能协会得知“”，德国光伏发电系统 总量已超过了2 0 万m w 。截止到2 0 0 5 年，户用光伏系统大约占了4 0 ( 平 均是3 k w ) ，中小型商业光伏商业系统占5 0 ( 5 0 一1 0 0 0 俐之间，平均为5 0 k w ) ， 大型商业系统占1 0 是大型商用( 1 - 1 0 m w ，平均为3 m w ) 。中小型商业用户 包括农民、小型基金组织( 如学校、教堂和社区) 和小企业。很多小企业是社区 能源服务公司，为一些社区( 邻居街坊) 提供服务( 并归这些社区所有) ，即所 谓的“单一用途企业”。1 5 0 0 m w 中的4 0 为住户服务，假定每户3 k w ，则 6 中山大学博士后出站报告 总共为2 0 万用户，外加接受“单一用途企业”服务的5 万用户，总计大约是 2 5 万用户。 德国在推广光伏发电方面采取了一系列有力举措，主要是银行贷款和上网电 价补贴等。德国政府于2 0 0 0 年首先颁布可再生能源法，其中关于光伏的主要 内容为：电网公司有义务收购可再生能源所发的电，并支付上网补偿电价，在固 定的时间范围内，享受固定的上网电价( 2 0 年) ；新建光伏发电的上网电价每年 递减( 5 a ) ；高于常规电价的部分在全国范围的4 个电力公司均摊；p v 最初的 上网电价是5 0 6 c e n t k w h ，2 0 0 3 年下降到4 5 7c e n t 瓜w h 。德国开发银行 对于安装光伏发电系统的贷款支持：国家补贴的长期低息贷款的贷款期为1 0 2 0 年，甚至3 0 年，头2 5 年不用偿还；固定利率至少1 0 年不变；允许与其他带有 补贴性质的项目结合( 但不能超过总的投资额度) 。 日本 计划到2 0 1 0 年安装5 0 0 0 m w p 的的太阳能光伏系统 1 5 1 ( 2 0 0 0 年日本安装的 太阳能光伏系统总计为3 3 0 m w p ) 为此日本政府制定了很多的光伏补贴政策 lr e s i d e n t i a lp vs y s t e md i s s e m i n a t i o np r o g r a m 该计划于1 9 9 4 年开始实施，主要是为并网户用光伏系统的光伏组件、光伏 系统的设备、输配电缆以及安装工程提供补贴。 1 9 9 4 - 1 9 9 6 年该计划可以负担4 - 5 k w p 的并网户用光伏系统的整个成本的5 0 ； 1 9 9 7 - 1 9 9 8 年该计划该为按照安装系统的功率进行补贴，3 5 2 ，0 0 0 j p y k w p ； 1 9 9 9 年按照：年度光伏系统成本( 2 1 0 5 ) 进行补贴，当年日本的光 伏系统成本约为8 7 5 ，0 0 0 9 5 0 ，0 0 0j p y k w p ； 2 0 0 0 年对于达到1 0 k w 的光伏系统，按照2 7 0 ，0 0 0j p y k w p 进行补贴， 下半年达到或者超过4 k w 的光伏系统，按照l8 0 ，0 0 0j p y k w p 进行补贴； 2 0 0 1 年按照1 2 0 ，0 0 0j p y k w p 进行补贴； 。 2 0 0 2 年按照1 0 0 ，0 0 0j p y k w p 进行补贴。 通过该项政策，使得日本在1 9 9 4 - 1 9 9 9 年累计安装户用光伏系统3 1 4 7 5 套 ( 1 1 4 6 m w p ) ：在2 0 0 0 - 2 0 0 2 年累计安装户用光伏系统8 8 8 6 5 套( 3 2 7 2 m w p ) 。 2p vf i e l dt e s tp r o j e c tf o ri n d u s t r i a lu s e 中山大学博士后出站报告 从1 9 9 8 2 0 0 2 年五年间该项计划共计为光伏系统提供资金补贴1 5 3 亿日元， 该项计划资助的对象是并网户用光伏系统，工业应用例如工厂厂房，仓库等 还包括商业建筑中的光伏系统应用。要求光伏系统的功率1 0 k w p 以上( 含 1 0 k w p ) ，并且使用的是薄膜太阳能电池组件。 该计划总计资助安装了共计7 4 0 套( 功率总计为1 5 ，6 1 0 k w p ) 的太阳 能光伏系统；在这些系统中私营公司投建了2 9 5 套，公共服务公司投建了1 2 3 套，地方政府投建3 2 2 套。 美国 1 9 9 7 年6 月，美国总统克林顿宣布百万太阳能屋顶计划，计划在2 0 1 0 年以前， 在1 0 0 万座建筑物上安装太阳能光伏与光热系统，总装机容量为3 0 2 5 m w p ，产 生的电力相当于3 - 5 座大型燃煤电站，如此将实现c 0 2 排放量减少3 0 0 多万吨 年，相当于减少8 5 万辆汽车的尾气排放。同时，通过该计划的实施将使光伏发 电的成本由1 9 9 7 年的2 2 美分度下降到7 7 美分度1 6 1 。美国政府对光伏给予 3 0 生产税减免，有效期至2 0 0 7 年。加州将其光伏补贴项目延至2 0 1 1 年，同 时还推出了一项长达11 年、耗资3 2 0 亿美元的计划。加州太阳能普及计 划”2 5 ，该计划的目标是到2 0 1 7 年，利用光伏发电为住宅、学校、企业和农场 提供3 0 0 万千瓦的电能。另外还有三个州也实施了新的补贴和减免税：康涅狄 格州( 0 2 0 _ - 0 5 0 美元 ，) ，缅因州( 1 3 美元w ) 和新墨西哥州( 3 0 减 免税) 。 意大利 2 0 0 0 年意大利实施“全国太阳能屋顶计划”，计媚u 2 0 0 2 年将安装光伏组 件5 0 m w 。意大利于2 0 0 4 年出台的太阳能光伏上网电价政策在2 0 0 5 年正式实 施，首批的1 0 万千瓦的补贴资金到位，2 0 0 6 年至少补贴6 万千瓦。 西班牙 成为世界上第一个将。所有新建建筑都要安装光伏系统”作为一项国策的国 家，新建筑法要求某些新建和改造的建筑安装光伏系统，如购物中心、办公大楼、 仓库、宾馆以及超过一定规模的医院。 澳大利亚 2 0 0 0 年悉尼成功举办奥运会，共在悉尼运动员村安装了6 6 5 套l k w p 的屋顶 中山大学博i ：后f j 站报告 光伏系统，为世界最大的光伏住宅小区；澳大利亚将其减免税项目延至2 0 0 6 年，提供4 澳币，w ( 3 美元，w ) 的补贴。 印度 1 9 9 7 年1 2 月，印度政府宣布2 0 0 2 年要在全国推广1 5 0 万套太阳能屋顶： 蒙古 蒙古1 万屋顶计划，到2 0 0 5 年安装5 m w p ，2 0 1 0 年安装l o m w p ； 瑞典 斥资1 亿瑞典克朗( 1 2 0 0 万美元) ，资助一项为期三年、在公共建筑上安 装光伏系统的项目。 下面给出世界太阳光伏发展的一些图表展示，从中可以得知太阳能光伏已然 成为世界上增长速度最快、收益最多的行业。下面为1 9 9 0 2 0 0 5 年世界太阳能光 伏总量 图1 - 61 9 9 0 2 0 0 5 年世界太阳能光伏总量( m w ) 1 3 国内的光伏建筑一体化的发展情况。 1 3 1 国内光伏建筑一体化的实例 9 中山大学博i ：后h ；站报告 最近几年国内的一些省市开始有了户用光伏发电系统的安装和使用，这些项 目基本上是国家的科技攻关的示范项目，一般是在国内的比较大的城市中，比如 北京，上海，深圳，广州等地，下面给出几个比较典型的国内光伏建筑一体化项 目。 广州市 中山大学太阳能系统研究所同深圳市能联电子有限公司共同承担了国家科 技部“光伏与风力发电商业化技术开发”专题十五科技攻关计划重大项目：太 阳电池与建筑结合的工程设计和示范一广东户用光伏建筑一体化工程的设计与 示范，本项目将在广东地区建立3 k w p - - 5 k w p 光伏与建筑相结合的互用并网发 电系统2 0 个( 或更多) ，为加快发展我国户用光伏并网发电系统和推广应用提供 理论依据和技术路线。 l ，首先在广州大学城中山大学太阳能研究所的天顶阳台上建设完成了光伏屋顶 和光伏长廊示范系统。光伏屋顶是使用了2 0 块由无锡尚德太阳能电力有限公司 提供德带铝边框太阳电池板，太阳电池组件安装在屋顶斜面，朝向正南倾斜为 1 9 度，光伏屋顶外观图如下 图1 7 光伏屋顶外观图 组件采用1 0 串联2 并联德连接方式，该光伏阵列的峰值功率为3 2 0 0 w p ( s t c ) 1 0 中山大学博i ：后出站报告 2 ，在光伏长廊设计中是使用了2 2 块上海太阳能科技有限公司提供的无边框 双面玻璃太阳电池组件，该电池组件的采用2 2 块串联的连接方式，该光伏阵列 的峰值功率为2 3 1 0 w p ( s t c ) ，外观图如下： 图1 8 光伏长廊照外观图 上海市0 1 7 l 上海市电力公司在发展常规能源的同时，极其关注和支持再生能源的发 展，为了进一步推动我国太阳能光伏并网技术的发展，上海市电力公司在1 9 9 9 年委托上海新能源环保工程有限公司，开展“太阳能利用技术在电力生产中的应 用可行性研究”项目的研究与开发工作。在上海新能源环保工程有限公司的主持 下，会同上海太阳能科技有限公司、合肥阳光电源有限公司、合肥工业大学电气 与自动化工程学院，联合开发成功1 0 k w 屋顶光伏并网系统( 以下简称“1 0k w 系统”) ，并于2 0 0 2 年1 1 月在上海奉贤海湾旅游区安装完成并投入试运行。随 后，在2 0 0 4 年1 0 月底，又完成了两套屋顶光伏并网发电系统( 以下简称“屋顶 系统”) ，一套为总功率6 6 k w 、三相、3 8 0 v 的光伏并网发电系统；另一套为总功 率3 3kw 、单相、2 2 0 v 的光伏并网发电系统：这3 套系统目 i 都已投入无故 障运行。 最近由上海交通大学太阳能研究所崔容强教授主持的“上海市1 0 万个太阳 能屋顶计划”可行性调研完成初稿，如果这项计划能够实施的话，那么未来上海 l o 万个屋顶有望安装太阳能发电系统，每年至少发电3 3 亿度，解决了上海夏季 用电高峰的问题。 中山人学博i ：后i i j 站报告 北京市 2 0 0 8 年北京奥运会提出“绿色奥运、科技奥运、人文奥运”理念，光伏发电开始融入 奥运建筑。据悉，各体育场馆与运动员村等奥运建筑中将大范围采用太阳能等绿色能源 利片j 技术。以国家游泳中心为例，采i j 国际最先进的光伏发电并网系统进行太阳能光电 利用就是它的一大环保特点。 国家体育馆建设的1 0 0 k w 光伏电料1 7 】，是国家级科技示范项目，是北京地 区最大的与建筑体化的光伏电站，在设计上注重了太阳能发电系统与建筑的结 合，1 3 0 0 m 2 的太阳能电池板，将分别安装在屋顶和南立面的玻璃幕墙内，不仅 是建筑物遮阳挡雨的维护结构，而且还能发电，并与建筑外观融为一体。该系统 同均发电量为2 1 2 k w h ，避开了白天电网的用电高峰，为近2 0 0 0 0 m 2 的地下车库 提供照明电力。国家体育馆与建筑结合的1 0 0 k w 并网光伏系统，将是我国第一 个与体育馆建筑主体相结合的太阳能发电系统。 深圳市 清华大学深圳研究生院太阳能光伏并网发电进行了三期工程，下图为三期 工程，放置于楼顶。太阳电池4 3 2 0 w p ，配德国s m a 公司的s b 4 2 0 0 并网逆变 器：自行设计的太阳电池模块建筑安装构件：实时电量采集和计量装置 1 - 9 清华大学深圳研究生院太阳能光伏并网发电进行了三期工程 1 2 中山人学博i ：后“ 站报告 深圳目前正在推进太阳能建筑一体化，促进建筑节能。不久前，深圳被选定 为国家太阳能建筑一体化示范工程的备选城市。根据深圳拟订的“十一五”期间太 阳能建筑一体化实施计划，从2 0 0 6 年到2 0 1 0 年，深圳将新建2 0 0 万平方米的太 阳能光热示范项目、1 0 0 力平方米太阳能光电示范项目，今年启动的示范项目包 括侨香村、招商海运大厦、力科中心等1 6 个，另有创益和嘉普通两个产业示范 基地。 海南省 下面图为海南三亚瑞亚汇丰国际公寓光伏建筑一体化发电系统，3 号楼顶 太阳能光伏并网发电系统。太阳电池3 0 6 0 w p ，配德s m a 公司的s u n n yb o y 2 5 0 0 并网逆变器；自行设计的太阳电池模块建筑安装构件；实时电量采集和 计量装置：与市电并网以来运行情况一切正常。 图4 ，海南三亚瑞亚汇丰国际公寓光伏建筑一体化发电系统 从上面的介绍可以知道，在国内光伏建筑一体化的项目也开始有了一定的发 展，但是相对于其它的一些发达国家，使用的还是不够广泛，一个是国家政策支 持的问题，另外就是宣传的力度还是不够大，不过最近几年国家陆续推出了一些 激励光伏发展的政策，对光伏行业的发展起到了很大的推动作用 中山大学博士后出站报告 1 3 2 国内的光伏发电的相关政策 我国相继出台了许多政策发展和鼓励太阳能等新能源应用，如建设部( - - 十 一世纪住宅阳光计划、国务院中国新能源与可再生能源1 9 9 0 白皮书等等。 建设部、财政部关于推进可再生能源在建筑中应用的实施意见。国家发改委 的可再生能源电价附加收入暂行办法，下面分析几个重要的政策法规： 中华人民共和国可再生能源法 是2 0 0 5 年2 月公布，2 0 0 6 年1 月开始执行的，主要的涉及到光伏政策的有： l ，国家鼓励单位和个人安装和使用太阳能光伏发电系统等太阳能利用系 统。国务院建设行政主管部门会同国务院有关部门制定太阳能利用系统 与建筑结合的技术经济政策和技术规范。房地产开发企业应当根据前款 规定的技术规范，在建筑物的设计和施工中，为太阳能利用提供必备条 件。对已建成的建筑物，住户可以在不影响其质量与安全的前提下安装 符合技术规范和产品标准的太阳能利用系统；但是，当事人另有约定的 除外。可再生能源发电项目的上网电价，由国务院价格主管部门根据不 同类型可再生能源发电的特点和不同地区的情况，按照有利于促进可再 生能源开发利用和经济合理的原则确定，并根据可再生能源开发利用技 术的发展适时调整。上网电价应当公布。 2 ，电网企业依照本法规定确定的上网电价收购可再生能源电量所发生的费 用，高于按照常规能源发电平均上网电价计算所发生费用之间的差额， 附加在销售电价中分摊。具体办法由国务院价格主管部f - l 带t 定。 3 ，电网企业为收购可再生能源电量而支付的合理的接网费用以及其他合理 的相关费用，可以计入电网企业输电成本，并从销售电价中回收。 国家政策的大方向已经指出了，支持太阳光伏发电项目，也指出要收购绿色 的电力，但是具体的价格目前还没有定出来。 j 可再生能源发电价格和费用分摊管理试行办法 可再生能源发电价格实行政府定价和政府指导价两种形式。政府指导价即 通过招标确定的中标价格。可再生能源发电价格高于当地脱硫燃煤机组标杆上网 电价的差额部分，在全国省级及以上电网销售电量中分摊。太阳能发电、海洋能 1 4 中山大学博士后出站报告 发电和地热能发电项目上网电价实行政府定价，其电价标准由国务院价格主管部 门按照合理成本加合理利润的原则制定。鼓励电力用户自愿购买可再生能源电 量，电价按可再生能源发电价格加上电网平均输配电价执行。 广东省 广东省今年初由粤经贸环资委发布了关于发展广东省太阳能产业的意 见，其中涉及到太阳能光伏发电部分的有几点： 1 力争至1 1 2 0 1 0 年，广东省光伏发电示范项目达到2 0 兆瓦以上，光伏电池组件生 产能力达到3 0 0 兆瓦，光伏电池单片生产能力达到2 0 0 兆瓦，产值达5 0 亿元。 2 加大太阳能开发应用与建筑一体化的技术研究与推广应用；实施推广一批太 阳能利用示范工程和项目，逐步实现企业规模化、产品标准化、技术国产化、市 场规范化。 3 鼓励使用财政资金的建筑及有实力、用电量大的用户采用光伏发电系统。 4 根据国家发展改革委关于可再生能源发电有关管理规定( 发改能源( 2 0 0 6 ) 1 3 号) 的要求，电网企业要无条件允许符合规定的太阳能光伏用户并网，确保太 阳能光伏发电全额上网。 5 太阳能并网发电项目的接入系统，由电网企业建设和管理。对于直接接入配 电网的太阳能发电项目，其接入系统原则上由电网企业投资建设，发电企业( 个 人) 经与电网企业协商，也可以投资建设。 6 做好太阳能开发利用示范试点项目的验收工作，建立完善太阳能行业的试点 评估体系，示范试点项目评价指标，为评估示范试点项目提供技术依据。 7 在条件成熟地区，组织实施太阳能光伏系统示范项目，选择部分使用财政资 金的新建大型建筑作为使用太阳能光伏系统示范工程；选择一些用电量较多、经 济实力较强的企业作为应用示范点，每家建设2 0 千瓦至1 0 0 千瓦光伏发电系统， 作为企业办公等用电的补充电源。 上海市 f 1 2 0 0 5 年6 月以来，在上海市发改委和经委的统一部署、大力倡导下，借鉴国 际先进经验，首先在国内尝试用户自愿认购的销售模式，绿电销售有序推进，取 得了积极成果。截至2 0 0 6 年1 2 月3 1 日，上海全市居民用户认购户数6 8 4 2 户，认购 总量1 0 6 万千瓦时；单位用户认购2 2 户，认购总量1 4 7 6 万千瓦时。其中，市南供 中山大学博士后出站报告 电公司有1 4 0 9 户居民用户认购了2 3 0 1 6 万千瓦时，7 9 单位用户认购了2 5 2 万千瓦 时。目前，松江分公司认购“绿电”总户数达至1 j 2 3 3 户，认购总量达2 2 3 9 万千瓦时。 1 4 小结 从上面的介绍我们知道，很多国家的光伏建筑一体化的项目在不断的发展 中，从统计来看，太阳能光伏并网发电仍然是发展最快的技术。2 0 0 4 年- - 2 0 0 5 年，全球光伏并网发电装机容量增长了5 5 ，累计装机容量从2 0 0 万千瓦增至 3 1 0 万千瓦。其中，德国占全球新增安装容量的一半以上，一年内新增6 0 多万 千瓦。日本和美国分别增加3 0 万千瓦和7 万千瓦，排在第二和第三位。2 0 0 5 年发 生了几件具有里程碑意义的事情，如全球最大的太阳能光伏发电站在德国的成功 运行，装机容量达1 万千瓦；许多几十乃至几百千瓦级的大型光伏发电系统的商 业化安装等。德国的累计装机容量首次超过日本。如果考虑离网应用，2 0 0 5 年 全球光伏装机总量达到了5 4 0 万千瓦，比2 0 0 4 年增加1 4 0 万千瓦。 现在的光伏建筑一体化的项目越来越体现了光伏发电与建筑的结合，每座房 子就是一座发电站，而且美观，真正的体现了一体化的目标。 很多的国家包括中国已经制定了很多有利于太阳能光伏建筑一体化发展的 政策，这些政策也起到了推进太阳能光伏建筑一体化的项目快速的发展。而太阳 电池组件也在建筑上逐渐发挥它的效用，也满足了建筑材料的要求，其中比较主 要的有以下几点： 在建筑物上安装太阳电池组件不但能发电，而且是能当作建筑材料来用。 安装在建筑物上的太阳电池应该具有很多的功能：美观，抗风，遮雨，隔噪 音，隔热，发电。这些功能现在都有做出来了，应用在建筑上。 特殊制作太阳电池组件，满足建筑设计师的特别要求。 太阳电池组件满足建筑材料的特性：破碎后的高强度，安全性；防冰雹；可 踩踏； 寿命：安全性、稳定性，可以保质量的运行2 0 一2 5 年，可以使用的时间是 3 0 5 0 年，很经济。 安装：安装快捷和无声运行； 维护：清洁型和免维护 中山大学博士后出站报告 光伏与建筑的结合方式有两，一种光伏系统与建筑相结合，第二种是光伏器 件与建筑材料的结合。在以后做光伏建筑一体化时需要注意的地方是：建筑的效 果和美学的效果，以及里面的连线，电器部分的连线要求又短还要隐蔽，安装要 求既要安全又要可靠。另外太阳能和建筑结合时，太阳能电池组件的方位角和 倾斜角都是有一定的要求，只要在某一个角度才能发挥最大的太阳能发电的效 果。 太阳能光伏技术已经逐步成为国际社会走可持续发展道路的首选技术之， 联合国能源机构最近发布的调查报告显示，b i p v 将成为二十一世纪发展的重要 产业 中山大学博士后出站报告 参考文献 【1 j b e n e m 眦o c h e h a b 卫s d m r - g a l x i e lb u i k l i n g - 州p vm o d i l l s s o l a rb h 科m 啦d a 】sa n d s o l a r c e l l s ，2 0 0 1 ( 6 7 ) ：3 4 5 【2 】沈辉曾祖勤太阳能光伏发电技术化学工业出版社2 0 0 51 6 2 。 3 a s b a h a j j 砸o v o l t a i cr 0 0 丘l | g i 阻瞄o fd e s i g na n dh 昭妇li n t o 蛐血玛曼r c m w a b ke m g x 2 0 0 3 ( 2 8 ) ：2 1 9 5 【4 c r o e c k e r p a f f o l t e r , j b o n v i r t , j bg a y p vb u i l d i n gd e m e n t s s o l a re n e r g ym a t e r i a l sa n d s o l a rc e l l s ，1 9 9 5 ( 3 6 ) ：3 8 1 5 】1 l j s p i e g e l ，d l g r e a n b e r g ，e c k e r n , d e h o u s e e m i s s i o nr e d u c t i o nd a t af o r 鲥dc o n n e c t e d p h o t o v o l t a i c p o w e rs y s t e m s o l a r e n e r g y , 2 0 0 0 ( 6