太阳能发电技术在建筑工程中的运用

太阳能发电技术在建筑工程中的运用 摘要:可再生能源是指在自然界中可以不断再生、永续利用、取之不尽、用之不竭的资源，它对环境无害或危害极小，而且资源分布广泛，适宜就地开发利用。太阳能是清洁的可再生能源，利用太阳能发电是国家绿色环保的能源政策之一。本文讨论了光伏发电并入电力系统的装置。通过该装置的各个组件的组合应用,使太阳能发电在建筑中转换为可以为我们应用的电能并入电力系统中。使新能源得到有效的利用。 关键词:光伏发电;逆变器;蓄电池 能源是发展国民经济、改善人民生活的重要物质基础。目前我国能源形势相当严峻,能源生产严重滞后于国民经济的发展,能源消耗量逐年递增,能源总耗中有35%一40%为一次性的不可再生能源。不可再生能源的过渡开采利用,已经使人类面临着资源枯竭、环境恶化、生态破坏、气候变暖等一系列严峻问题。同时我国又是一个高建筑能耗的国家,目前每平米的建筑能耗是发达国家的23倍,我国城镇建筑能耗占全终端商品能耗30%以上,现建筑中99%为高耗能建筑,每年新建的建筑中95%仍属高耗能建筑。为使我国经济持续、稳定、协调发展,提高环境质量,必须从提高建筑中能源利用率和开发利用可再生能源人手,扭转能源浪费和能源紧缺的严重状况。 太阳能作为一种取之不尽、用之不竭的清洁能源,具有安全、无污染、可再生和分布范围广等特点,越来越受到人们的重视,是今后替代能源发展的战略性领域。因此我们在建筑设计的时候,可以考虑采用太阳能作为我们的能源供应。太阳能发电具有许多优点,如太阳能发电安全可靠,无噪音,无污染;太阳能发电所需能量随处可得,无需消耗燃料无机械转动部件,太阳能发电维护简便,使用寿命长;建设周期短,规模大小随意;太阳能发电可以无人值守,也无需架设输电线路,太阳能发电还可方便与建筑物相结合等;这些都是常规发电、其他发电方式无法和太阳能发电比拟的。 但由于太阳照射强度弱,而且现有的太阳能吸收技术并不高,因而所能提供的动力能源是有限的。设计一个可以并入总的供电系统的太阳能光伏发电的装置,要求此装置实用、简便、性能稳定、可以达到智能化与一体化相统一。本设计从以下三个方面着手。 (1)保证太阳能光伏发电装置的基本电力供应和控制的需要,合理选择太阳能电池、蓄电池、逆变器及其它匹配装置。 (2)在光伏发电并入供电系统的基础上可以优化系统,提高效率。 (3)在已有的技术基础上,并入装置分为手动切换和自动切换,达到智能化,一体化的控制。 一、太阳能光伏发电系统的设计 根据光电转化率和能量比的大小来选择太阳能电池板。选择效率高的光伏材料对于提高太阳能电池的功率是十分显著的,目前国内光伏材料的光电转化率较低,一般在l4%以下,而日本的光伏材料最高可以达到22%。太阳能电池构件的功率和蓄电池、控制逆变器的配置的选择是装置的关键,先选择如下: 太阳能电池构件总功率为2KWD,2V600AH,密封阀控蓄电池24只,控制逆变器3KVA(48DC/220VAC)。 原材料特点: 电池片:采用高效率(14.5%以上)的多晶硅太阳能片封装,保证太阳能电池板发电功率充足。 玻璃:采用低铁钢化绒面玻璃(又称为白玻璃),厚度3.2mm,在太阳电池光谱响应的波长范围内(320-1100nm)透光率达91%以上,对于大于1200 nm的红外光有较高的反射率。此玻璃同时能耐太阳紫外光线的辐射,透光率不下降。 EVA:采用加有抗紫外剂、抗氧化剂和固化剂的厚度为0.78mm的优质EVA膜层作为太阳电池的密封剂和与玻璃、TPT之间的连接剂。具有较高的透光率和抗老化能力。 TPT:太阳电池的背面覆盖物-氟塑料膜为白色,对阳光起反射作用,因此对组件的效率略有提高,并因其具有较高的红外发射率,还可降低组件的工作温度,也有利于提高组件的效率。当然,此氟塑料膜首先具有太阳电池封装材料所要求的耐老化、耐腐蚀、不透气等基本要求。边框:所采用的铝合金边框具有高强度,抗机械冲击能力强。带有独立运行功能的太阳能光伏发电系统如图1所示。 1.太阳能电池板 太阳能电池板是太阳能发电系统中的核心部分,也是太阳能发电系统中价值最高的部分。太阳电池板的作用是将太阳辐射能直接转换成直流电,供负载使用或存贮于蓄电池内备用。一般根据用户需要,将若干太阳电池板按一定方式连接,组成太阳能电池方阵,再配上适当的支架及接线盒组成。太阳能电池板与蓄电池组的合理配置,是太阳能光伏发电系统的关键。 2.充电控制器 充电控制器主要由专用处理器CPU、电子元器件、显示器、开关功率管等组成。在太阳能发电系统中,充电控制器的基本作用是为蓄电池提供最佳的充电电流和电压,快速、平稳、高效的为蓄电池充电,并在充电过程中减少损耗、尽量延长蓄电池的使用寿命;保护蓄电池,避免过充电和过放电现象的发生。同时记录并显示系统各种重要数据,如充电电流、电压等。 在温差较大的地方,合格的控制器还应具备温度补偿的功能。其他附加功能如光控开关、时控开关都应当是控制器的可选项 3.逆变器 逆变器的作用就是将太阳能电池方阵和蓄电池提供的低压直流电逆变成220伏交流电,供给交流负载使用。在很多场合,都需要提供220VAC、110VAC的交流电源。由于太阳能的直接输出一般都是12VDC、24VDC、48VDC。为能向220VAC的电器提供电能,需要将太阳能发电系统所发出的直流电能转换成交流电能,因此需要使用DC-AC逆变器。在某些场合,需要使用多种电压的负载时,也要用到DC-DC逆变器 4.蓄电池 太阳能电池板的供应电压与蓄电池组的饱和电压基本相同,可以直接耦合:当太阳能电池功率充裕时,多余的能量给蓄电池充电;当太阳能电池功率不足时,由蓄电池放电。充放电控制系统对充、放电过程进行保护,这样可以保证蓄电池正常充电、放电,另外还要对蓄电池的过充、过放进行适当控制。蓄电池的过充保护在主电路中由硬件实现。蓄电池组一般为铅酸电池,小微型系统中,也可用镍氢电池、镍镉电池或锂电池。 比如当蓄电池端电压降至43.2V时,太阳能发电系统进入过放保护,自动切换成电网供电;经日照对蓄电池充电,当蓄电池端电压恢复到48V时,又自动从电网切换到太阳能供电。这样不论阴雨天的多少或用电的多少均确保全年全天候供电,这是目前城市中太阳能发电较合理的方式。 二、太阳能光伏发电系统在住宅中的实际应用(图3) 三、结论 本文的设计涉及了太阳能光伏系统各部件的合理安排选置;各部分的设计原理;完成了一整套太阳能光伏系统的设计。 太阳能热发电在商业上没有得到大规模应用,根本原因是目前太阳能热发电系统的发电成本高,是常规能源发电成本的23倍。造成太阳能热发电成本高的主要原因有以下三个方面:第一,太阳能能流密度低,需要大面积的光学反射装置和昂贵的接收装置,将太阳能直接转换为热能这一过程的投资成本占整个电站投资的一半以上,目前这些转换装置还没有大规模生产,制造和安装成本较高,增加了太阳能热发电的技术和经济风险;第二,太阳能热发电系统的发电效率低,年太阳能净发电效率不超过15%,在相同的装机容量下,较低的发电效率需要更多的聚光集热装置,增加了投资成本,并且目前还缺乏这类电站的运行经验,整个电站的运行和维护成本高;第三,由于太阳能供应不连续、不稳定,需要在系统中增加蓄热装置,大容量的电站需要庞大的蓄热装置和管路系统,造成整个电站系统结构复杂,增加了成本。 太阳能发电与建筑相结合的工程是一项具有开拓性的工作。需要相关部门加强推广应用太阳能,促进环保意识的宣传与教育;相关政府部门加速制定相关政策和积极扶植;太阳能产品制造商加强产品开发和完善;建筑设计部门加快太阳能利用与建筑相结合的设计图册、标准及规范。今年,建设部作了十分有力的推动工作,相信不久的将来,太阳能建筑将会在我国兴起;太阳能应用将成为建筑必备的功能。 参考文献: 1余南华,王岳人,杨毅.太阳能车电力系统的智能集成化设计.RENEWABIE ENERGY,2006,2(126):7-12. 2高纪凡.太阳能建筑及其工程实例建筑节能.2006,7(4):39-41. 3贾洁,李华钧,王少营,郑延玲.太阳能在建筑中的应用.辽宁建材,2006,18(4):32-33. 4王