光伏建筑一体化

光伏建筑一体化第1页/共31页光伏建筑一体化一、光伏建筑的概念

1.1光伏建筑的概念1.2光伏建筑的优越性1.3光伏建筑的基本要求二、光伏建筑一体化系统分类

2.1按照光伏系统储能方式分类2.2按照光伏与建筑相结合的类型分类2.3按照光伏组件的类型分类三、光伏建筑一体化系统的主要部件四、光伏建筑工程的实例五、前景及展望第2页/共31页一、光伏建筑一体化的概念

光伏建筑是利用太阳能发电的一种新形式，通过将太阳能电池安装在建筑的围护结构外表面或者直接取代外围护结构来提供电力，是太阳能光伏系统与现代建筑的完美结合。地面光伏系统最初只用于偏僻无电网地区，如游牧、孤岛等。直到20世纪80年代末，光伏地面系统逐渐流行，开始应用一些独立用户、联网用户和商业建筑中。1991年，世界能源组织（IEA）提出了光伏建筑的具体概念，以为着光伏发电进入了在城市大规模应用阶段。

1.1光伏建筑一体化的概念第3页/共31页1.2光伏建筑的优越性光伏发电本身具有很多独特的有点，如清洁、无污染、无噪声、无需消耗燃料等。光伏建筑一体化是建筑与光伏相结合，从建筑学、光伏技术和经济学等方面来分析，光伏发电和建筑相结合有如下优点：1.实现光伏建筑一体化，可有效地减少城市建筑物的常规能源消耗。2.可就地发电，就近使用，一定范围内减少了电力运输过程产生的费用。3.有效利用建筑物的外表面面积，节省了土地资源。4.利用建筑物的外围护结构作为支撑，或直接代替外围护结构，减少了部分建筑材料费用。第4页/共31页5.由于光伏阵列一般安装在屋顶，或朝南的外墙上，直接吸收太阳能，避免了屋顶温度和墙面温度过高，降低了空调负荷，并改善了室内环境。6.白天是城市用电的高峰期，利用此时充足的太阳辐射，除提供自身建筑的用电外，还可以向电网供电，缓解高峰电力需求，具有极大的社会效益和经济效益。7.使用光伏组件作为新型建筑围护材料，给建材选择带来了全新体验，增加了建筑物的美观。8.光伏发电没有噪声、没有污染排放、不耗任何燃料，安装在建筑表面，也不给生活带来不方便，体现了绿色环保。9.利用太阳能，避免了传统化石燃料带来的温室效应和空气污染第5页/共31页1.3光伏建筑的基本要求光伏器件作为建材具备坚固耐用、保温隔热、防水防潮等特点。此外，还要考虑其他因素。基本要求整体性要求美学要求技术要求其他一些要求第6页/共31页整体要求太阳能系统包含的所有内光伏建筑一体化不是光伏发电系统和建筑物的简单叠加，而建筑从开始设计之初，即将容作为不可或缺的设计元素加以考虑，巧妙的将太阳能系统给的各个件融入到建筑中，成为建筑物不可或缺的一部分。第7页/共31页美学要求不同类型的光伏组件在外观上有很大的差别，不同的建筑设计方面也有很大不同。如能将光伏组件很好的融入建筑，不仅能丰富建筑设计，还能增加建筑物的美感，提升建筑物的品味。第8页/共31页技术要求（1）考虑建筑物的周边环境，尽量远离或避开遮阴物（2）兼顾建筑物的前提下，确定最优的太阳能电池组件朝向及倾角（3）电学性能相匹配（4）合理设计尽量减少电缆长度第9页/共31页其他要求1.建筑对光伏组件的力学要求光伏组件作为建筑的外围护结构，需要满足建筑的安全性需要，就必须具备一定的抗风压和抗冲击能力。2.光伏组件对通风的要求不同材料的太阳能电池对温度的敏感程度不同。如晶体硅太阳能电池的效率会随温度的升高而降低。温度对非晶硅太阳能电池效率的影响较弱。3.建筑隔热、隔声要求4.建筑物对光学组件表面反光性能要求（防止光污染）第10页/共31页二、光伏建筑一体化的分类光伏建筑一体化系统的分类方法有很多，如按照光伏系统的储能方式、与建筑相结合类型、光伏组件类型等。以下逐一介绍。a.光伏与建筑直接镶嵌型（BAPV：BuildingAttachedPhotovoltaic)即在现有的建筑屋面或新建的屋面或墙面上直接把光伏板镶嵌在上面，使得光伏与建筑相结合。如与建筑屋顶相结合分布式家庭电站与建筑外墙相结合2.1按照光伏系统与建筑相结合的类型分类b.建筑构建型（BIPV：BuildingIntegratedPhotovoltaic)是将光伏板与新建的建筑屋面或墙面有机结合，使得光伏板成为建筑围护结构的一部分。如光伏组件与屋顶瓦片相结合

光伏组件与建筑幕墙相结合

光伏组件与天窗、采光顶相结合等等第11页/共31页德国奥迪物流中心上的非晶硅光电幕墙面积为400平方米，发电量为16.4KW。（BAPV)第12页/共31页光伏屋顶和遮阳棚（BIPV）分布式家庭电站（BAPV)第13页/共31页2.2按照光伏系统的储能方式分类按照储能方式的不同，光伏系统可以分为以下三种。a.独立系统（stand-alonesystem)b.并网系统（grid-connectedsystem)第14页/共31页c.混合系统（hybridsystem)

混合系统，顾名思义就是除了太阳能，还包含其他新能源的利用，比如风能，地热能等。第15页/共31页2.3按照光伏组件类型分类目前，应用光伏建筑领域最多的依然是太阳能电池组件。单随着薄膜技术的成熟，应用在建筑具有独特的优势。光伏建筑使用的光伏组件主要分为以下几类。1.刚性晶体硅太阳能电池组件刚性晶体硅太阳能电池组件通常以玻璃为上盖板材料，背板材料可以是Tedlar(聚氟乙烯）或玻璃等，因此构成了不透光和透光两种类型的组件。应用刚性晶体硅太阳能电池组件的光伏建筑数不胜数。2.刚性薄膜太阳能电池组件非晶硅太阳能电池组件是薄膜太阳能电池领域应用最广的，相关应用实例非常丰富，在国内也有不少应用。第16页/共31页3.柔性薄膜太阳能电池组件柔性薄膜太阳能电池一般以聚合物或不锈钢等材料为衬底，薄膜以物理或化学的方法沉积到衬底上，在制备电极引出到此案，经封装后成为组件。第17页/共31页三、光伏建筑一体化系统主要部件光伏发电系统通常包括太阳能电池组件、蓄电池（组）、充放电控制器。若有交流负载或并入电网，则需要配置不同的逆变器。3.1太阳能电池组件太阳能电池组件是光伏发电系统中的核心部分，也是光伏发电系统中价值最高的部分。太阳能电池组件的质量和价格直接决定整个系统的质量和成本。作用：将太阳的辐射转换为电能，或直接供负载使用，或送往蓄电池存储起来，或传输到公共电网。太阳能电池片的类型主要有：单晶硅组件(monocrystallinesilicon、多晶硅组件(multicrystallinesilicon,mc-si)、非晶硅薄膜电池(amorphoussilicon,a-si)组件、CuInGaSe2电池组件、CdTe电池组件等。第18页/共31页第19页/共31页第20页/共31页第21页/共31页3.2蓄电池对于独立光伏系统，使用蓄电池将光伏系统产生的电能暂时存储起来。而且选择蓄电池容量时，要考虑连续阴雨天数。目前使用最多的电化学类蓄电池包括铅酸电池和镍镉电池。对于蓄电池而言，主要满足一下要求：1.寿命长2.自放电率低3.具有深度循环放电性能4.充放电循环寿命长5.对过充电、过放电耐受能力强6.具有较高的充放电率7.地运行维护费用第22页/共31页3.3充放电控制器充放电控制器是独立系统中最基本的控制电路，也是必不可少的电路。作用：控制整个系统的工作状态，并对蓄电池过充电和过放电保护。在光伏系统中使用的控制器必须具备以下几个功能：1.防电池过充、过放的功能2.提供负载控制的功能3.提供系统工作状态信息给使用者和操作者功能4.提供备份能源控制接口功能5.将光伏系统富余的电能给负载消耗的功能6.提供给中借口（如监控）的功能第23页/共31页3.4逆变器太阳能电池产生的电是直流电，但是许多负载需要的是交流电，因此需要转换装置。逆变器的功能就是将直流电转换成为交流电，是“逆向”整流的过程。光伏发电系统对逆变器的要求如下：1.要求具有较高的效率2.要求具有较高的可靠性3.要求直流输入电压有较宽的适应范围4.在大中容量光伏发电系统中，逆变电源的输出应为失真度较小的正弦波。第24页/共31页四、光伏建筑工程的实例为了迎接2006年世界杯，改建的柏林火车站，光电屋顶做在两个弧形部分，深色部分就是光电池。总面积3311平方米，总装机容量325千瓦。第25页/共31页柏林火车站内部效果，光伏发电与自然采光融合一体

第26页/共31页光伏屋顶或墙体系统光伏发电与建筑结合的传统形式多采用太阳能光电支架结构，近年来则直接将光伏组件整合在建筑的屋顶及墙体中，形成太阳能瓦和太阳能墙。最著名的光伏瓦屋面是蓝天组设计的德国宝马世界屋面。作为建筑的第五立面，宝马世界的屋顶安装了3660块太阳能板，面积约为8000平方米。第27页/共31页日本Sanyo

太阳光电公司运用简单的建筑意象设计，以圣经上的「诺亚方舟」神话，完美的表达太阳光电于能源秏竭危机中所扮演的任务及角色。