太阳能光伏发电应用与光伏建筑一体化

1、太阳能发电应用与光伏建筑一体化,可再生能源建筑应用技术的起步,建筑是能耗主力军 目前我国建筑能耗惊人，建造和使用建筑直接、间接消耗的能源占到全社会总能耗的 46.7%，单位建筑面积能耗是发达国家的-倍。各地政府和众多房地产开发商认识到绿色生态建筑是建筑产业的发展趋势和方向，2006年深圳、上海等城市已向建设部申请了一批绿色建筑项目，在生态城市建设和节能减排方面走在了全国的前列。太阳能、地热能等可再生能源在建筑上大规模的应用，探索了建筑产业的可持续发展模式，改变了现有建筑的产业模式，是实现节能建筑、走低能耗建筑的必由之路。 2%的屋顶年发电120TWH 我国现有房屋建筑总面积400亿平方米，如利

2、用2%房屋面积来进行太阳能发电，可增加80GWp的发电能力，年发电量可达120TWh,占全国发电量的7.3%。从地源、空气源等自然中收集能量满足建筑能耗的需要，同样具有技术可行性和广阔的发展前景。,太阳能光伏发电是缓解能源短缺的新路。 2004年，全球光伏行业进入了一个前所未有的跳跃式发展年，整个光伏行业从源头产品高纯硅、硅片到终端产品的组件都出现了供不应求的局面。 世界范围内的能源短缺和人们环保意识的增强，使得太阳能被认为是21世纪最重要的新能源。 太阳能发电无污染、安全、寿命长、维护简单、资源永不枯竭 等特点，使得太阳能产业自20世纪80年代以来得到了迅速发展。全球光伏电池的生产持续高速增

3、长，每年以30%-40%的速度递增。,太阳电池和组件,21世纪最重要的新能源太阳能,2001年世界范围内太阳能发电累计安装量已超过1600MW，根据欧盟的预测，到2030年，光伏发电将占到世界总发电量的5-20%，到本世纪末，太阳能将占到整个能源供应的66%以上，其中太阳能发电占63%。,太阳能,太阳能发电的未来预测,加速发展的光伏市场,逐渐下降的组件价格,在能源和环境和双重推动下，世界光伏市场呈现出高速、快速发展的态势，近年来其发展速度更是高达30-40%，而其成本也在逐年下降接近常规能源。太阳能电力成为未来主流能源的趋势正逐步显现。,太阳能电力将是未来主流能源,1837年，法国科学家皮库雷

4、尔将光伏电池放在阳光下，发现有额外的电压产生，这就是著名的“光生伏打效应”。太阳电池接受光照时，由光产生的电子、空穴被内部电场分离，在太阳电池的正面和背面之间产生电压，由外电路接通，就会产生直流电流。,太阳能光伏发电的原理,光伏发电的最基本构件是太阳电池。晶体硅太阳电池分为单晶硅太阳电池和多晶硅太阳电池两种。将太阳电池封装在钢化玻璃上就成为太阳电池组件。,单晶硅太阳电池和组件,多晶硅太阳电池和组件,太阳电池组件,光伏建筑一体化BIPV组件,两层高透光玻璃,尺寸定做,表面颜色一般有深黑色和淡蓝色,微型接线盒,BIPV组件,特点: 产生电能 减少能量损失 降低噪音,用途: 用于建筑幕墙的墙体和建筑

5、物的屋顶 光伏建筑一体化并网发电,-中空、真空光伏玻璃组件,独立太阳能光伏发电系统设计原理,在太阳照射下，太阳电池方阵产生电流经过控制器调整，储存在蓄电池中；通过控制器和逆变器来满足用户用电的需要。,并网太阳能光伏发电系统设计原理,白天发出的电通过逆变器卖给公共电网，当需要用电时再从公共电网买电使用。,太阳能光伏发电的广泛应用体现了可持续发展能源和循环经济的理念，将调整能源结构，保障能源安全在改善和保护地球环境和确保人类社会的可持续发展中占据日益重要的地位。,并网太阳能光伏发电系统构造,白天发出的电通过逆变器卖给公共电网，当需要用电时再从公共电网买电使用。,BIPV将对现代建筑产生重大影响,在

6、世纪的新能源技术中有两大能源优先发展：太阳光伏发电与核聚变。 太阳光伏发电是到目前为止最长寿、最清洁的发电技术。 光伏发电对世界能源需求将会做出重大贡献的两个领域是提供住户用电和用于大型中心电站的发电。 前者将对现代建筑的发展产生重大的影响。太阳光伏发电系统只涉及到半导体封装器件，不消耗常规能源，无运动机械部件，无污染，无噪声，维护方便，发电容量可任意选择。,BIPV的基本组成形式,光伏建筑一体化（）提出了“建筑物产生能源”的新概念，即建筑物与光伏发电的集成化，在建筑物的外围护结构表面上布设光伏阵列产生电力。 系统可以划分为两种形式：光伏屋顶结构（）和光伏幕墙结构（）。系统一般由光伏阵列（电池

7、板）、墙面（屋顶）和冷却空气流道、支架等组成。 对于一个完整的系统，还应该有另外一些设备：负载、蓄电池、逆变器、系统控制、滤波保护等装置。当一个系统参与并网时，则不需蓄电池，但需有与电网的联入装置。,光伏与建筑的基本结合方式,光伏与建筑的结合有两种方式： 建筑与光伏系统相结合把封装好的的光伏组件（平板或曲面板）安装在居民住宅或建筑物的屋顶上，再与逆变器、蓄电池、控制器、负载等装置相联。光伏系统还可以通过一定的装置与公共电网联接。 建筑与光伏器件相结合建筑与光伏的进一步结合是将光伏器件与建筑材料集成化。目前已经研制出大尺度的彩色光伏模块，既是发电器件又是建筑材料，可使建筑外观更具魅力。,光伏与建

8、筑结合的安装方式,采用普通太阳电池组件，安装在倾斜屋顶原来的建筑材料上 采用特殊太阳电池组件，作为建筑材料安装在倾斜屋顶上 采用普通太阳电池组件，安装在平屋顶原来的建筑材料上 采用特殊太阳电池组件，作为建筑材料安装在平屋顶上 采用普通或特殊太阳电池组件，作为幕墙安装在南立面上 采用特殊太阳电池组件，作为建筑幕墙安装在南立面上 采用特殊太阳电池组件，作为天窗材料安装在天窗上 采用普通或特殊太阳电池组件，作为遮阳板安装在建筑上,不同类型的太阳电池组件在建筑物上的适用程度,“+”表示高适用性，“0”表示低适用性，“-”表示不适用,光伏建筑一体化的优点（一）, 并网系统光伏阵列一般安装在闲置的屋顶或墙

9、面上，无需额外用地或增建其他设施，适用于人口密集的地方使用。这对于土地昂贵的城市建筑尤其重要。 可原地发电、原地用电，在一定距离范围内可以节省电站送电网的投资。对于并网户用系统，光伏阵列所发电力既可供给本建筑物负载使用，也可送入电网。在阴雨天、夜晚或光强很小的时候，负载可由电网供电。由于有光伏阵列和公共电网共同给负载供应电力，增加了供电的可靠性。 夏季，处于日照时，由于大量制冷设备的使用，形成电网用电高峰。而这时也是光伏阵列发电最多的时候。系统除保证自身建筑用电外，还可以向电网供电，从而缓解高峰电力需求。,光伏建筑一体化的优点（二）, 由于光伏阵列安装在屋顶和墙壁等外围护结构上，吸收太阳能，转

10、化为电能，大大降低了室外综合温度，减少了墙体得热和室内空调冷负荷，节省了能源，保证了室内的空气品质。 避免了由于使用一般化石燃料发电所导致的空气污染和废渣污染，这对于环保要求严格的今天与未来更为重要。 由于光伏电池的组件化，光伏阵列安装起来很简便，而且可以任意选择发电容量。 在建筑围护结构上安装光伏阵列，可以促进部件的大规模生产，从而能够进一步降低部件的市场价格，这对于系统的广泛应用有着极大的推动作用。,BIPV系统的发展趋势,在能源和环保压力的促进下，太阳能光伏技术已逐步成为国际社会走可持续发展道路的首选技术之一。事实已经证明，对于几个千瓦以下的系统，采用太阳光伏发电是最为理想的。光伏（）技

11、术除传统的单独用户及特殊领域应用外，正在向高水平和大规模方向发展。的并网发电已成为近年来应用的主要方向和热点。联合国能源机构最近发布的调查报告显示，将成为世纪的市场热点，太阳能建筑业将是世纪最重要的新兴产业之一。,光伏玻璃与建筑结合注意事项,1、朝向方向为正南 2、倾角合适的角度 3、连线隐蔽、最短 4、协调颜色、布局 5、安装安全、可靠 6、匹配电压、电流,北京奥运工程“水立方”,太阳能光伏屋顶电站的安装方式,线缆桥架,BIPV案例分析（一）,在英国的东北部港市森德兰的附近的国际太阳办公室 是一栋位于 Doxford 国际的商务中心的新建的大楼。 由于将光伏系统与建筑有机的结合，以及整个大楼

12、低能耗设计，在该项目获得 2000 年英国的建筑艺术最高奖项。,光伏系统功率: 73 kWp BIPV组件: 多晶硅组件 BIPV方阵组成: 两个大的方阵 35.6 KWp, 两个小的方阵 0.94kWp 逆变器: 两台35kw三相集中型逆变器 ，两台0.85 单相组串式逆变器,国际太阳办公室,整个建筑面积为4600m2，大楼共分3层，6个区域，南立面共安装BIPV组件73KWp，太阳能每年可以产生55100KWh电力，这部分电力能够满足整个大楼1/3电力的需求,BIPV案例分析（一）,国际太阳办公室,BIPV组件安装在建筑物的南立面，兼顾建筑与太阳电池组件整体性和发电量最大化，BIPV方阵与

13、水平面之间的夹角为600。BIPV方阵通过防雨措施安装在南立面的钢结构上。为了降低风阻和提高视觉效果，BIPV方阵左右排列并偏移正南50，但同时会损失一部分能量。,BIPV案例分析（一）,国际太阳办公室,352件单体BIPV组件通过串联和并联的方式得到约定的电压和电流值后接入并网逆变器的直流输入端。整个系统共配备2台35KW和2台0.85W并网逆变器，连接系统的导线全部放置在方阵背后的线槽中，太阳能产生的电力100%被利用。,BIPV案例分析（一）,国际太阳办公室,为了确保大楼夏天热量产生和冬天热量的损失，BIPV与建筑物之间作了隔热层，采用两层中空密封玻璃，建筑物内有良好的通风系统，温度较高

14、时，通风系统工作。,BIPV案例分析（一）,国际太阳办公室,香港科学公园BIPV光伏并网发电系统，太阳能发电系统功率为200KW。,BIPV案例分析（二）,香港科学公园BIPV光伏玻璃与建筑结合方式,BIPV案例分析（二）,香港科学公园BIPV，光伏并网系统，年发电250MWh,BIPV案例分析（二）,光伏组件与建筑墙体结合，采用并网发电方式，提供大楼部分电力。,BIPV案例分析（二）,光伏玻璃安装在楼层之间，光伏系统并网发电。,BIPV案例分析（二）,尚德光伏研发中心大楼1000KW光伏电站,1MW的太阳能光伏电站，每年可替代标煤546吨，减排980吨，运行25年共可替代标煤13650吨，减

15、排24500吨，具有巨大的环境和社会效益。,大楼建筑面积研发中心115000平米、活动中心4500平米 本系统的太阳能电池方阵共由4060块Ac系列常规组件和4085块BIPV组件构成，方阵的总额定功率为1MWp。,常规组件以最佳倾角安装，BIPV组件垂直安装。系统拟采用多子方阵、分路逆变、集中升压并入电网的形式，即针对不同安装区域分别选择适合的逆变器就近逆变输出，这样不仅有利于提高系统的可靠性，而且可以有效减少直流输电线路的损耗。 并网逆变器的输出经升压变压器升压为10KV的高压后馈入适合的公共电网接入端口。通常，并网接入点的公共电网端口的容量应远大于太阳能系统的总输出容量。,尚德光伏研发中

16、心大楼1000KW光伏电站,无锡机场航站楼800KW屋顶光伏并网电站,组件连接线（将由装饰铝板覆盖）,方阵汇接箱,方阵连接线,800KW的太阳能光伏电站年净发电量920625.2 KWh,使用寿命以最低25年计算，共可产生电量23527087.5 KWh,800KW的太阳能光伏电站，每年可替代标煤437吨，减排784吨，运行25年共可替代标煤10925吨，减排19600吨，具有巨大的环境和社会效益。,无锡（国家）工业设计园300KW屋顶光伏并网电站,国外应用案例,建于1993年，位于英国诺丁汉郡斯韦尔小城中部。该住宅在能源、水、下水及废水处理等方面被设计成自给自足的方式，除了电话，其它方面无须

17、连接市政管网，而且，该住宅利用太阳能产生的能源除自己使用外，多余部分还可以输入到国家电网。其总造价和一般普通住宅造价相当。,该住宅的电力是通过36个60W的多晶硅太阳电池组成的太阳能发电系统获得的，系统通过控制逆变器与国家电网相连。整个发电系统只占住宅总造价的10%，最少能保证使用20年以上。住宅年耗电3115KWh，其中1615KWh来自太阳能发电。,英国 “零能耗住宅”,德国2004年1月实施的新能源法的光伏上网电价,国外的政策扶持（一）,德国 年首先开始实施“一千屋顶计划”，在私人住宅屋顶上推广容量为 的户用联网光伏系统。德国政府2000年首先颁布可再生能源法，德国政府的“十万个光伏屋顶

18、计划”保证私人的太阳光发电系统用不完的电，可以上电力网卖给国家电力公司；目前世界上最大的太阳能屋顶光伏系统安装在新慕尼黑贸易展览中心。,日本 日本很重视光伏与建筑相结合的技术。世纪年代，政府资助一些大学、研究所和公司进行开发研究。 日本政府在“阳光规划”执行后，2000年又推出新阳光规划，对光伏屋顶系统实行强有力的补贴政策，使居民光伏屋顶系统最近5年平均年增产率为96.7%，成为目前世界光伏发电的最大市场。 美国 年月，美国能源部和国立再生能源实验室签定五年合同，实施“：”计划，耗资 万美元发展与建筑相结合的光伏产品，即建筑幕墙光伏器件和大型屋顶光伏组件等。 年，美国宣布将实施“百万太阳能屋顶

19、”计划，到年要在全国范围的住宅、商业建筑、学校和联邦政府办公楼屋顶上安装万套太阳能系统，包括光伏系统和太阳能集热器，可以供应电力和热水。为此，财政年度美国政府的光伏研究经费增加了。,国外的政策扶持（二）,1.可再生能源法 2006年1月1日，可再生能源法正式实施。确立了可再生能源总量目标制度、可再生能源并网发电审批和全额收购制度、可再生能源上网电价与费用分摊制度、可再生能源专项资金和税收、信贷鼓励措施。 2.可再生能源发电价格和费用分摊管理试行办法 2006年1月4日，可再生能源发电价格和费用分摊管理试行办法公布。提出可再生能源发电价格实行政府定价和政府指导价两种价格。风力发电项目的上网电价实行政府指导价；太阳能发电、海洋能发电和地热能发电项目实行政府定价；生物质发电项目实行政府定价，由国务院价格主管部门制定标杆电价，电价标准由各省2005年脱硫燃煤机组标杆上网电价加补贴电价组成。补贴电价标准为每千瓦时0.25元。,中国相关扶持政策（一）,3.可再生能源发电有关管理规定 2006年2月7日，国家发改委正式发布的可再生能源发电有关管理规定（以下简称规定），作为中国可再生能源法和可再生能源发电价格和费用分摊管理试行办法的配套法规，规定所称可再生能源包括：风力发电、生物质发电（包括农林废弃物直接燃烧和气化发电、垃圾焚烧和垃圾填埋气发电、沼气发电）、