太阳能光伏建筑的一体化简介

• 考虑到并网系统在安装和使用过程中的安全及可 靠性，为减少光伏阵列到逆变器之间的连接线及 方便日后维护，需在光伏组件与逆变器之间增加 光伏阵列直流汇流箱。系统采用2种汇流箱KBT— PVG一9(9进1出)和KBT—PVG一12(12进1出)，整 个并网系统需配置38台直流防震汇流箱。每台汇 流籍均配备光伏专用高压防雷器，具备防雷功能 • 5、直流配电柜设计 • 每台直流配电柜按照500kWp的直流配电单元 进行设计，2MWp光伏并网单元需要4台直流配 电柜。每个直流配电单元可接入10路光伏方阵防 雷汇流箱。每台直流配电柜分别接入1台500kW 逆变器。
一、光伏建筑一体化系统建筑设计要求
• 1、一般规定 • 光伏建筑一体化系统中光伏组件与建筑的集成 结合方式，有光电屋顶、光电幕墙、光电采光顶 和光电遮阳板等。系统设计需结合建筑、结构等 相关专业要求，共同确定系统各组成部分在建筑 中的安装位置。安装在建筑物上的光伏组件，满 足建筑的使用功能及节能要求、结构安全及使用 要求、以及电气安全等要求，并配置带电警告标 识及电气安全防护设施，以免出现小必要的触电 事故。
•
BIPV将太阳能的发电机组完美地集结在建筑 物的屋顶或者墙面上，其工作的原理和普通的光 伏发电系统完全一致，唯一的区别在于太阳能的 组件既可以被当作系统的发电机，又可以当作建 筑物的外墙材料。B I P V系统的发电原理是利用 光伏电池的半导体P N结特性，电池片可以吸收 阳光将其转成直流电能并输出，将电池封装后成 为光伏组件，再将电池组件应用到建筑上，使光 伏组件成为光伏建筑的一部分，让光伏组件再结 合其它相配套的配电柜、逆变器、变压器等电器 设备，便可以输出人们需求的的交流电。
除了以上技术要素之外，光伏建筑一体化系统 设计另一至关重要是满足建筑的美学要求，介绍如 下两点： • （1）建筑物的光影效果，普通光伏组件一般 为阻挡视线的布纹超白钢化玻璃，现代建筑屋顶或 外墙幕墙如安装光伏组件，对采光会有一定的需求 ，此时可以采用光面超白钢化玻璃，外加电池板背 面的采用普通光面钢化玻璃制作双面玻璃组件(节 约成本)，即可满足建筑物的功能。 • （2）光伏组件背面的接线盒及其连接线一般情 况下采用明装，容易破坏建筑物的整体协调感，光 伏建筑一体化系统中一般将接线盒省去或隐藏起来
•
• ，此时需考虑旁路二极管保护，可将旁路二极管 和所有连接线隐藏在幕墙结构中，同时需做好防 雨水侵蚀和防晒措施。 • 3、结构专业设计要求 • 根据光伏建筑一体化系统的类型，对光伏组件的 安装结构、支撑光伏系统的主体结构或结构构件 及相关连接件进行相应结构设计。结构设计应与 工艺和建筑专业相配合，合理确定光伏组成部分 在建筑中的位置。光伏建筑结构荷载取值应符合 《建筑结构荷载规范》(GB50009-2010)的规定 。
二、光伏建筑一体化系统的设计原则及步骤
•
•
光伏建筑一体化系统的设计在收集当地气候参 数的基础上，根据建筑物的使用功能、电网条件 、负荷性质和系统运行方式等因素，确定系统为 安装型、建材型或构件型。光伏组件的倾角、数 量、安装位置及阴影的设计要和建筑物设计同时 进行，因其对光伏建筑一体化的外观影响校大， 应尽量做到相互平衡、协调、一体化的设计。简 单设计步骤如下： （1）设计之前收集当地的太阳能辐射以及温度 变化等气象数据，当地气象部门太阳能辐射量一 般只有水平面的数据，需要根据理论计算换算出
•
此外，光伏建筑一体化系统规划设计需进行 太阳能辐射、建筑物、电网等方面的评估。在建 筑物上安装该系统小能降低建筑物本身或者是周 围相邻建筑物的日照标准;避免周围环境景观、绿 化种植及建筑自身的构件投影遮挡投射到光伏组 件上的阳光；避免光伏组件对建筑本身或者是周 围建筑物群体的二次辐射造成光污染。 • 2、建筑专业设计要求 • 安装光伏组件的建筑部位在冬至日全天日照 应小低于3h；并在安装光伏组件的部位采取安全 防护措施；满足其所在部位的建筑防水、排水、 雨水、隔热及节能等功能要求。
• 光伏板表面的实际辐射量。 • （2）建筑设计和电力负荷的确定，决定光伏组件 的类型、规格、数量、安装位置、安装方式和可 安装面积的场地，同时光伏组件规格及安装面积 、安装位置也决定了光伏系统的最大安装容量。 • （3）系统的直流汇线箱、逆变器、测量和数据采 集系统的设计。
三、太阳能光电技术在建筑上应用 的设计
• 2、太阳电池阵列设计 （1）太阳电池阵列安装倾角的确定 • 根据现场勘测，安装现场位于北纬33.53°， 铺设太阳电池阵列的最佳倾角不应超过该纬度。 根据当地的阳光照射条件，每年5～9月是太阳光 照射强度最大时间段，日照辐射总量约占全年辐 射总量的75％，该时间段的太阳光垂直入射所对 应的平均安装倾角约为30°。由于采取并网光伏 发电系统，电网作为储能装置，不必像蓄电池那 样受到容量的限制，故太阳电池阵列的安装倾角 为全年能接收到最大太阳辐射量所对应的角度。 综合考虑各因素，安装方式采取光伏组件表面与 地面水平方向呈30°的最佳倾角朝阳安装，光伏 组件表面的水平方位角为SO°w，即为正南方向
• （2）太阳电池组件选型 • 目前工程上应用的太阳电池组件主要为晶体硅电 池组件，其中单晶硅太阳电池转换效率最高，多 晶硅次之，但实际应用中两者差别较小。由于多 晶硅成本较低，比单晶硅应用更多，因此项目采 用型号JD一280M、功率为270～290W的多晶硅 太阳电池组件，电池片单体光电转换效率约为16 ％～17％。
• 3、并网逆变器的选择 • 并网逆变器是并网光伏系统的重要设备，其功能 是将太阳能发电系统所发出的直流电转换成交流 电。系统选用许继柔性输电系统公司自主开发的 GBL200—500／380-ST光伏并网逆变器，每台 逆变器的额定功率为500kW，均含有隔离并网变 压器，实现电气隔离。逆变器的核心控制采用基 于SVPWM的无冲击同步并网技术，保证系统输 出与电网同频、同相和同幅值。 • 4、光伏方阵直流防雷汇流箱设计 • 汇流箱是光伏发电系统中的重要组成部分， 其主要作用是按照一定的串、并联方式将光伏阵 列连接到一起，以便对光伏阵列实施监控。
• （2）光伏组件串、并联方式设计 • 光伏阵列通过组件串、并联得到，组件的串 并联必须满足并网逆变器输入电压和输入功率的 要求。系统采用500kW光伏并网逆变器，直流工 作电压范围为400 ～880Vdc。光伏组件为230W 的多晶硅组件，其比为36．8V。太阳电池组件串 联的组件数量N=880／36．8≈24块，考虑温度 变化系数，取20块太阳电池组件串联形成一条支 路单元，每条支路单元的串联功率为4．6kWp。 系统共计8700块太阳电池组件，实际功率达到 2001kWp。
• K=0.8×0.9×0.9×0.95×0.85×0.93=0.487 • A=424.96×1012 /(0.16×5016×106 ×0.487)=1.09×106 m2 • 采用1000mm×760mm光伏电池板， • 块数=1.09×106 /(1.0×0.76)=1.435×106 • 实际面积：1.0×0.76×1.435×106 =1.0906×106 m2＞1.09×106 m2 • 可以满足用电需求。
• 摘要：本文从太阳能光伏技术应用的现实意义出 发，重点分析了光伏建筑一体化( B I P V)的应用 特点、相关要求、建筑与结构的设计要点及发电 量计算，阐述了光伏技术的应用现状及发展前景
• 前言：能源问题越来越成为世界关注的热点问题， 严峻的能源紧张状况已经危及我国未来国民经济 安全运行，引起党和国家的高度重视。太阳能的 光伏发电技术是利用光电转换的原理让太阳辐射 光能通过半导体的媒介转化成电能，从而使能源 的运用更加灵活。从长远看，太阳能的光伏发电 技术为城市居住建筑提供了更加广阔的前景，但 是在初期的投资高、转化的效率低；就目前来看， 太阳能的光伏发电技术和建筑物相结合来研究得 最多的是建筑的光伏一体系统简称 BIPV 系统。
四、太阳能光电技术在建筑上应用 的设计计算过程
• 年产电能Ps=η×H×A×K • 式中Ps一年产电能（MJ） • H一所在地区每m2 太阳能与年总辐射能（MJ/ m2 ） • A一光电幕墙或屋面面积 • η一光伏电池效率
• K一修正参数；K=K1×K2×K3×K4×K5×K6 ,其 中 • K1 一光伏电池长期运行参数，取0.8 • K2 一灰尘引起的透明度参数，取0.9 • K3一光伏电池升温导致性能下降的参数，取0.9 • K4一导电损耗修正参数，取0.95 • K5一逆变器效率参数，取0.85 • K6一光伏电池列阵朝向和倾角修正系数，本地区 取0.93 • 南京地区：H=5016MJ/ m2 =5016×106 J/ m2 • 多晶硅η =0.16
• 光伏发电监控系统由监控设备(in光伏并网逆变 器、光照强度传感器、温度传感器、电池检测器 等)、本地触摸屏、远程监控中心等组成。利用模 拟量采集模块进行数据采集，接入逆变器，通过 本地触摸屏来进行操作和数据监视，同时光伏并 网逆变器数据由触摸屏的RJ45端口采用Modbus ／Tcp协议传到远程监控系统。监控中心将与各 设备通讯的数据存入自己的实时数据库，根据通 讯速率，动态更新数据。 • 7、系统能效分析 • 按照光伏组件设计寿命为25年，系统平均每 年衰减0．8％计，25年衰减不超过20％。
• 发电计量系统配置及选用光伏发电设备的计量点 通常设在光伏并网逆变器的并网侧，选用的电度 表为多功能数字式电度表，具有优越的测量技术 及很高的抗干扰能力和可靠性。同时，还提供更 灵活的功能：显示电表数据、显示费率、显示损 耗、状态信息、报警等。显示的内容、功能和参 数可通过光电通讯口用维护软件来修改，通过光 电通讯口还可处理报警信号，读取电度表数据。 • 6、数据采集与监控系统设计 • 系统配有完善的通讯监控系统，全面检测环 境和系统的状态，将光照强度、环境温度、太阳 能板温度、风速等环境变量和系统的电压、电流 、相位、功率因数、频率、发电量等系统变量通 过RS485传输至控制中心，实现远程监控。
• 考虑光伏阵列在能量转换与传输过程中的损失， 系统总效率按81．6％计，可预测25年运营周期 总发电量。首年发电量约为249．2万kWh，25年 累计发电量约为5600．6万kWh，年均发电量约 为224万kWh。 • 8、节能计算 • 一般发出1KWh电要消耗约0.36kg标准煤，同 时产生0．272 kg碳粉尘、0．997kg二氧化碳、0 ．03kg二氧化硫和0．015kg氮氧化合物。系统年 均发电量约为2240258kWh，预计每年可节省标 准煤806.5t，可减少排放609.4t碳粉尘、233.5t 二氧化碳、67.2t二氧化硫和33.6t氮氧化合物。
• 以下我将通过介绍在南京地区应用太阳能光 电技术，从系统原理、主要设备技术要求、设备 安装位置等方面进一步阐述光伏建筑一体化系统 在建筑电气设计中的思路及技术要求。 • 1、系统组成 • 并网光伏发电系统由太阳电池组件及其支架 、方阵防雷接线箱、直流配电柜、光伏并网逆变 器、配电保护系统和系统的通讯监控装置组成。
精品课件！
精品课件！
五、太阳能光电技术在其他建筑上 的应用
国家体育馆示范建筑工程实践
北京最大的太阳能项目一首都博物馆
上பைடு நூலகம்世博会主题馆光伏建筑一体化应用
• 上海虹桥铁路客运站光伏发电项目
六、结束语
• 太阳能技术对于建筑节能的应用前景非常 开阔。虽然目前太阳能更多的是在制热与热水 设备上的应用，光电转换还存在着成本高，转 换效率低的问题，但是，由于太阳能自身存在 着非常大的优势，以及全球提倡节能环保的理 念，相信，在未来，建筑业将会更好地利用太 阳能，在建筑工程的每个环节都会看到太阳能 技术的影子，让太阳能和建筑成为一个有机的 整体，朝着一体化建筑方向发展，实现节能的 效果。