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正文
2018-12-04 17:21:21 | 分类:默认分类 | 标签:

1 基本概念
  1.1 光伏电池
  太阳能电池是利用光电转换原理使太阳的辐射光通过半导体物质转变为电能的一种器件,这种光电转换过程通常叫做“光伏效应”,因此太阳能电池又称为“光伏电池”。
  商业化的光伏电池主要有单晶硅,多晶硅和非晶硅三种。三种光伏电池的性能比较如表1。

光伏建筑遮阳技术探讨

  光伏电池的开路电压约为0.5V ,达不到系统电压的要求,一般将若干个光伏电池串联成光伏组件使用。
  1.2 光伏组件
  光伏组件是将性能一致或相近的光伏电池按一定的排列串联后封装而成,是光伏发电系统的基本构成单元。为了达到系统所需的电压和电流,还要将若干光伏组件并联后形成光伏阵列使用。光伏组件一般应包括高通透面板,光伏电池,背衬板及接线盒等部分.根据背衬板的不同可分为玻璃板光伏组件、金属板光伏组件和塑料板光伏组件等三种。
  1.3 光伏发电系统
  光伏发电系统是直接利用太阳能,通过光电转换进行发电的系统,一般应包括发宅匍供电二个部分。也可分为独立光伏发电系统和并网光伏发电系统二种。独立光伏发电系统就是光伏阵列将所发的直流电供给蓄电池,蓄电池直接向负载供给直流电的系统,由光伏阵列,蓄电池组,充放电控制器,负载等设各组成,这种系统关键设备是蓄电池,蓄电池应具有自放电率低、使用寿命长、深放电能力强、充电效率高,少维护或免维护、工作温度范围宽、价格低廉等特性。对于一般的城市建筑,这种系统苎负载主要是LED等直流用电设各。如图1所示:

光伏建筑遮阳技术探讨

  并网光伏发电系统是光伏阵列将所发的直流电供给逆变器,逆变器直接给电网输送交流电的系统。由光伏阵列,正弦波逆变器,控制器,双向计量电度表等设各组成,这种系统的关键设各是正弦波逆变器,它应具有较高的效率,较高的可靠性,对直流输入电压有较宽的适应范围,逆变电源输出的正弦波失真度较小等特性。这种光伏发电系统是未来的主导方向。如图2所示。

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  1.4 光伏建筑一体化
  光伏建筑一体化的核心是将光伏发电系统的光伏组件与建筑外围护结构的面板相结合。光伏建筑一体化有光伏屋面、光伏墙面、光伏遮阳、光伏围栏和光伏地面等五种主要形式,各种形式的比较如表2。

光伏建筑遮阳技术探讨

  光伏组件与建筑外维护结构的结合面板不同,单位面积的太阳日平均辐射照度,建筑或建筑构件对光伏组件的太阳辐射遮挡也不一样,单位面积的发电效率就不相同,墙面,围栏和地面容易被遮挡,发电效率就相对较低;对于屋甬i和墙面,光伏组件对其采光要求有一定的影响;只iˉ于一般的建筑,屋面,墙面,围栏和地面的面积是有限的,但建筑遮阳的面积可以是无限的,可安装光伏组件的面积也是无限的。  由于屋面上单位面积的太阳目平均辐射照度相对较大,日照时问相对较长,光伏屋面的发电效率相对较高,一直是世界各国光伏建筑一体化的主导方向。光伏建筑遮阳位于建筑物的最外侧,太阳辐射不容易被遮挡,对建筑功能的影响较小,可安装光伏组件的面积较大,应是光伏i+s筑一体化未来发展的主导方向。

2 光伏建筑遮阳的分类  光伏建筑i圭阳根据遮阳形式的不同,可以分为光伏水平建筑遮阳,光伏垂直建筑遮阳和光伏挡板建疋速阳等三种:  光伏水平遮阳通常设置在遮阳板的L方,受阳光直射,发电功效较高,如图3所示:  光伏垂直遮阳可设置于遮阳板的两侧,能拥有较大的面积没置光伏系统,如图4所示:

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  光伏挡挡板建筑遮阳设置在室外,不一定连贳设置,如图5所示:

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  光伏建筑遮阳也可以根据遮阳安装后的活动情况分为固定式光伏建筑遮阳和活动式光伏建筑遮阳二种。光伏建筑遮阳还可以跟建筑室外灯光相结合,成为LED光伏建筑遮阳。  水平建筑遮阳一般布置在层间的窗间墙位置,也可以在一层内布置多排,其外伸部分可以是水平的,也可以上下倾斜的,在这种遮阳上布置光伏组件时,发电效率与屋面相当;垂直建筑遮阳一般布置在主体结构柱的位置,在这种遮阳上布置光伏组件时,发电效率与墙面相当;挡板建筑遮阳一般布置在窗口或透明幕墙部位,这种遮阳可以与墙面平行,也可以不平行,在这种遮阳上布置光伏组件时,发电效率也与墙面相当。  对于周长为50m×50m,建筑高度为100米的塔楼,如果在层高4m的窗间墙位置设置外伸1m的环向水平遮阳,在轴线8m的柱位置设置外伸1m的垂直遮阳,平面布置如图6所示,局部大样如图7所示。屋面板的面积仅为2500平方米,遮阳板的面积可达T~7500平方米,为屋面板的3倍。如果每层设置4排环向水平遮阳,遮阳板的面积可达22500平方米,为屋面板的9倍。可见,光伏建筑遮阳的推广前景是非常可观的。   随着各国政府一系列财政资助鼓励办法的出台,太阳能光伏建筑一体化的进程明显加快,以广州珠江城为代表的光伏建筑屋面和光伏建筑遮阳示范工程正在不断涌现。  3 光伏建筑遮阳技术  3.1 建筑设计  光伏建筑遮阳的建筑设计主要包括建筑遮阳的设计和光伏组件的安装区域设计二个部分。建筑遮阳的设计应根据不同的建筑热工分区,建筑当地的太阳高度角和太阳辐射强度,结合建筑设计对室内温度的波动,采光、通风、外观要求,确定遮阳的位置,厚度及外伸宽度;光伏组件的安装区域设计应保证每个光伏组件的规格大小基本一致,尽量避开或远离太阳光遮档物。

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3.2细部设计  光伏建筑遮阳的细部设计主要包括防积水、防积灰、防雷、防撞击、防过度变形等方还要为与光伏组件的结合和为光伏组件的正常运行创造条件,主要是光伏组件与建筑遮阳之间要采用浮动连接,满足变形要求,满足光伏组件的散热和走线。  3.3 光伏电池选择  光伏电池的选择其实是光伏建筑一体化的关键,应结合光伏阵列的位置,建筑效果,建筑采光,建设投资和可能的遮挡进行综合分析后选定。  对于水平遮阳通常设计时会把光伏电池设置在水平遮阳上方,日照时间较长的南面可选择晶体硅电池,其它面可选择非晶硅电池。  对于垂直遮阳,阳光的直射是随着时间的变化而变化的,所以可以选择在垂直遮阳的两侧均安装具有弱光发电能力的非晶硅电池,从而增大光伏电池的面积提高转化功率。对于光伏档板遮阳,除了在阳光强烈的时候作为档板遮阳以外,也往往设计成在阳光不强的时候可以收起,从而增强建筑的采光性,所以对于档板遮阳选择光伏电池,要考虑到其处于工作状态的非持续性,选择非晶硅电池应是比较好的做法,能较好的适应档板能的变化。  3.4 光伏组件的设计  光伏组件的设计主要包括光伏电池的排列,光伏电池的串并联,背部衬板的选择,接线盒的位置,封装方案,与遮阳面板的结合方案等方面。光伏电池的排列主要与建筑效果和建筑采光有关,一般和建筑师协商解决。单晶硅和多晶硅本身不透光,主要依靠电池之间的间隙透光,设计时要从两种常用电池规格中选择一种,并进行排列;非晶硅的透光能力也较弱,一般也在电池之间预留间隙透光,要设计电池的尺寸,并进行排列。  光伏电池的串联数量主要与初定的系统电压有关,常用的系统电压有DC12V ,DC24V,DC36V 和DC48V四种。光伏电池串联后的开路电压要考虑太阳辐射的不稳定性和线损,一般比系统略高,可达系统电压的1.5倍。光伏电池串联后的并联数量主要取决于蓄电池或逆变器的功率,一般应选择功率较大的蓄电池或逆变器,并尽量缩短与光伏电池之间的距离。  背部衬板的选择主要取决于建筑采光,只有没有采光要求的背部衬板才能采用金属板。光伏组件与遮阳面板结合后的面板曲率较小时,可以采用单晶硅或多晶硅电池的冷弯弹性成型法安装,曲率较大时,只能采用非晶硅电池。  接线盒的位置取决于遮阳面板的安装方式,一般应设置背部,采用明框安装时,也可以设置到侧边。  封装方案的选择主要与背部衬板有关,一般应在光伏组件加工厂进行,密封和耐久性是关键。与遮阳面板的结合方案主要与光伏电池组件的刚度有关,光伏电池组件的刚度较大时,可以采用边部连接,刚度较小时,宜采用粘结等均匀连接。  3.5 光伏发电系统的选择  对于有条件并网发电的地方,最好采用光伏并网发电系统,确实不能并网发电或主要是向LED等直流负载供电时,才选择光伏独立发电系统。采用光伏并网发电系统时,关键要选择好逆变器,最好是选择功率较大的逆变器,减少逆变器的数量。采用光伏独立发电系统时,关键要选择好蓄电池,也最好是选择功率较大的蓄电池,减少蓄电池的数量。  根据光伏电池组件的输出功率和实际使用的光伏电池组件数量直接计算出光伏发电系统的设计装机容量。关键是要扣除没有使用的光伏电池组件的功率。  光伏发电系统的年发电量应根据当地的太阳年`总辐射能、光伏电池的总面积和光电池的转换效率来计算,并考虑光伏电池的朝向、长期运行、积灰、升温、损耗等不利因素的影响。

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  3.7 光伏组件的维护  一般的光伏组件都与墙面板结合,结合方案应考虑日后更换及维修光伏组件的方法。同时,应考虑雨水冲洗光伏组件表面,防止污染。作为建筑外遮阳,在对外墙清洗和维修作业时,很难避免对遮阳的碰撞,光伏组件不能布置在遮阳的边部和角部,并与遮阳柔性连接,防止遮阳变形危及光伏组件。  4 结论  光伏建筑遮阳提高了光伏电池组件在建筑上的设置面积,极大地增加了建筑光伏发电的设计装机容量,同时,通过设置建筑遮阳,也极大地改善了建筑的遮阳特性,丰富了建筑立面。由此可知,光伏建筑遮阳具有非常广阔的市场前景。


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