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1、如不慎侵犯了你的权益，请联系我们告知！ 毕业论文 题 目： 太阳能光伏建筑一体化概论 专 业： 光伏材料加工与应用技术 准考证号： 056612309147 学 生: 丁 学 梅 班 级： 2011级光伏10班 院 系： 新能源工程学院 指导教师： 代 术 华 日 期： 2013年5月10日 太阳能光伏建筑一体化概论摘 要 光伏建筑一体化即常说的BIPV（Building Integrated PV，PV即Photovolta-ic）。也叫太阳能光伏建筑一体化（BIPV）、光电建筑一体化，意思是把光伏发电系统安装在现有的建筑物上面，或者把光伏发电系统与新的建筑物同时设计、施工、安装、既能满足光
2、伏发电的功能，又与建筑物的美好结合，甚至提升建筑物的美感，如，屋顶、公共交通的车棚、太阳能草坪灯等等 光伏建筑一体化，是应用发电的一种新概念，简单地说就是将太阳能光伏发电方阵安装在建筑物上的保护结构外表面来提供电力。然而根据建筑与太阳能方阵结合的方式不同，太阳能光伏建筑一体化可分为两大类：一类是光伏方阵与建筑的结合。这种方式是将光伏方阵依附于建筑物上，建筑物作为光伏方阵载体，起支承作用。另一类是光伏方阵与建筑的集成。这种方式是光伏组件以一种建筑材料的形式出现，光伏方阵成为建筑不可分割的一部分。如光电幕墙、光电瓦屋顶和光电采光顶等。在这两种方式中，光伏方阵与建筑的结合是一种常用的形式，特别是与建
3、筑屋面的结合。由于光伏方阵与建筑的结合不占用额外的地面空间，是光伏发电系统在城市中广泛应用的最佳安装方式，因而倍受关注。光伏方阵与建筑的集成是BIPV的一种高级形式，它对光伏组件的要求较高。光伏组件不仅要满足光伏发电的功能要求同时还要兼顾建筑的基本功能要求。关键词：光伏发电；建筑；光伏建筑一体化 目 录 一 、引言-1-二、光伏建筑一体化发电技术简述-2-2.1 光伏建筑一体化及特征-2-2.2 光伏与建筑相结合的方式-3- 2.2.1建筑与光伏器件相结合-3- 2.2.2建筑与光伏系统相结合-3-2.3 光伏建筑一体化对光伏光伏系统及光伏组件的要求-4-2.4 光伏建筑一体化的优势-5-三、
4、光伏建筑一体化的优缺点-7-3.1 光伏建筑一体化的优点-7-3.2 光伏建筑一体化的缺点-7-四、太阳能与建筑一体化市场前景-8-4.1光伏建筑一体化的市场前景-9-4.2 光伏建筑一体化的未来发展趋势。-10-五、结束语-13- 六、致谢-14- 六、参考文献-15-. 1、 引 言 随着当前全球化石能源需求的不断增长,单一依靠化石能源来满足能源供给的模式已经无法持续。同时由化石能源消耗带来的污染和排放问题愈发突出,而传统技术升级和改造势必会逐步导致其应用成本的提高。近年来随着常规能源成本上升和环境污染的日益严重,各国十分重视可再生能源相关技术的研发和应用。而光伏组件制造工艺不断提高,光伏
5、组件价格下降明显,且有继续下降的趋势。因此以太阳能光伏发电为代表的可再生能源应用,将会在未来电力能源系统中占据核心地位。 太阳能在建筑上的的应用最为有效的方法之一就是采用光伏建筑一体化(BIPV)技术，即光伏建筑在建筑物上镶嵌光伏发电系统为建筑物提供电力。建筑物（包括住宅，商用和公用建筑）能耗通常占一个国家和地区全部能源消耗的30%50%（在香港高达50%之多）1，利用光伏建筑发电对于减少常规电力消耗，降低供电高峰负荷和保护地球环境具有重要意义。如果在房屋屋顶和外墙安装太阳能电池板，不仅可以进行太阳能光伏发电，而且可以替代传统的玻璃幕墙、屋顶和墙面材料，降低房屋和太阳能项目的整体造价2。还可以
6、降低建筑物的冷负荷，达到建筑物能源的有效利用，降低建筑物的能耗，为建筑物创造宜人的生活环境。而带来这一切的，就是光伏建筑一体化技术。 二、光伏建筑一体化发电技术简述2.1 光伏建筑一体化及特征随着太阳能发电技术的日益成熟，光伏发电系统除大量用于无电地区、游牧家庭、航海灯塔、孤岛居民供电以及某些特殊领域外，也已经开始进入一般单独用户、联网用户和商业建筑3。而近年来，随着常规能源的日益枯竭而引起的发电成本上升和人们环境意识的日益增强，一些国家纷纷开始实施、推广光伏建筑一体化发电系统。而光伏建筑一体化发电技术，也在这种形势下迅速得：到发展。太阳能光伏建筑一体化是应用太阳能发电的一种新概念；在建筑结构
7、表面铺设太阳能电池以提供电力4。可以说在众多太阳能发电系统中，光伏建筑一体化发电系统是值得期待的一项技术。 光伏建筑一体化在应用中具有以下特点： （1）所发电能馈入电网，省掉蓄电池，节省建设投资与维护费用，从而使发电成本大为降低。提高了系统的平均无故障时间和防止蓄电池的二次污染。（2）分布式建设可原地发电、原地用电，使输电成本和损耗变得最小。在一定距离范围内可以节省常规电网的投资。（3）本地发供电，进出电网灵活。夏季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。BIPV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。 （4）并网系统光伏阵列安装在
8、闲置的建筑物屋顶或墙面上，无需占用土地或增建其它基础设施，适用于人口密集的城市，这对于土地昂贵的城市建筑尤其重要。（5）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，既节省了能源，又利于保证室内的空气品质。 (6)光伏电池组件与建筑物完美结合，既可发电又能作为建筑材料和装饰材料，使物质资源充分利用并发挥多种功能，同时降低了建设费用；使建筑物科技含量大大提高，减少了光伏系统成本的回收器，增加了“卖点”。(7)发展前途远大。并网光伏系统是世界各发达国家在光伏应用领域竞相发展的热点和重点，是世界太阳能光伏发电的主流发展趋势
9、，市场巨大，前景广阔。（8）由于光伏电池的组件模块化，光伏阵列安装起来很简便，而且可以任意选配发电容量。(9) 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。2.2 光伏与建筑相结合的方式根据光伏方阵与建筑结合的方式不同，太阳能光伏建筑一体化可分为两大类：2.2.1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。一般的建筑物外围护表面采用涂料、装饰瓷砖或幕墙玻璃，目的是为了保护和装饰建筑物。如果用光伏器件代替部分建材，即用光伏组件来做建筑物的屋顶、外墙和窗户，这样既可用做建材也可用以发电，可谓物尽其美。对于框架结构的建
10、筑物，可把其整个围护结构做成光伏阵列，选择适当光伏组件，既可吸收太阳直射光，也可吸收太阳反射光。目前已经研制出大尺度的彩色光伏模块，可以实现以上目的，使建筑外观更具魅力.2.2.2建筑与光伏系统相结合 与建筑相结合的光伏系统，可以作为独立电源或者以并网的方式供电当系统参与并网时，可以不需要蓄电池。但需要与电网的装置，而与并网发电是当今光伏应用的新趋势。将光伏组件安装在建筑物的屋顶或外墙，引出端经过控制器与公共电网相连接需要向光伏阵列及电网并联向用户供电，这就组成了并网光伏系统。2.3 光伏建筑一体化对光伏光伏系统及光伏组件的要求 把光伏器件用做建材，必须具备建材所要求的几项条件：坚固耐用、保温
11、隔热、防水防潮、适当的强度和刚度等性能。若是用于窗户、天窗等，则必须能够透光，就是说既可发电又可采光。除此之外，还要考虑安全性能、外观和施工简便等因素6。光伏建筑一体化对光伏光伏系统及光伏组件具体有如下要求：（1）对蓄电池容量的要求对于并网光伏系统，由于不受到蓄电池容量的限制，并且有公共电网作为后盾，确定光伏方阵容量时，不必像独立光伏系统那样一定要经过严格的优化设计，只要根据负载的要求和投资情况经过适当计算就可决定8。对于一般家庭使用，通常太阳电池方阵容量的范围为15 千瓦。 （2）对光伏组件的要求 与一般的平板式光伏组件不同，（BIPV）组件既然兼有发电和建材的功能，就必须满足建材性能的要求
12、，如：隔热、绝缘、抗风、防雨、透光、美观，还要具有足够的强度和刚度，不易破损，便于施工安装及运输等。为了满足建筑工程的需要，已经研制出了多种颜色的太阳电池组件，以供建筑师选择，使得建筑物色彩与周围环境更加和谐协调。根据建筑工程的需要，已经生产出多种满足屋顶瓦、外墙、窗户等性能要求的太阳电池组件7。其外形不单有标准的矩形，还有三角形、菱形、梯形、甚至是不规则形状。也可以根据要求，制作成组件周围是无边框的，或者是透光的，接线盒可以不安装在背面而在侧面。 （3）对电池方阵倾角的要求 在独立光伏系统中，光伏方阵要尽量朝向赤道倾斜安装，与水平面之间的倾角要经过严格的计算，以达到光伏方阵输出的极大性和均衡
13、性9。而在并网光伏系统中，只要考虑光伏方阵输出的极大性即可。然而在实际应用中，往往因为要服从于建筑物外形的需要，方阵可能会有各种朝向，倾角也可能从0900 都有，这就需要光伏和建筑设计师共同协商，兼顾的双方的需要，妥善解决。 （4）逆变和控制器的要求 太阳电池方阵所发出的是低压直流电，要与电网连接，必须变换成220 伏、，电380 伏甚至更高电压的交流，而且对于电能质量如：电压、波动、频率、谐波和功率因素等参数都有严格的要求。为了保证电网、设备和人生安全，还必须配备并网检测保护装置，如对于处理：过/欠电压、过/欠频率、电网失电（防孤岛效应）、恢复并网、直流隔离、防雷和接地、短路保护、断路开关、
14、功率方向保护等都有明确的规定。所以逆变和控制器是并网光伏系统的关键设备。 （5）计量电表的要求 家庭使用的并网光伏系统中，光伏方阵所发出的电能，主要供给用户负载使用，多余部分输入电网，用户负载所消耗的电能，也是由光伏方阵和公共电网共同供应。原则上可以用一块电表来进行计量，电网供电时电表正转，光伏方阵向电网馈电时电表反转。实际上由于各国政府对于开发利用新能源大多实行优惠政策，目前太阳能发电的上网电价要远大于用户的用电电价，常常用两块电表来分别计量，所以有“买入”电表和“卖出”电表的区别。 2.4 光伏建筑一体化的优势(1) 光伏组件的力学性能 作为普通光伏组件，只要通过IEC61215的检测，满足抗130km/h(2，400Pa)风压和抗25mm直径冰雹23m/s的冲击的要求。用做幕墙面板和采光顶面板的光伏组件，不仅需要满足光伏组件的性能要求，同时要满足幕墙的三性实验要求和建筑物安全性能要求，因此需要有更高的力学性能和采用不同的结构方式。例如尺寸为1200mm530mm的普通光伏组件一般采用3.2mm厚的钢化超白玻璃加铝合金边框就能达到使用要求。但同样尺寸的组件用在BIPV建筑中，在不同的地点，不同的楼层高度，以及不同的安装方式，对
