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1、1新能源科学与工程学院新能源科学与工程学院太阳能光伏建筑一体太阳能光伏建筑一体 化课程设计化课程设计学学 院：院： 新能源科学与工程学院 专业班级：专业班级： 学生姓名：学生姓名： 学学 号：号： 指导教师：指导教师： 实施时间：实施时间： 2013.11.112013.11.15 小组编号：小组编号： 3 项目课程成绩：项目课程成绩： 21、小组成员*2、小组分工成员成员分工*光伏电池屋顶平铺设计和 CAD 制图*资料采集*排版编辑*分析总结*各类计算3一、一、 课程设计目的：课程设计目的：课程设计是光伏建筑一体化课程的一个总结性教学环节，是培养学生综合运用本门课程及有关选修课程的基本知识去
2、解决某一设计任务的一次训练。在整个教学计划中，它也起着培养学生独立工作能力的重要作用。课程设计不同于平时的作业，在设计中需要学生自己做出决策，即自己确定方案，选择流程，查取资料，进行过程和设备计算，并要对自己的选择做出设计和核算，经过反复的分析比较，择优选定最理想的方案和合理的设计。所以，课程设计是培养学生独立工作能力的有益实践。通过课程设计,学生应该注重以下几个能力的训练和培养：1. 查阅资料，选用公式和搜集数据(包括从已发表的文献中和从生产现场中搜集)的能力；2. 树立既考虑技术上的先进性又考虑经济上的合理性正确设计思想，在这种设计思想的指导下去分析和解决实际问题的能力；3. 用简洁的文字
3、或清晰的图表来表达自己设计思想的能力。二、课程设计日程安排：二、课程设计日程安排：实施时间实习内容安排地点2013 年 11 月 11 日讲解任务、设计原理及要求主附西多媒体 52013 年 11 月 12 日打印小屋图纸根据要求选定组件进行铺设并确定组件串并联的方式主 A210 教室2013 年 11 月 13 日计算电池组件分组阵列容量及从所给列表中选配逆变器规格。主 A210 教室2013 年 11 月 14 日出具图纸（可在打印小屋上手绘）及设计报告填写任务书主 A210 教室2013 年 11 月 15 日提交设计书、答辩报告书、分组交叉答辩主 A210 教室三三|、课程设计任务：、
4、课程设计任务：1、 太阳能房贴附式设计书2、 太阳能房贴附式设计图纸：太阳电池组件的铺设图及太阳电池组件串并联图43、课程设计答辩四、课程设计成绩四、课程设计成绩本课程设计成绩的评定为百分制，其中贴附式太阳能房设计书/满分 40、贴附式太阳能房设计图纸满分 30、课程设计答辩 30 分。课程设计的总成绩=贴附式太阳能房设计书+贴附式太阳能房设计图纸+课程设计答辩成绩。5附件附件 1：贴附式太阳能房设计书贴附式太阳能房设计书【摘要】 光伏建筑一体化是光伏系统依赖或依附于建筑的一种新能源利用形式，其主体是建筑，客体是光伏系统。设计中要十分注意与建筑形式、结构形式和发电形式的配合，选择合适的光伏组件
5、。【关键词】光伏建筑一体化 建筑结构形式 光伏方阵引言引言能源是国民经济发展和人民生活水平提高的重要物质基础。太阳能是资源最丰富的可再生能源，具有独特的优势和巨大的开发利用潜力。充分利用太阳能有利于保持人与自然的和谐相处及能源与环境的协调发展。太阳能光伏建筑一体化（BIPV）系统，是应用太阳能发电的一种新概念，简单地讲就是将太阳能光伏发电阵列安装在建筑的围护结构外表来提供电力。但由于建筑是一个复杂的系统，一个完整的统一体，如果要将新型太阳能技术融入到建筑设计中，同时继续保持建筑的文化特征，就应该从技术和美学两方面入手，使建筑设计与太阳能技术有机结合，由此产生了“一体化设计”的概念， “一体化设
6、计”是指在建筑规划设计之初，就将太阳能利用纳入设计内容，使之成为建筑的一个有机组成部分，统一设计，施工，调试。太阳能建筑一体化又分为架空式和贴附式，其中架空式是指太阳能电池板以一定的角度竖立起来，而贴附式是指太阳能电池板平铺在屋顶上面。贴附式太阳能房，亦是光伏建筑一体化系统中的一种，利用房屋墙面及房顶进行平铺光伏电池板，筑成光伏系统。这系统有诸多优点，如有效利用建筑外表面、无需额外用地或者加建其他设施、节约外饰材料（玻璃幕墙等） 、外观更有魅力、缓解电力需求、改善室内热环境等。以下是对于新余市的某房顶进行贴附式太阳能铺设方案,根据新余当地的气候条件，根据所提供的小屋的顶视图及东立面图，对小屋的
7、顶面进行贴附式光伏阵列的铺设设计，使所处新余地区的小屋全年太阳能光伏发电总量尽可能大，而单位发电量的费用尽可能小，并计算出小屋光伏电池 35 年寿命期内的发电总量、经济效益（当前民用电价按 0.5 元/kWh 计算）及投资的回收年限。61.设计要求设计要求1.1.对小屋的顶面进行贴附式光伏阵列的铺设设计，使所处新余地区的小屋全年太阳能光伏发电总量尽可能大，而单位发电量的费用尽可能小，并计算出小屋光伏电池 35 年寿命期内的发电总量、经济效益（当前民用电价按 0.5 元/kWh计算）及投资的回收年限。1.2.给出小屋各外表面电池组件铺设分组阵列图形及组件连接方式（串、并联）示意图，也要给出电池组
8、件分组阵列容量及选配逆变器规格列表。1.3.安装屋顶光伏系统要遵循的基本步骤：1）确保屋顶或其他安装位置的面积大小可以容纳将要安装的光伏系统。 2）安装时，需要检查屋顶是否能够承受外加光伏系统的质量，必要时还需要增强屋顶的承重能力。3）根据建筑屋顶的设计标准，妥善处理屋顶 。 4）严格按照规范和步骤安装设备。 5）正确、良好地设置接地系统，能有效避免雷击。6）检查系统运行是否良好。 7）确保设计和相关设备能够满足当地电网的并网需求。 8）最后，由权威检测机构或电力部门对系统进行全面检测。2.贴附式太阳能房设计方法贴附式太阳能房设计方法2.1.设计思路对于所给的屋顶，按照该屋顶的自身条件属性来进
9、行合理的利用空间，要求既不影响美观，又能不浪费空间资源，对于该屋顶的铺设方式如下附图 2A 所示该贴附式太阳能房设计本着小屋全年太阳能光伏发电总量尽可能大，而单位发电量的费用尽可能小，且美观实用的原则（如附图 2B 屋顶平铺图所示） 。使用 33 张 B1 型光伏电池板和 2 个 SN8 型单相逆变器进行贴附式太阳能房系统组装而成。2.2.铺设方式屋顶尺寸为 10100mm*6511.53mm（如附图 2A 所示） 。115 号电池板铺设后左右两侧均留 80mm 空间；下部分 1633 号电池板上侧与其上方对齐，并左右两侧留 100mm 空间；整体上侧留 120mm 空间，下侧留 238.85
10、mm；靠天窗的阴影部7分留作维护电池板的工作平台。 （如附图 2B 所示）该太阳电池组件均以 3 块 B1 型号光伏板组成一个光伏串， 11 个光伏串并联接入光伏阵列连接箱，再接入并联的两个 SN8 型号的单相逆变器，最后接至电网。 （如附图 3 所示）3.设计要求及参数设计要求及参数3.1.贴附式太阳能房电池板面积给定的小屋屋顶尺寸为 10100mm*6511.53mm，用 B1 型电池板尺寸为1650mm*991mm，全屋顶使用 33 块该光伏电池板，及 2 个 SN8 型号的单相逆变器。3.2.太阳辐射总量根据气象统计资料南昌 20022011 年十年内年平均辐射量为 4420 MJ/m
11、2，其中 78 月间辐射量最高为 570.5 MJ/m2，12 月间辐射量最低为 210.3 MJ/m2，新余市无太阳辐射观测资料，以新余市 20022011 年日照时数作为新余市太阳辐照量的参考，其辐射量与南昌市接近，新余市月平均辐射最高值出现在 7 月份 最低值出现在 1 月份，新余市太阳能资源在江西省内属于中等偏上水平，属于太阳能资源可利用地区。表 1 新余市在 24斜面上太阳辐射量最佳倾角 24获得太阳辐射量单位月份123456KWh/m274.67 54.14 86.33 113.64 137.41 136.12 MJ/m2268.83 194.91 310.78 409.11 49
12、4.69 490.04 单位月份789101112KWh/m2187.60 160.96 142.08 110.50 79.83 67.33 MJ/m2675.34 579.46 511.49 397.81 287.40 242.37 3.3.损耗量取值1）尘土覆盖损耗：由于太阳电池组件上有灰尘或积雪造成的污染，经统计经常受雨水冲洗的太阳电池组件其影响平均在 26%之间，无雨水冲洗较脏的太阳电池组件其影响平均在 710%之间。新余市所在地全年降水较多，因此损耗系数取 3。2）太阳电池工作温度影响：太阳电池的效率会随着其工作时的温度变化而8变化。当它们的温度升高时，不同类型的大多数太阳电池效率呈
13、现出降低趋势。根据表 4 所示 20022011 年新余平均气温数据统计，得知新余所在地年平均气温 18.56，多晶硅太阳电池组件峰值功率温度系数为-0.45%/，得出各月工作温度引起功率损耗系数表，如表 2 所示。单位月份123456功率损耗系数0.73%1.89%3.31%6.11%8.16%9.61%单位月份789101112 功率损耗系数11.05%10.57%9.16%6.95%4.12%1.62%表 2 新余市温度影响的功率耗损系数表3）光伏组件衰减率：在 010 年效率按 100%，1025 年按照 90%折算，25 年后按 80%折算。综上所述，光伏阵列各项损耗取值如表 3 所
14、示：损耗项目交直流线路损耗尘土覆盖损耗逆变器平均损耗早晚不可利用辐射损失光伏组件性能差异工作温度损耗其它损耗(故障等)总体损耗参数2.00%3.00%3.00%2.00%1.00%6.1%1.00%17.9%表 3 新余市光伏阵列各损耗取值3.4.光伏电池板由贴附式太阳能房系统设计光伏电池组件设计参数和市场价格选择表提取得多晶硅电池 B1 型号的参数表 4：表 4 多晶硅光伏电池组件设计参数和市场价格3.5.逆变器由贴附式太阳能房系统设计单相逆变器的参数价格表提取得到 SN8 型号的PV 电池类型产品型号组件功率（w)组件尺寸（mmmm）开路电压（Voc）短路电流（Isc/A）转换效率（%）价
15、格（元/Wp）多晶硅电池B126516509914037.919.0116.21%12.5元/Wp9参数表 5：直流输入交流输出型号额定电压（V）额定电流/A允许输入电压范围（V）额定电压/频率（V/Hz）额定功率（KW）额定电流（A）使用环境温度（）外观尺寸（）宽高深参考价格（元/台逆变效率（80%阻性负载）SN8DC1105199150AC220/50422.7-205040075041530090%表 5 逆变器参数及价格表3.6.倾角新余市最佳倾角在 24斜面上可获得最大太阳辐射量，而此小屋屋顶为11斜面不为最佳倾角，如图 1 所示：10图 1 东立图（注：该图比例尺为 1:100，长度尺寸单位为分米）4.数据处理（计算方法）数据处理（计算方法）4.1.多晶硅电池板由表 4 得，一张多晶硅电池板功率为 265W，尺寸 1.65m*0.991m，开路电压37.91V，短路电流 9.01A，转换效率 16.21%。本设计由附图 2B 得，使用了 33 张该多晶硅电池板。3 张电池板串联组成一个电池串，11 个电池串并联组成光伏电池方阵。多晶硅电池板使用总面积=长*宽*张数 （式 1）=1.65m
