光伏别墅建筑一体化.doc

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光伏建筑一体化的简介

摘要

随着世界能源危机的日益显现，节能建筑是世界建筑发展的趋向，洁净能源，尤其是太阳能的合理、高效利用是未来建筑设计的重要内容。

其中，代表太阳能应用最尖端、最有潜力的光伏发电将是节能建筑的主角。

联合国能源机构的调查报告显示，太阳能光伏建筑一体化业将是21世纪最重要的新兴产业之一。

从当前世界金融危机促进太阳能光伏建筑一体化发展入手，论述太阳能光伏建筑一体化的定义、原理、类型、方式、特点和要求证明光伏建筑一体化太阳能将成为功效最佳、价格最低廉的替代新能源。

.关键词：

太阳能；建筑一体化

第一章太阳能光伏建筑一体化的定义与优点

1.1光伏建筑一体化的定义

（1）太阳能光伏建筑一体化（BuildingIntegratedPhotovoltaic，简称BIPV）技术即将太阳能发电（光伏）产品集成或结合到建筑上的技术，它不但具有外围护结构的功能，同时又能产生电能供建筑使用。

光伏与建筑一体化（BIPV）是“建筑物产生能源”新概念的建筑，是利用太阳能可再生能源的建筑。

（2）太阳能光伏建筑一体化不等于太阳能光伏加建筑。

所谓太阳能光伏建筑一体化不是简单的‘相加’，而是根据节能、环保、安全、美观和经济实用的总体要求，将太阳能光伏发电作为建筑的一种体系进入建筑领域，纳入建设工程基本建设程序，同步设计，同步施工，同步验收，与建设工程同时投入使用，同步后期管理，使其成为建筑有机组成部分的一种理念、一种设计、一种工程的总称。

（3）光伏建筑一体化的核心建筑是一体化设计、一体化制造、一体化安装，而其辅助技术则包括了低能耗、低成本、优质、绿色建筑材料的技术。

光伏建筑一体化也是光伏建筑的规范化和标准化。

（4）BIPV是房地产业未来发展的新天地。

光伏建筑一体化赋予了建筑物以新的属性，首先它使建筑物具有了能源的功能，建筑物不仅能够供人居住，还提供能源。

随着光伏建筑一体化的进一步发展，今后房产的升值将会逐步地转变到更多地依靠科技价值的含量和

提升，以及采用更加科学和严格的价格评价体系上来，从而告别了房地产只能靠恶性炒作加快升值的时代，使建筑行业能够协同采用多门高新技术，丰富了建筑物的科技内涵，提高了建筑物的使用价值，成为产品附加值高的高产出行业。

所有这些，同时也使建筑工程行

业极大地拓展自己的市场与发展空间，成为我国社会和经济发展的支柱型产业。

1.2光伏与建筑一体化的必要性

（1）光伏建筑一体化的系统，如幕墙光伏发电系统，其成本随建筑物的设计阶段和光伏电池与建筑装饰材料生产过程的结合程度有很大的关系。

研究表明，如果设计院、建材生产商和光伏制造商能够充分协作，建材光伏一体化的发电单元制造成本与单独生产光伏组件的成本类似，甚至比建材加光伏组件的成本还低；而逆变和布线系统则可整体并入建筑物的电力系统中去，BIPV的成本可能比单独的光伏发电低得多

（2）我国人口多，电力需求很大，大、中城市更为突出，电力负载主要在建筑物内或其四周，BIPV可充分利用建筑物的外部空间面积，自产能源，减少电缆线架设及电力输送（就近利用），BIPV使PV系统与建筑、艺术及生活紧密结合。

（3）发展BIPV建筑，可推进节能省地型住宅建设，充分体现资源的节约和可持续发展。

当前我国人均土地占有量是世界平均水平的1／3，而960万km的国土中，适宜居住的只有23％，其中耕地只占13％，人均耕地面积只有940m（1．41亩）。

因此，我国不仅粮食需要进口，能源更需要大量进口。

截至2008年底，全国既有房屋建筑面积为500亿m，随着经济发展，估计到2020年，我国还将新增建筑面积约300万m，因此，“充分利用屋顶资源，向屋顶要能源”，发展BIPV建筑是十分

1.3光伏与建筑相结合的优点

从建筑、技术和经济角度来看,光伏建筑一体化有以下诸多优点:

（1）光伏组件可以有效的利用围护结构表面,如屋顶或墙面,无需额外用地或增建其他设设，适用于人口密集的地方使用,这对于土地昂贵的城市尤其重要。

（2）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。

在那些架起公共

电网非常昂贵的地方,太阳能光伏发电是一个具有很高性价比的替代物。

（3）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。

BIPV并网系统除保证

自身建筑用电外,还可以向电网供电,从而舒缓高峰电力需求,解决电网峰谷供需矛盾,具有极大的社会效益。

（4）由于光伏阵列安装在屋顶和墙壁等外围护结构上,吸收的太阳能转化为电能,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。

（5）由于大尺度新型彩色光伏模块和各种造型的光伏模块的诞生,不仅节约了昂贵的外装饰材

料（玻璃幕墙、屋顶瓦片等）,而且使建筑外观更具有魅力。

（6）可确保自身建筑全部或大部分用电,这对于用电高峰期电力紧张的地区及无电地区极为重要。

（7）避免传统电力输送时的电力损失。

（8）避免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,这对于环保要求越来越高

的今天和未来是至关重要的。

（9）光伏建筑系统没有移动部分并且不需要任何维护。

（10）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。

（11）如果把光伏电池模块作为建筑物的玻璃幕墙,可以减少建筑物的整体造价。

当然,对于光

伏模块来说,还应具有建筑材料所要求的隔热保温、防水防潮并且要具有一定的强度,若作为采光构件（窗户、天窗等）还要有一定的透明度。

（12）在建筑围护结构上安装光伏阵列,可以促进光伏组件的大规模生产,从而进一步降低PV

部件的市场价格,这对BIPV系统的广泛应用有着极大的推动作用。

光伏与建筑相结合应用时，通常采用并网发

电的方式，这类系统与独立光伏系统相比，具有突出的优点。

第二章新余的地理位置及气象简介

2.1新余的地理位置及气象简介

　新余市地处赣西中部，是江西省直辖市，现辖分宜县、渝水区、仙女湖风景名胜区和高新技术开发区，总面积3178平方公里，人口110万。

世界级的赛维ldk建设的年生产规模达1万吨的太阳能多晶硅工厂都将于明年竣工，从2014年开始正式投产。

多晶硅是太阳能产业的核心原料，用于制造太阳能电池。

中国企业以在石油化学产业积累的技术经验为基础，在该市场上争夺主导权。

新余位于北纬27°33′～28°05′，东经114°29′～115°24′，属亚热带湿润性气候，具有四季分明、气候温和、日照充足、雨量充沛、无霜期长、严冬较短的特征。

年平均气温17.7℃，年平均地温值20.1℃，年平均相对湿度80%。

年平均降雨量1594.8毫米。

历年平均日照时数为1655.4小时，年平均日照百分率为38%。

风力达8级（相当风速17.2～20.7米/秒）年平均大风日数为2.6～12.4天新余地区是雷电多发区，年平均雷暴日数50～60天，全年各月均会发生雷暴，但最多出现时段是3～9月份。

年平均基本气象资料如下表：

年

水平辐射量

斜面辐射量

气温

最低气温

相对

湿度

日照时数

最长连续

阴雨天数

平均

13094KJ/m/m

13714KJ/m/m

29.4℃

-7.2℃

74%-84%

1655h

5天

第三章负载的计算及蓄电池的选择

3.1负载的计算

根据一个普通家庭的用电情况列出下

首先要确定负载，为了方便计算，采用安时数作为负载的计算单位。

用负载的功率乘以每天工作的小时数，再除以工作电压就得到了日负载的安时数。

带入上面的数据，其中逆变器的效率按照85%计算

（1）日负载=（15

3.2确定蓄电池容量

根据新余的地理环境和气温选着的蓄电池的最大放电深度为80%

（2）135

（3）蓄电池串联数计算公式：

（4）蓄电池并联计算公式：

取1个

所以该系统需要使用的蓄电池个数为：

2串联×1并联=2（个）。

3.3蓄电池的选择

由于太阳能光伏发电系统的输入能量极不稳定，所以一般需要配置蓄电池，系统才能工作。

一般有铅酸蓄电池、Ni-Cd蓄电池、Ni-H蓄电池。

蓄电池容量的选择一般要遵循以下原则：

首先在能满足夜晚照明的前提下，把白天太阳能电池组件的能量尽量存储下来，同时还要能够存储满足连续阴雨天夜晚照明需要的电能。

蓄电池容量过小不能够满足夜晚照明的需要，蓄电池过大，一方面蓄电池始终处在亏电状态，影响蓄电池寿命，同时造成浪费。

蓄电池应与太阳能电池、用电负荷（路灯）相匹配。

太阳能电池功率必须比负载功率高出3—4倍以上，系统才能正常工作。

太阳能电池的电压要超过蓄电池的工作电压20~30%，才能保证给蓄电池正常充电。

蓄电池容量必须比负载日耗量高6倍以上为宜。

蓄电池的基本参数：

型号

BST12-100

品牌

百斯特铅酸免维护封闭式蓄电池

价格

600元/个

使用寿命

6至8年

额定电压

12v

额定容量

100Ah

工作温度

-25℃—40℃

最低工作温度

-20℃

最大允许放电深度

80%

尺寸

341*173*213mm

重量

33Kg

工作湿度

74%—80%

3.4太阳电池组件选择

太阳能电池组件（也叫太阳能电池板）是太阳能发电系统中的核心部分，也是太阳能发电系统中最重要的部分。

其作用是将太阳能转化为电能，或送往蓄电池中存储起来，或推动负载工作。

太阳能电池板的质量和成本将直接决定整个系统的质量和成本。

在众多太阳光电池中较普遍且较实用的有单晶硅太阳能电池、多晶硅太阳能电池及非晶硅太阳能电池等三种。

在阴雨天比较多、阳光相对不是很充足的新余地区，采用单晶硅太阳能电池为好，因为单晶硅太阳能电池性能参数比较稳定，转换效率也比多晶硅要高。

组件的基本参数如下表所示：

品牌

Nasun

型号

Nasun-P80

类型

单晶硅

尺寸

770x670x30mm

重量

10.2Kg

价格

500.00元

功率

80W

开路电压

21.24V

短路电流

6.12A

填充因子

73%

最大工作电压

18V

最大工作电流

6.55A

工作温度范围

-40℃～+80℃

表面可以承受的最大压

60/m/s（200kg/sq.m）

第四章太阳能电池方阵设计及角度选择

4.1太阳能电池方阵设计

单体太阳能电池是不能直接作为电源使用的。

它是光电转换的最小单元，尺寸一般为4一100cm2，工作电压约为0.45一0.sv，工作电流约为20一25mA/cmZ。

在实际应用的时候，是按照电池性能的要求，将几十片或者上百片单体太阳能电池通过串联、并联连接起来，这些电池经过封装，组成一个可以单独使用的最小单元，这即是太阳能电池组件。

太阳能电池方阵则是由若干个太阳能电池组件通过串、并联连接排列成的阵列。

一般来说，太阳能电池方阵的设计就是按照用户的要求和负载的用电量及技术条件计算出太阳能电池组件的串、并联数量。

串联数是由太阳能电池方阵的工作电压决定的，在太阳能电池组件串联数确定后，即可按照气象台提供的太阳年辐射总量或年日照时数的10年平均值计算确定太阳能电池组件的并联数。

太阳能电池方阵的输出功率与组件的串、并联的数量有关，组件的串联是为了获得所需的电压，组件的并联是为了获得所需要的电流。

（2）太阳能光伏方阵规模的大概估算

这里讨论的关于确定光伏方阵的大小只是针对采用独立系统的小型住宅的。

并网系统的光伏阵列大小与独立系统的是相差很大的。

这是因为对于独立系统来说，光伏阵列的大小非常重要，阵列过大，不但会造成电能的浪费，而且对于光伏板也是一种浪费。

对