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新型幕墙光伏建筑一体化 |
| 来源:09年会论文集 作者: 庄大建 郑鸿生 肖坚伟 日期:2009-4-16 页面功能 【字体：大 中 小】【打印】【关闭】【评论】 |
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摘要：近年来世界各国都投入巨资进行太阳能应用技术的研究，取得了很大的技术进步。上世纪90年代以来，随着常规发电方式成本的上升和人们对环境保护的日益重视，“建筑物产源”和“户用并网光伏系统”是光伏业界的追求的目标。本文主要针对观光幕墙与光伏并网系统如何有机地结合，提出一些解决的方案，共同提高光伏组件在幕墙BIPV中的应用技术。
关键词：现代建筑幕墙;双玻璃组件;并网方案
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1.BIPV(光伏建筑一体化)现状
BIPV(光伏建筑一体化)的说法，最早起源于外国，由于其在太阳能的利用技
术方面，有着深厚的历史技术底蕴，尤其突出体现于BIPV普遍用于幕墙建筑结构。如德国较为有名气的某某幕墙公司，已经将双玻璃组合的光伏模组直接安装于幕墙的外围护结构上。有许多建筑外型给人一种耳目一新的全新视角。他们采用的这种做法，既能够保证建筑物幕墙的安全性能，又能够对太阳能源的利用，是一种绿色能源建筑。
我国生产的光伏组件占世界较大的份额，国内也有一些光伏电站的示例。但真正能够与国外所谓提出的光伏BIPV的示范工程，却是少之又少。这其中有二方面原因。其一，光伏组件及光伏系统的生产公司，他们缺少在幕墙建筑设计方面的技术，对幕墙的安全要求也知者甚少。其二，作为幕墙公司，他们对光伏发电的应用概念较为模糊，也没有做更深层次的研究。正因为这两种原因，国内未有较好的示例工程，可供业界同行共享技术。
2.光伏幕墙及光伏采光顶的建造概况
光伏建筑一体化在设计时，通常将建筑物所在当地的经纬度，结合当地气象公布情况，寻找日照发电最佳角度。一般太阳能光伏系统的方阵采用正南方安装，其太阳能年采集能量最高。光伏幕墙在设计时，还须考虑风压，抗震，风荷载所处的标高以及密封性能的问题，选择合适的安装角度和方向。光伏幕墙采光顶是最佳的安装结构形式。
光伏建筑一体化在应用中，也应考虑阴雨天对室内侧光线的影响，可以从组件的透光率，设计在10%一50%不等，通过组件中晶体硅电池片的排列间隔，而达到合适的透光率。一些场合也可用非晶硅加工成建筑组件，这需要考虑组件的安全性能是否达到建筑幕墙部位的设计要求而定。光伏采光顶采用横隐竖明的结构形式，更便于屋面的排水。由于光伏幕墙是特殊建筑其中一种表达形式，有必要考虑通风降温的实际间题。设计时，将外装饰与幕墙结构协调结合，使光伏建筑一体化更富有生机，更能本现现代建筑的环保绿色设计理念。
光伏幕墙本身具有符合幕墙的建筑规范，又能够利用太阳能将太阳光转换成直流电能，通过逆变器变换成交流电源，或通过控制器整流稳压成直流电能。其发电系统有独立电网系统和并网系统以及带蓄能的独立电网系统等形式进行设计配置于光伏建筑一体化中。由于蓄电池的使用寿命和维护的问题，往往并网系统应用于光伏幕墙更具优势，并网系统的建造价格比带蓄能的独立电网系统要低，而且并网系统的年发电量比独立电网系统要多。带蓄能的独立电网系统具有应急发电功能。这是两者的优缺点。
3.双玻璃光伏产品的技术性能参数及设计
a.双玻璃光伏组件可按下列规定进行计算:
作用于双玻璃光伏组件上的风荷载和地震作用可按下列公式分配到两片玻璃上:
4.部分节点设计
系统设计时，考虑到安全、密封性能、便于维修的实际情况，将双玻璃光伏组件设计成隐框安装型式是很好的一种组合形式。也就是将组件的引出线从组件边缘面通过定制的引线盒引出正、负两极并配置决速接驳插头。组件的申、并联电缆从隐框结构幕墙骨架的铝型材的外侧面或上下侧面白洲曹走线并汇急到各个单元的接线汇流盒配套旁路二极管和防反充二极管，最后各个汇流盒汇总到直流柜完成直流电的输人。连接完毕后有扣板盖住并边缘打密封胶达到隐蔽安装的目的。这样既保证了组件连接密封性达到IP65的防水要求，又不影响幕墙屋顶视觉外观，这是一种比较完善的组合结构。图2一图5分别是采光顶设计部分图片。
5.应用于光伏幕墙并网发电的系统
的案例
光伏幕墙电气系统须达到的要求:
电气的配置须符合GII50303、GII50168,GR50169标准的要求。防雷接地设计须考虑防直击雷和防感应雷的要求进行配置，并网系统还须考虑过/欠电压频率保护、防孤岛效应、恢复并网、短路保护、隔离保护、逆向功率保护设计也要考虑符合GBIT19939-2005、即T11127－1997的规定。
6.某个光伏采光顶并网系统运行效果分析
光伏采光顶电站从建成日起，到目前为止，运行平稳，各项工作参数均正常，能够达到预定的目的。以下图8一12是该电站某天采集的数据:
整个发电系统由三个子系统组成，从上面的曲线图可以看出:从6:45－19:45组件一直发电工作13个小时;经过系统转正常送电至用户端从7:35－18:50累计11小时15分;整天累计发电16度;电压变化在士5%以内，频率变化在正负0.18%以内;最高发电功率发生在13:30分，达到282０ W。从采集到的数据可以看出该电站发电效率随着太阳辐照的强度的增加而提高，也随着当地、当天的天气情况的变化而变化。最高峰时间出现在12:00－14:00之间，工作电压和频率都在额定的范围内。
7.国内外BIPV的应用情况
8.结束语
太阳能是我国分布最广的可再生能源资源。可以利用边远土地资源，还可以利用大量的屋顶和墙面资源，有效地增加能源供应。光伏发电不消耗化石能源资源和水资源不产生污染，也役有温室气体排放。既适合分散使用，也可以集中建设大型光伏发电站，为未来经济发展前景的可再生能源打下基础。
充分利用好国家的各种优惠政策，加快光伏新型幕墙的发展，符合我国节能减排的社会责任要求。
参考文献
【１】特种玻璃、结构、幕墙技术手册，汕头大学出版社，2003. 9
【２】建筑结构荷载规范GB 50009 -2001，中国建筑工业出版社，2002.3
【３】玻璃幕墙工程技术规范JGJ102一203，中国建筑工业出版社，2004
【４】民用建筑光伏系统应用技术规范
【５】沈辉、曾祖勤，太阳能光伏发展技术，化学工业出版社，2005
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