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新型幕墻光伏建筑一體化 |
| 來源:09年會論文集 作者: 莊大建 鄭鴻生 肖堅偉 日期:2009-4-16 頁面功能 【字體：大 中 小】【打印】【關閉】【評論】 |
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摘要：近年來世界各國都投入巨資進行太陽能應用技術的研究，取得了很大的技術進步。上世紀90年代以來，隨著常規發電方式成本的上升和人們對環境保護的日益重視，“建筑物產源”和“戶用并網光伏系統”是光伏業界的追求的目標。本文主要針對觀光幕墻與光伏并網系統如何有機地結合，提出一些解決的方案，共同提高光伏組件在幕墻BIPV中的應用技術。
關鍵詞：現代建筑幕墻;雙玻璃組件;并網方案
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1.BIPV(光伏建筑一體化)現狀
BIPV(光伏建筑一體化)的說法，最早起源于外國，由于其在太陽能的利用技
術方面，有著深厚的歷史技術底蘊，尤其突出體現于BIPV普遍用于幕墻建筑結構。如德國較為有名氣的某某幕墻公司，已經將雙玻璃組合的光伏模組直接安裝于幕墻的外圍護結構上。有許多建筑外型給人一種耳目一新的全新視角。他們采用的這種做法，既能夠保證建筑物幕墻的安全性能，又能夠對太陽能源的利用，是一種綠色能源建筑。
我國生產的光伏組件占世界較大的份額，國內也有一些光伏電站的示例。但真正能夠與國外所謂提出的光伏BIPV的示范工程，卻是少之又少。這其中有二方面原因。其一，光伏組件及光伏系統的生產公司，他們缺少在幕墻建筑設計方面的技術，對幕墻的安全要求也知者甚少。其二，作為幕墻公司，他們對光伏發電的應用概念較為模糊，也沒有做更深層次的研究。正因為這兩種原因，國內未有較好的示例工程，可供業界同行共享技術。
2.光伏幕墻及光伏采光頂的建造概況
光伏建筑一體化在設計時，通常將建筑物所在當地的經緯度，結合當地氣象公布情況，尋找日照發電最佳角度。一般太陽能光伏系統的方陣采用正南方安裝，其太陽能年采集能量最高。光伏幕墻在設計時，還須考慮風壓，抗震，風荷載所處的標高以及密封性能的問題，選擇合適的安裝角度和方向。光伏幕墻采光頂是最佳的安裝結構形式。
光伏建筑一體化在應用中，也應考慮陰雨天對室內側光線的影響，可以從組件的透光率，設計在10%一50%不等，通過組件中晶體硅電池片的排列間隔，而達到合適的透光率。一些場合也可用非晶硅加工成建筑組件，這需要考慮組件的安全性能是否達到建筑幕墻部位的設計要求而定。光伏采光頂采用橫隱豎明的結構形式，更便于屋面的排水。由于光伏幕墻是特殊建筑其中一種表達形式，有必要考慮通風降溫的實際間題。設計時，將外裝飾與幕墻結構協調結合，使光伏建筑一體化更富有生機，更能本現現代建筑的環保綠色設計理念。
光伏幕墻本身具有符合幕墻的建筑規范，又能夠利用太陽能將太陽光轉換成直流電能，通過逆變器變換成交流電源，或通過控制器整流穩壓成直流電能。其發電系統有獨立電網系統和并網系統以及帶蓄能的獨立電網系統等形式進行設計配置于光伏建筑一體化中。由于蓄電池的使用壽命和維護的問題，往往并網系統應用于光伏幕墻更具優勢，并網系統的建造價格比帶蓄能的獨立電網系統要低，而且并網系統的年發電量比獨立電網系統要多。帶蓄能的獨立電網系統具有應急發電功能。這是兩者的優缺點。
3.雙玻璃光伏產品的技術性能參數及設計
a.雙玻璃光伏組件可按下列規定進行計算:
作用于雙玻璃光伏組件上的風荷載和地震作用可按下列公式分配到兩片玻璃上:
4.部分節點設計
系統設計時，考慮到安全、密封性能、便于維修的實際情況，將雙玻璃光伏組件設計成隱框安裝型式是很好的一種組合形式。也就是將組件的引出線從組件邊緣面通過定制的引線盒引出正、負兩極并配置決速接駁插頭。組件的申、并聯電纜從隱框結構幕墻骨架的鋁型材的外側面或上下側面白洲曹走線并匯急到各個單元的接線匯流盒配套旁路二極管和防反充二極管，最后各個匯流盒匯總到直流柜完成直流電的輸人。連接完畢后有扣板蓋住并邊緣打密封膠達到隱蔽安裝的目的。這樣既保證了組件連接密封性達到IP65的防水要求，又不影響幕墻屋頂視覺外觀，這是一種比較完善的組合結構。圖2一圖5分別是采光頂設計部分圖片。
5.應用于光伏幕墻并網發電的系統
的案例
光伏幕墻電氣系統須達到的要求:
電氣的配置須符合GII50303、GII50168,GR50169標準的要求。防雷接地設計須考慮防直擊雷和防感應雷的要求進行配置，并網系統還須考慮過/欠電壓頻率保護、防孤島效應、恢復并網、短路保護、隔離保護、逆向功率保護設計也要考慮符合GBIT19939-2005、即T11127－1997的規定。
6.某個光伏采光頂并網系統運行效果分析
光伏采光頂電站從建成日起，到目前為止，運行平穩，各項工作參數均正常，能夠達到預定的目的。以下圖8一12是該電站某天采集的數據:
整個發電系統由三個子系統組成，從上面的曲線圖可以看出:從6:45－19:45組件一直發電工作13個小時;經過系統轉正常送電至用戶端從7:35－18:50累計11小時15分;整天累計發電16度;電壓變化在士5%以內，頻率變化在正負0.18%以內;最高發電功率發生在13:30分，達到282０ W。從采集到的數據可以看出該電站發電效率隨著太陽輻照的強度的增加而提高，也隨著當地、當天的天氣情況的變化而變化。最高峰時間出現在12:00－14:00之間，工作電壓和頻率都在額定的范圍內。
7.國內外BIPV的應用情況
8.結束語
太陽能是我國分布最廣的可再生能源資源。可以利用邊遠土地資源，還可以利用大量的屋頂和墻面資源，有效地增加能源供應。光伏發電不消耗化石能源資源和水資源不產生污染，也役有溫室氣體排放。既適合分散使用，也可以集中建設大型光伏發電站，為未來經濟發展前景的可再生能源打下基礎。
充分利用好國家的各種優惠政策，加快光伏新型幕墻的發展，符合我國節能減排的社會責任要求。
參考文獻
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【２】建筑結構荷載規范GB 50009 -2001，中國建筑工業出版社，2002.3
【３】玻璃幕墻工程技術規范JGJ102一203，中國建筑工業出版社，2004
【４】民用建筑光伏系統應用技術規范
【５】沈輝、曾祖勤，太陽能光伏發展技術，化學工業出版社，2005
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