BIPV技术与应用--院士中心第96场论坛

李红波2010.5.6BIPV技术与应用主要内容一．概述二．BIPV系统设计三．BIPV应用形式四．BIPV组件及系统技术五．兆瓦级BIPV系统案例建筑能耗占全社会终端能耗的27.8%；发电上网方便，不需要架设输电线路无需额外占地或加建其他设施，可以安装在任何地方；光伏和电网同时给负载供电，增加供电的可靠性；无废弃物排放，不消耗任何燃料、水，不会给居民的生活带来不便。一、概述并网应用，直接并入电网，城市采用建筑一体化方式（BIPV），既不影响建筑美观，又成为建筑的一部分，也可直接做为建材，以降低整体造价，在城市土地紧张，太阳能又属于低密度能源，需要用面积来达到一定功率，采用BIPV可提高土地利用率，二、BIPV系统设计BAPVBuildingAttachedPVBIPVBuildingIntegratedPV完美和谐是设计的目标与建筑结合的太阳电池组件所应具有的功能BIPV系统设计原则美观性：光学要求、颜色、形状质感、透光率结构性：尺寸和形状、承压、防雨、隔音、隔热等安全性：电性能安全、结构可靠、避雷及接地保护功能性：温度和通风要求、防热斑、方便安装等安装后安装前附加的特性：•太阳电池与建筑结合后还具有最为重要的特性————发电。•传统的建筑材料被太阳电池组件替代后还具有独特的光学效果。.安装方式•颜色：•透光性•形状•尺寸•形变：弯曲的或柔性的太阳电池组件•晶体硅太阳电池:圆形或方形的硅片；•薄膜太阳电池:在玻璃或其它材料的衬底上沉积（非晶硅、CIS,CdTe）•复合型太阳电池(Sanyo,J):硅材料衬底上沉积非晶硅薄膜。各种薄膜太阳电池:CIS：9%amourphoussilicon：5％－8％CdTe：7to8%各种晶体硅太阳电池效率：14％－23％技术性原则（1）考虑建筑物的周边环境，尽量避开或远离遮荫物。（2）兼顾建筑物的前提下，确定最优的组件朝向及倾角–对于晶体硅太阳电池，很小的遮挡就会引起很大的功率损失；–遮挡对于薄膜电池的影响要小得多。技术性原则（3）考虑组件的通风，尽量保证通风良好温升情况及功率损失作为立面墙体材料，没有通风，温升非常高，功率损失9%；作为屋顶建筑材料，没有通风，温升很高，功率损失5.4%；安装在南立面，通风较差，温升很高，功率损失4.8%；安装在倾斜屋顶，通风较差，温升很高，功率损失2.6%；安装在平屋顶，通风较差，温升很高，功率损失2.1%。（4）根据建筑形态及组件尺寸确定排布方案及并网形式计算每一个方向可以安装的组件总数及排列方式每组串联数一般一个朝向对应一路逆变，以提高逆变效率（5）合理设计尽量减少电缆长度对于不同的日照条件、气候条件和安装方式，电池板的表面温度也不同，在空气流通的室外，温度可以达到50℃一80℃，对于晶体硅电池，由于存在热斑效应，有时局部温度能达到200cC。电池片的温度会使中空玻璃空腔内的空气过度膨胀，当夜晚没有日照时，随着电池片温度的降低，腔体内的空气也会降温收缩。这样，中空玻璃始终处于高低温交变的条件下，会使密封材料寿命大大缩短，造成中空玻璃密封失效，甚至玻璃炸裂。温度影响因素中空双玻璃光伏组件各部位的温度关系为:向光面＞中空层＞背光面在温度较高的地区，中空双玻璃光伏组件比普通双玻璃光伏组件少产生8%左右的电能光伏玻璃幕墙组件热性能研究电气连接方式•标准太阳电池组件的接线盒是放在组件背后；•与建筑结合的太阳电池组件：接线盒放在太阳电池组件的侧面。三、BIPV应用形式与屋顶的一体化应用与墙的一体化应用与遮阳装置的一体化应用其它光伏建筑构件一体化应用与屋顶的一体化应用光伏瓦荷兰Lafarge公司与墙的一体化应用与遮阳装置的一体化设计其它光伏建筑构件四、BIPV组件及系统技术光伏幕墙组件光伏玻璃幕墙组件两片玻璃必须是钢化玻璃，向光的一面必须是超白钢化玻璃；电池片可以是单晶硅、多晶硅、非晶硅的一种。中间的胶片可以是EVA或者PVB。1）光伏玻璃幕墙组件美学要求应满足建筑物对光影要求如果BIPV组件安装在大楼的观光处，需要光线通透，采用光面超白钢化玻璃制作双面玻璃组件，用来满足建筑物的功能。在BIPV组件中，要考虑到室内的采光要求，这时要调整电池片间距到25mm左右，使组件的透光率在30％左右。与建筑物的外观效果相协调普通光伏组件的接线盒一般粘在电池板背面，接线盒较大，很容易破坏建筑物的整体协调感，通常不为建筑师所接受，因此BIPV建筑中要求将接线盒省去或隐藏起来。普通光伏组件的连接线一般外露在组件下方，BIPV建筑中光伏组件的连接线要求全部隐藏在幕墙结构中。2）光伏幕墙组件结构性要求普通光伏组件，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。光伏玻璃幕墙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（风压变形性能、雨水渗透能力、空气渗透性能）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。普通光伏组件一般只有4mm厚，这种组件作为BIPV组件来使用往往会将大量的热量带人室内，同时也不能满足隔音的要求。这时可以将普通光伏组件做成中空Low-E隔音节能玻璃，这样既能隔热又能隔音，但技术上的难题有待解决。3）建筑隔热隔音要求4）BIPV组件电学性能与建筑结构的配合在设计BIPV建筑时要考虑电池板本身的电压、电流是否方便光伏系统设备选型。比如在光电幕墙设计时，可以考虑调整分隔，使BIPV组件接近标准组件电学性能。另外，也可以采用不同尺寸的电池片来满足分隔的要求。另外，还可以将少数边角上的电池片不连接如电路，一满足电学要求。BIPV光伏组件的安装要比普通组件的安装难度大很多。一般BIPV组件安装高度较高、安装空间较小。考虑到安装方便，可以将光伏组件和结构做成单元式结构，方便安装提高安装精度。比如可以采用单元式光电幕墙代替明框幕墙和隐框幕墙。5）BIPV组件应安装、维护方便光伏瓦光伏遮阳组件PV-LED一体化组件BIPV组件及系统发展趋势大尺寸、多样化柔性化模块化集成化：单逆变组件、光伏-光热复用构件多点接入微网及其控制技术；大尺寸、多样化柔性化美国Konarka公司柔性化模块化支架结构接线盒引线方便安装可靠性高模块化遮挡问题？异形组件电气连接？直流模块式BIPV组件光伏光热复用构件集成PV-LED一体化集成化光伏与保温材料一体化集成光伏与电致变色一体化集成太阳能涂料BIPV系统可靠性问题并网逆变器失效光伏建筑一体化组件光伏组件的安装、结构直流设备（开关，电缆，过压保护电路）组件沾污在屋顶安装的系统组件污染对功率输出的影响在2%以下较严重的污染使得系统功率输出减少高达18%BIPV组件安装问题组件安装机械强度不够接线连接点松动接线盒中二极管散热问题.运行过程中的问题对系统的影响程度安装结构的腐蚀与缺陷19%组件沾污12%串保险丝缺陷4%问题组件（玻璃碎了，开路，变色）<2%串二极管缺陷2%插头/插座连接器受锈蚀1%过电压保护装置缺陷<1%在检查200个1000W屋顶光伏系统中发现的缺点和不足主要影响因素五、兆瓦级BIPV系统案例上海太阳能工程技术研究中心兆瓦级BIPV系统光伏遮阳系统将太阳能光伏技术与传统的遮阳装置结合在一起的新型光伏建筑构件。玻璃幕墙系统圆环顶BIPV系统PV-LED系统柔性薄膜系统屋顶光伏系统车棚光伏系统光伏逆变、控制系统3KW光伏玻璃幕墙系统发电量理论与实际对比理论与实际基本符合，平均差别在5%以内，其中最大的差别为2010年2月份差别为6.4%，最小的差别为2009年12月份，差别为2%。理论发电值总是大于实际发电值，说明理论模型中，部分参数取值存在偏差。中空玻璃幕墙发电情况达到了预期的效果。兆瓦级BIPV系统发电量理论与实际对比理论与实际基本符合，总发电量为13.9万kWh，理论发电量为68373.1kWh，实际发电量为65246.8kWh，差别为4.5%，2010年2月份，理论发电量为73161.6kWh，实际发电量为66252.8kWh，差别为9.4%。经过近三个月的运行，兆瓦级BIPV发电系统较好的达到了预期的效果。世博BIPV应用中国馆BIPV应用主题馆BIPV应用世博中心BIPV应用上海世博会太阳能的应用特点：规模大形式多样技术新颖中国馆装机容量0.3MW装机容量约2.8MW主题馆世博中心装机容量约1MWThanksNo.880,ZiyueRoad,MinhangDistrict,Shanghai200241Tel:[phone]Fax:[phone]