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太陽能光伏發電實用技術

發布時間:2015/3/7    浏覽次數:2179
摘要:本文通過介紹光伏建築一體化,以引起業界人士對太陽能利用的廣泛關注。文中分别對光伏屋頂和光伏幕牆鋪設太陽電池闆發電形式和特點進行分析,以期不斷擴大太陽能的應用範疇。

巨大能源的太陽東升西落,成為匆匆過客未被人們充分利用。若在世界陸地的0.5%面積(恰為中國城鎮占地之和)上安裝太陽電池,将能供應全球所需能源,所以找宇宙要效益索取太陽能是當務之急。
我國太陽能資源的數量、分布的普遍性、供應的清潔性、技術的可靠性都優越于風能、水能和生物質能等可再生能源。目前大量能源消耗難以面對,專家估計,再過50年,全世界可再生能源比例将>50%的總一次能源,其中太陽能可占到13%~15%十分可觀。所以加大光伏發電力度刻不容緩。

1 光伏發電利用範疇
1.1 充分利用太陽光
目前國内外許多建築光學工作者指出,首先應掌握太陽能日照量三要素:季節,夏季日照量最高,冬季最低。天氣,正午日照量最高,晴、陰雨天則相應降低。方位,以正南向效率為100%,則東西向為82%,北向為50%的輸出量。但在實際應用中,太陽電池方陣輸出降低的原因很多,如日照量的多少,太陽電池鏡面污垢産生的程度,溫度上升及轉換器損失等。加上太陽能控制器損失的5%,總發電容量為設置容量的85%~95%;其次是發電量估算:太陽電池容量=太陽電池最大輸出×設置數量。如以最大輸出功率50W太陽電池為例,設置20片時,則其輸出容量=50W×20=1kWp,表1示某市7月底的光伏發電量。

表1  夏季南向日發電量

時間

/h

0~6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

17

18

19~20

0~24

發電量

/kWh

0

0.3

0.9

1

1.6

2

2.1

1.9

1.8

1.5

1

0.7

0.2

0

15.1

1.2 太陽能應用多樣化
從收集到的有關資料來看,曆年的成果涵蓋許多方面。近年來涉及的領域又有了發展。分别為太陽能光伏建築一體化、光伏電站、光伏照明和光伏設施等方面的設計及應用。

2  太陽能光伏建築一體化
2.1  基本概念
2.1.1  定義
光伏幕牆(屋頂)是将傳統幕牆(屋頂)與光電轉換技術相結合的一種新型建築。換句話說,主要是利用太陽能發電的一種新型、綠色的能源技術。光伏與建築相結合的進一步目标,是将光伏器件與建築材料集成化。通常建築物牆面多采用馬賽克、塗料等材質,為了美觀,還以價格較高的玻璃幕牆達到保護和裝飾的雙重目的。若能将屋頂、向陽的外牆、窗戶都由光伏器件取代,則既能作為建材使用又能發電,可謂一舉兩得。當然,對太陽電池組件來講,還需具有絕熱保溫、電氣絕緣、防水防潮、強度、剛度和不易破裂等性能。
2.1.1.1  光伏幕牆(屋頂)
設計除了需要考慮太陽電池、光組件、導線、逆變器和整流器等因素以外,還必須保證對建築幕牆(屋頂)安全等功能的落實。其性能指标參數在滿足有關的國家規範和行業标準的前提下,并使其具備上佳使用效果,還要注重其安裝朝向。一般來說,太陽電池闆應裝在樓群中接受光照時間長的那些部位,如女兒牆、牆楣(屋頂)等;通常選擇幕牆面朝南、東南和西南之間,在一定條件下亦可東向和西向。太陽電池闆還可作為固定的遮陽闆(頂棚)之類的材料。既可得光能,又易散熱,可謂最佳組合。特别值得注意的是,要把光伏和傳統建築有機地結合在一起,合理選擇其結構形式和布局,使其最終達到既利用了太陽能,又能滿足性能要求及人們的感觀滿意程度。
2.1.1.2  光伏建築特點(表2)是一種集發電、隔音、隔熱、安全和裝飾功能為一身的新型功能性建築,它不但突破了傳統建築以消極的辦法減少能量損失,而是積極利用光伏技術,把以往被當作有害因素被屏蔽掉的太陽光,轉化為被人們利用的電能,而且還是一種潔淨能源。還充分考慮了太陽電池闆的電能轉化工藝、結構和安裝的電氣絕緣性,将幕牆和光伏技術有機地結合。如将接線端子排裝在幕牆橫、豎縫的不可見内腔,便于拆卸維護,電路布線的穩固、快捷。即使遇到雨雪等惡劣天氣,也不緻于出現漏電、短路等問題,讓指标達到國家規範标準。

表2  光伏建築一體化特點

序号

優勢

備注

1

太陽電池組件是一種固态裝置,能将太陽光直接轉換成電能

勿需轉動零件、燃料,不會産生污染

2

已經證實太陽電池組件的預期壽命長

可達30年

3

太陽能光伏系統已被成功地應用于成千上萬棟建築上

含小型、中型、大型等案例

4

太陽電池組件呈模塊化,是一種分散式的電力生産裝置

不是大型集中式的發電廠

5

偏遠地區的太陽電池是一種符合改善成本的現實選擇

傳統的供電系統輸配電線路價格昂貴

6

建築屋頂(幕牆)可以為光伏系統提供大量面積,尤其在人口密集地

指不要占用額外昂貴的土地

7

安裝在建築物上的太陽電池方陣,省去各類支撐構件

無需多餘的基礎設施

8

直接向電網輸送電力,省去一系列輸配電費用

減少各級别傳輸線路的電壓損失

9

能夠在供電尖峰時刻提供足夠的電力

以适時降低該緊急時段的電量需求

10

完全可能取代傳統的建築材料

使光伏系統擔負起雙重角色

11

有效地減輕對環境的光污染

造福于人類

12

以多種創新的方式,渲染獨具魅力的建築外觀

使建築物更加完美、潔淨

13

配備蓄電池後,太陽能光伏發電系統确保自身用電

還能夠滿足用電設施的不間斷供電要求

注:利用太陽能,不僅可以滿足建築能源供應的需求,實現建築物的0排放,而且可以使每棟建築都成為小型分散的網絡電力生産者。
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