光伏一體化的設計原則
太陽能光伏發電系統建筑一體化的設計原則要求,運營系統既要保證建筑中光伏發電系統的長期運行可靠,又要充分滿足用電設備的需要,使系統的配置實現合理、經濟。工程建設與投產中使用盡量少的太陽能光伏系統組件,使太陽能光伏發電組件與建筑物有機合為一體,替代部分建筑材料,如屋面與立面墻體裝飾材料,達到建筑節能的效果。協調光伏系統與建筑成本之間的關系,在滿足正常需要,保證系統、建筑質量的前提下盡可能的節約建筑與安裝成本投資,達到投入與產出最好的經濟效益。隨著美國、西班牙、德國等發達國家對本國光伏產業的政策優惠及扶持,全球光伏發電應用已進入快速增長的階段。我國光伏產業近幾年來持續發展,但是同發達國家相比還是存在很大差距,光伏發電應用市場發展較為緩慢,安裝量較少,隨著我國工業與信息化部2012年2月頒布的《太陽能光伏產業“十二五”發展規劃》,我國的太陽能光伏發電系統應用及推廣將會有較大的發展。隨著光伏發電產業化進程和技術開發的發展,太陽能光伏發電系統與建筑一體化生態節能工程,其發展前景廣闊,市場潛力巨大,其效率、性價比隨著太陽能光伏技術日益發展將進一步得到提高,也將極大地推動中國太陽能光伏發電系統建筑一體化的快速發展。光伏方陣與建筑的結合。這種方式是將光伏方陣依附于建筑物上,建筑物作為光伏方陣載體,起支承作用。光伏方陣與建筑的集成。這種方式是光伏組件以一種建筑材料的形式出現,光伏方陣成為建筑不可分割的一部分。光伏方陣與建筑的結合是一種常用的形式。2008年奧運會體育賽事的國家游泳中心和國家體育館等奧運場館中,采用的就是光伏方陣與建筑結合的太陽能光伏并網發電系統,這些系統年發電量可達70萬千瓦時,相當于節約標煤170噸,減少二氧化碳排放570噸。太陽能電池的能量主要來源于太陽光中的光子的能量,電池板單晶硅半導體中的空穴-電子對就會變得活躍起來,也就是光載流子??昭◣д?,電子帶負電,在太陽能電池元件磁場的作用下,正負電荷分別向電池的負極和正極一定。電荷的定向移動就形成了電流。有了電能的產生,后續還需要電能的傳遞和儲存設備,電能就能夠被人們所利用。這就是光伏太陽能發電的主要原理,光伏元件形狀、性能的多方面復合,提高了其發電性能。
通過光伏發電組件與建筑物外表面的結合,更多的利用太陽能資源將其轉化為電能,供給建筑物的能源消耗。通過光伏一體集成技術給建筑物提供了一定數量的清潔能源,其系統主要分為太陽能光伏屋頂一體集成系統、太陽能光伏遮陽板一體集成系統、太陽能光伏幕墻一體集成系統等等,目前的建筑物中使用較多的是位于屋頂的集成系統,因為在屋頂的光伏組件的太陽光的吸收率比較大,轉化的太陽能具有較強的實用性。太陽能光伏建筑一體集成系統使用的為聯網光伏發電系統,在聯網發電系統中位于建筑物上的光伏組件產生的電流會通過逆變器轉化為交流電傳遞至電網公司進行儲存,在整個的建筑物中減少了龐大的具有污染的儲存電能的蓄電池。整體上為建筑物省去了空間和管理儲電設備的人力物力資源。當建筑物自身需要電能時我們可以通過電網得到更加穩定、充足的電流供給使用,而購買這些用電的價格變得非常優惠。聯網光伏系統包括太陽能電池方陣、控制器、聯網逆變器,簡單的連接設備的使用為建筑物的光伏發電帶來了很好的經濟性能,其沒有儲電設備、轉換設備而前期投資較少,而后期的用電回報是十分穩定的,在政策上、技術上也得到了很大的支持。光伏與建筑物的結合,是一舉多得的好事,在技術方面主要考慮兩方面的因素,光伏系統、光伏組件如何與建筑物進行更好的結合:(1)光伏系統與建筑物的結合是光伏建筑一體化首要的工作,要保證建筑物的位置高度以及電網設施可以保證建筑物光伏組件產生電流經過轉化之后,通過逆變器可以及時的傳遞到電網,電網對建筑物的供電網絡的設計要與光伏系統相輔相成。(2)光伏組件與建筑物的結合主要是將建筑材料和光伏組件的太陽能單晶硅電池板進行良好的結合使用。一般的建筑物的外墻選用瓷磚、涂料使用上、性能上都可以滿足需求,而單晶硅電池板的鋪設具有一定的技術難度,但是光伏組件依然可以做成外墻、遮光板,起到良好的裝飾和保護的作用,又可以用來發電,具有一物多用的功效,在一定程度上減少了工程造價,具有很大的經濟性。在技術上一物多用的組件必須同時具有發電性能、電氣絕緣、隔熱保溫、防風阻燃等各種優良的性能。德國等發達國家已經研制將光伏組件做成窗戶,建筑材料和光伏組件合二為一,增大對太陽能的利用率,同時也可以通過窗戶控制太陽光的入射,從而讓用戶獲得好的體驗感。目前已經有了許多建筑材料和光伏組件的結合產品,半透明和透明光伏組件;雙層玻璃超大尺寸光伏幕墻,隔音隔熱外墻光伏構件等,越來越多的結合品的設計讓光伏建筑一體化的進程越來越快,使用者的體驗感也越來越強,光伏建筑一體化也越來越受到歡迎。太陽能光伏聯網系統的關鍵技術是聯網逆變器的設置,與傳統的逆變器相比,除了具有基本的直流電和交流電的轉化功能之外還具備了更好地安全保護性能,可以對電壓、電頻、相位等進行控制,具體的功能有跟蹤控制最大功率,太陽能電池的輸出電能回合太陽的強度、電池的溫度密切相關。在聯網逆變器的控制之下,可以對變化進行跟蹤記錄在技術上可以調節輸出功率的大小,已得到太陽能最高效的利用,也可以在一定程度上保持輸出電流和電壓的穩定性。