建筑一體化光伏系統(tǒng)簡介

太陽能光伏發(fā)電可直接將太陽光轉(zhuǎn)化成電能，光伏發(fā)電雖然應(yīng)用范圍遍及各行各業(yè)，但影響最大的是建材與建筑領(lǐng)域。20世紀(jì)90年代，隨著常規(guī)發(fā)電成本的上升和人們對環(huán)境保護(hù)的日益重視，一些國家開始將價(jià)格迅速下降的太陽能用于建筑，太陽能電池已經(jīng)可以彎曲、盤卷，厚度僅為幾個(gè)波長，易于裁剪、安裝、防風(fēng)雨、清潔安全，可以取代建筑用涂料、瓷塊、價(jià)格不菲的幕墻玻璃，可以作為節(jié)能墻體的外護(hù)材料。1997年，美國提出雄心勃勃的“克林頓總統(tǒng)百萬太陽能屋頂計(jì)劃”，計(jì)劃在2010前為100萬戶居民每戶安裝3~5kWp光伏電池。德國與此同期推出“十萬太陽能屋計(jì)劃”。日本推出“新陽光計(jì)劃”，目標(biāo)為2010年在全國推廣150萬套太陽能屋頂。2002年悉尼成功舉辦奧運(yùn)會，共在國際奧運(yùn)村安裝665套1kWp的屋頂光伏系統(tǒng)，是目前世界上最大的光伏住宅小區(qū)。建筑一體化光伏（BIPV）系統(tǒng)是應(yīng)用光伏發(fā)電的一種新概念，是太陽能光伏系統(tǒng)與現(xiàn)代建筑的完美結(jié)合。

光伏與建筑相結(jié)合的優(yōu)點(diǎn)表現(xiàn)在 ：

（1）可以利用閑置的屋頂或陽臺，不必單獨(dú)占用土地

（2）不必配置蓄電池等儲能裝置，節(jié)省了系統(tǒng)投資，避免了維護(hù)和更換蓄電池的麻煩

（3）由于不受蓄電池容量的限制，可以最大限度地發(fā)揮太陽能電池的發(fā)電能力

（4）分散就地供電，不需要長距離輸送電力輸配電設(shè)備，也避免了線路損失

（5）使用方便，維護(hù)簡單，降低了成本

（6）夏天用電高峰時(shí)正好太陽輻射強(qiáng)度大，光伏系統(tǒng)發(fā)電量多，對電網(wǎng)起到調(diào)峰作用

（1）光伏系統(tǒng)與建筑相結(jié)合：將一般的光伏方陣安裝在建筑物的屋頂或陽臺上，通常其逆變控制器輸出端與公共電網(wǎng)并聯(lián)，共同向建筑物供電，這是光伏系統(tǒng)與建筑相結(jié)合的初級形式。

（2）光伏組件與建筑相結(jié)合：光伏組件與建筑材料融為一體，采用特殊的材料和工藝手段，將光伏組件做成屋頂、外墻、窗戶等形式，可以直接作為建筑材料使用，既能發(fā)電，又可作為建材，進(jìn)一步降低發(fā)電成本。

與一般的平板式光伏組件不同，BIPV組件既然兼有發(fā)電和建材的功能，就必須滿足建材性能的要求，如：隔熱、絕緣、抗風(fēng)、防雨、透光、美觀。還要具有足夠的強(qiáng)度和剛度，不易破損，便于施工安裝和運(yùn)輸?shù)?。為了滿足建筑工程的要求，已經(jīng)研制出多種顏色的太陽能組件，可供建筑師選擇，使得建筑物色彩與周圍環(huán)境更加和諧。根據(jù)建筑工程的需要，已經(jīng)生產(chǎn)出多種滿足屋頂瓦、外墻、窗戶等性能要求的太陽能組件。其外形不單有標(biāo)準(zhǔn)的矩形，還有三角形、菱形、梯形，甚至是不規(guī)則形狀。也可以根據(jù)要求，制作成組件周圍是無邊框的，或者是透光的，接線盒可以不安裝在背面而在側(cè)面。

BIPV對建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的傳熱特性具有明顯的影響，從而對建筑冷熱負(fù)荷產(chǎn)生影響。光伏與通風(fēng)屋面結(jié)合，不僅可以提高光伏裝換效率，而且可以通過屋面?zhèn)魅胧覂?nèi)的冷熱負(fù)荷。通過分析四種不同形式的屋面結(jié)構(gòu)，評價(jià)光伏性能及其對建筑冷熱負(fù)荷的影響，四種屋面結(jié)構(gòu)如圖《屋面結(jié)構(gòu)》所示，其中（a）為通風(fēng)架空屋面BIPV；（b）為非通風(fēng)架空屋面BIPV；（c）為屋面鑲嵌BIPV；（d）為傳統(tǒng)屋面。分析表明：夏季，BIPV的最佳做法是將PV模塊與通風(fēng)空氣夾層相結(jié)合（a）,這種做法可以降低空調(diào)冷負(fù)荷，同時(shí)提高光電轉(zhuǎn)化效率。冬季，合適的做法是非通風(fēng)架空屋面BIPV（b），這種做法具有熱負(fù)荷低，光電轉(zhuǎn)化效率高的優(yōu)點(diǎn)。

設(shè)計(jì)原則如下 ：

（1）美觀性：安裝方式和安裝角度與建筑整體密切配合，保證建筑整體的風(fēng)格和美觀。

（2）高效性：為了增加光伏陣列的輸出能量，應(yīng)讓光伏組件接受太陽輻射的時(shí)間盡可能長，避免周圍建筑對光伏組件的遮擋，并且要避免光伏組件之間相互遮光。

（3）經(jīng)濟(jì)性：首先要將光伏組件與建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)相結(jié)合，取代部分常規(guī)建材，其次，從光伏組件到接線箱、接線箱到逆變器以及從逆變器到并網(wǎng)交流配電柜的電力電纜應(yīng)盡可能短。

建筑一體化光伏系統(tǒng)德國國會大廈BIPV系統(tǒng)

德國國會大廈的改造采用了圓形屋頂結(jié)構(gòu)和創(chuàng)新的能量設(shè)計(jì)理念，通過成功的集成，40kW的光伏屋頂模塊在視覺上幾乎看不出來，完全與建筑融為一體。他們與標(biāo)準(zhǔn)屋頂構(gòu)件具有同樣的尺寸和顏色。

建筑一體化光伏系統(tǒng)荷蘭零能建筑BIPV系統(tǒng)

荷蘭第一個(gè)采用PV作為防水屋面蓋板的零能建筑Woubrugge,PV系統(tǒng)于1993年建在一個(gè)大的獨(dú)立住宅上，建筑能量實(shí)現(xiàn)自維持，PV和太陽能熱利用負(fù)擔(dān)全年能耗。無框PV模塊固定在鑄鋁支架上，形成屋面防水層。

建筑一體化光伏系統(tǒng)中國BIPV系統(tǒng)

光伏建筑一體化在國外應(yīng)用較多，近年來，隨著能源緊張，節(jié)能意識的增強(qiáng)，我國正在逐漸應(yīng)用該技術(shù)將光伏發(fā)電與建筑一體化，建筑綠色環(huán)保型建筑。深圳國際園林花卉博覽會安裝的1MW太陽能光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)，采用4000多個(gè)單晶硅光伏組件（160瓦和170瓦組件），將太陽轉(zhuǎn)化為電能，并與深圳市電網(wǎng)并網(wǎng)運(yùn)行。

北京天普太陽能工業(yè)有限公司天普新能源示范樓50kWp并網(wǎng)光伏示范電站，經(jīng)過現(xiàn)場考察測量和協(xié)商溝通，采用在建筑物的多個(gè)部位，結(jié)合建筑需要，多角度多方法地安裝了總?cè)萘繛?0365Wp的6種類型的光伏組件，展示各種不同的建筑一體化光伏發(fā)電技術(shù)。 2100433B

《建筑一體化光伏系統(tǒng)電氣設(shè)計(jì)與施工（15D202-4）》適用于裝機(jī)容量不超過300千峰瓦（kWp）輸出電壓為AC220/380V光伏系統(tǒng)的電氣設(shè)計(jì)與施工。

圖集內(nèi)容包括建筑一體化光伏系統(tǒng)電氣設(shè)計(jì)與施工的一般規(guī)定、獨(dú)立和并網(wǎng)光伏系統(tǒng)的構(gòu)成、光伏系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案及案例、光伏系統(tǒng)主要設(shè)備的選用、布置及安裝；光伏系統(tǒng)線路敷設(shè)及選用；相關(guān)技術(shù)資料。本圖集主要突出建筑一體化光伏系統(tǒng)電氣設(shè)計(jì)與施工的特點(diǎn)和難點(diǎn)，可指導(dǎo)光伏系統(tǒng)電氣工程的設(shè)計(jì)、施工、監(jiān)理和驗(yàn)收。

編制說明 2

術(shù)語 3

建筑光伏系統(tǒng)電氣設(shè)計(jì)與施工一般規(guī)定 4

光伏發(fā)電系統(tǒng)分類 9

光伏組件主要電氣技術(shù)參數(shù) 12

光伏組件和建筑結(jié)合的方式 13

建筑一體化光伏系統(tǒng)電氣設(shè)計(jì)流程 14

并網(wǎng)光伏系統(tǒng)方陣設(shè)計(jì) 15

獨(dú)立光伏系統(tǒng)容量設(shè)計(jì) 16

光伏發(fā)電系統(tǒng)的效率系數(shù) 17

光伏匯流保護(hù)設(shè)備設(shè)計(jì)要求 18

直流線路最小電流值 19

光伏系統(tǒng)對地絕緣故障防護(hù)要求 20

光伏組件安裝距離要求 21

并網(wǎng)逆變器類型選擇 22

光伏發(fā)電檢測系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求 23

光伏匯流箱電氣原理圖 25

直流配電柜電氣原理圖 26

光伏系統(tǒng)并網(wǎng)技術(shù)要求 27

交流并網(wǎng)柜電氣原理圖 28

220/380V光伏并網(wǎng)接入系統(tǒng)方案 30

并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)配電方案 32

獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)配電方案 37

光伏系統(tǒng)電氣設(shè)備安裝 38

鋼導(dǎo)管配線安裝 45

電纜槽盒安裝 46

建筑光伏構(gòu)件接線盒示例 47

建筑一體化光伏系統(tǒng)防雷設(shè)計(jì)要求 48

建筑一體化光伏發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)案例1－案例3 50

全國各大城市光伏陣列最佳傾角參考值 70

光伏系統(tǒng)電力電纜選型示意圖 71

光伏系統(tǒng)直流電纜載流量 73

常用直流斷路器主要技術(shù)參數(shù) 75

相關(guān)技術(shù)資料 76 2100433B

內(nèi)容簡介

《光伏系統(tǒng)工程(原書第3版)》全面展示了光伏系統(tǒng)工程設(shè)計(jì)基礎(chǔ)，能夠幫助工程師理解與光伏系統(tǒng)設(shè)計(jì)相關(guān)的電氣、機(jī)械、經(jīng)濟(jì)和審美方面的理念、原因和方法。在《光伏系統(tǒng)工程(原書第3版)》前兩版受到普遍歡迎的情況下，可敬的作者RogerA.Messenger和Jerry Ventre又調(diào)查了光伏產(chǎn)業(yè)的顯著增長態(tài)勢和新思想，將上一版出版以來所獲得的系統(tǒng)設(shè)計(jì)與安裝經(jīng)驗(yàn)納入本版之中?！豆夥到y(tǒng)工程(原書第3版)》為讀者提供了光伏系統(tǒng)設(shè)計(jì)方面的知識，可使工程師在需要進(jìn)行工程性判斷時(shí)，能夠基于對各種參數(shù)的清晰理解，做出明智決定。與許多設(shè)計(jì)安裝手冊只培訓(xùn)讀者如何做出設(shè)計(jì)決策但不講原因相比，《光伏系統(tǒng)工程(原書第3版)》的這個(gè)目標(biāo)完全不同。2100433B