太阳能光伏建筑一体化系统应如何设计?->麦芽糖 美影社

发布时间:2016-04-21 来源:安徽省道路运输协会 浏览次数:

能源是国民经济发展和人民生活水平提高的重要物质基础。太阳能是资源最丰富的可再生能源,具有独特的优势和巨大的开发利用潜力。充分利用太阳能有利于保持人与自然的和谐相处及能源与环境的协调发展。

根据光伏方阵与建筑结合形式的不同,BIP太阳能光伏建筑一体化BIPV(Bui1ding Integrated Photovoltaias),是在2006年9月30日深圳太阳能学会年会上首次提出。在这次会议上,建筑领域的代表,介绍了光伏建筑相关的另一个重要概念,“零能耗建筑”,一旦光伏建筑的发电量达到能够满足住户生活需求。则称之为“零能耗建筑”。由于建筑是一个复杂的系统,一个完整的统一体,如果要将新型太阳能技术融入到建筑设计中,同时继续保持建筑的文化特征,就应该从技术和美学两方面入手,使建筑设计与太阳能技术有机结合,由此产生了“一体化设计”的概念,“一体化设计”是指在建筑规划设计之初,就将太阳能利用纳入设计内容,使之成为建筑的一个有机组成部分,统一设计,施工,调试。

光伏建筑一体化分类

V可分为两大类:一类是光伏方阵与建筑的结合。将光伏方阵依附于建筑物上,建筑物作为光伏方阵载体,起支承作用。另一类是光伏方阵与建筑的集成。光伏组件以一种建筑材料的形式出现,光伏方阵成为建筑不可分割的一部分。如光电屋顶、光电幕墙和光电采光顶等。光伏方阵与建筑的结合是一种常用的BIPV形式,特别是与建筑屋面的结合。光伏方阵与建筑的集成是BIPV的一种高级形式,它对光伏组件的要求较高。光伏组件不仅要满足光伏发电的功能要求同时还要兼顾建筑的基本功能要求。

常见的与建筑结合的安装方式

建筑设计要点

光伏建筑一体化是光伏系统依赖或依附于建筑的一种新能源利用形式,其主体是建筑,客体是光伏系统。因此,BIPV设计应以不损害和影响建筑的效果、结构安全、功能和使用寿命为基本原则,任何对建筑本身产生损害和不良影响的BIPV设计都是不合格的设计。

BIPV的设计应从建筑设计入手,首先对建筑物所处地的地理气候条件及太阳能的资源情况进行分析,这是决定是否选用BIPV的先决条件;其次是考虑建筑物的周边环境条件,即选用BIPV的建筑部分接受太阳能的具体条件,如被其他建筑物遮档,也不必考虑选用BIPV;第三是与建筑物的外装饰的协调,光伏组件给建筑设计带来了新的挑战与机遇,画龙点睛的BIPV设计会使建筑更富生机,环保绿色的设计理念更能体现建筑与自然的结合。第四,考虑光伏组件的吸热对建筑热环境的改变。

太阳电池与建筑相结合,有时不可避免的会受到遮挡,树、广告牌、女儿墙、其他建筑。遮挡对于晶体硅电池发电量影响很大,对于非晶硅的影响会小得多。一块晶体硅电池组件被遮挡了1/10的面积,功率损失将达到50%;而非晶硅受到同样的遮挡,功率损失只有10%,这就是薄膜电池弱光发电性能的体现。如果太阳电池不可避免的会被遮挡,应当尽量选用非晶硅电池。同时,建议每一个BIPV项目都要经过专业的遮挡分析,长期处于阴影遮挡下的建筑,是不适合做BIPV的。

设计时我们应该采用专业生态环境分析软件对建筑所处环境模拟分析,合理布置电池板,使电池板始终在太阳的“光芒”下。分析时对系统所处位置采用按春分、夏至、秋分、冬至四个时间点。冬至、夏至是太阳的南北回归线,对于地球来说是太阳运行距离最远的两个端点,如果建筑在这两个时间点上不被遮挡,那么我们布置的电池板将会长年接受阳光的照耀。

BIPV建筑说到底就是一个建筑,它是建筑师的艺术品,而对于建筑物来说光线就是他的灵魂,因此建筑物对光影要求甚高。但普通光伏组件所用的玻璃大多为布纹超白钢化玻璃,其布纹具有磨砂玻璃阻挡视线的作用。如果BIPV组件安装在大楼的观光处,这个位置需要光线通透,这时就要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。同时为了节约成本,电池板背面的玻璃可以采用普通光面钢化玻璃。

结构安全性与构造设计要点

光伏组件与建筑的结合,结构安全性涉及两方面:一是组件本身的结构安全,如高层建筑屋顶的风荷载较地面大很多,普通的光伏组件的强度能否承受,受风变形时是否会影响到电池片的正常工作等。二是固定组件的连接方式的安全性。组件的安装固定不是安装空调式的简单固定,而是需对连接件固定点进行相应的结构计算,并充分考虑在使用期内的多种最不利情况。建筑的使用寿命一般在50年以上,光伏组件的使用寿命也在20年以上,BIPV的结构安全性问题不可小视。构造设计是关系到光伏组件工作状况与使用寿命的因素,普通组件的边框构造与固定方式相对单一。与建筑结合时,其工作环境与条件有变化,其构造也需要与建筑相结合。如隐框幕墙的无边框、采光顶的排水等普通组件边框已不适用。

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