太陽能光電技術(shù)在節(jié)能建筑中應(yīng)用設(shè)計方法

1、太陽能光電技術(shù)在節(jié)能建筑中 應(yīng)用設(shè)計方法太陽能光電技術(shù)在節(jié)能建筑中應(yīng)用設(shè)計方法能源問題越來越成為世界關(guān)注的熱點問題， 嚴 峻的能源緊張狀況已經(jīng)危及我國未來國民經(jīng)濟 安全運行，弓I起黨和國家的高度重視。2006年1 月1日5中國可再生能源法頒布實施后，國家有 關(guān)部門隨后相繼出臺了二十多個促進可再生能 源發(fā)展的辦法和條例，建設(shè)節(jié)約型社會是黨和國 家今后長期發(fā)展的戰(zhàn)略性指導(dǎo)原則，已經(jīng)成為全 社會的共識而深入人心。自20世紀80年代以來，太陽能光伏技術(shù)得到 了迅速發(fā)展，全球太陽能光伏技術(shù)產(chǎn)品的生產(chǎn)和 應(yīng)用以每年30%-45%勺速度持續(xù)高速增長，尤其 是進入21世紀以來，世界光伏產(chǎn)業(yè)的發(fā)展年均 增長超過

2、60%我國光伏產(chǎn)業(yè)已經(jīng)快速啟動,， 2007年以后，我國光伏產(chǎn)業(yè)的年增長率超過 100%太陽能光伏產(chǎn)品具有安全可靠、無噪聲、 無污染，能量隨處可得，不受地域限制，無需消 耗，無機械轉(zhuǎn)動部件，故障率低，維護簡便，可 以無人職守，建站周期短，規(guī)模大小隨意，無需 架設(shè)輸電線路，可以方便地與建筑物相結(jié)合等許 多優(yōu)點，這些都是常規(guī)發(fā)電和其他發(fā)電方式所不 及的。我國社會、經(jīng)濟的快速發(fā)展和人們對能源 環(huán)境問題的關(guān)注，為太陽能光伏市場提供了很好 的發(fā)展機遇和空間。在市場和生態(tài)環(huán)境需求的驅(qū) 動下，隨著"屋頂計劃"和“金太陽計劃"項目 的啟動實施，我國太陽能光伏產(chǎn)業(yè)已經(jīng)迎來了一 個大

3、的發(fā)展機遇。發(fā)展太陽能光伏產(chǎn)業(yè)，有利于 促進形成一個龐大的高科技產(chǎn)業(yè)鏈和產(chǎn)業(yè)群，拉 動機械、電子、化工、材料等相關(guān)產(chǎn)業(yè)的共同發(fā) 展1。太陽能的光伏發(fā)電技術(shù)是利用光電轉(zhuǎn)換的原 理讓太陽輻射光能通過半導(dǎo)體的媒介轉(zhuǎn)化成電 能，從而使能源的運用更加靈活。從長遠看，太 陽能的光伏發(fā)電技術(shù)為城市居住建筑提供了更 加廣闊的前景，但是在初期的投資高、轉(zhuǎn)化的效 率低；就目前來看，太陽能的光伏發(fā)電技術(shù)和建 筑物相結(jié)合來研究得最多的是建筑的光伏一體 系統(tǒng)簡稱BIPV系統(tǒng)。BIPV將太陽能的發(fā)電機組完美地集結(jié)在建筑 物的屋頂或者墻面上，其工作的原理和普通的光 伏發(fā)電系統(tǒng)完全一致，唯一的區(qū)別在于太陽能的 組件既可以被當(dāng)

4、作系統(tǒng)的發(fā)電機，又可以當(dāng)作建 筑物的外墻材料。B I PV系統(tǒng)的發(fā)電原理是利 用光伏電池的半導(dǎo)體PN結(jié)特性，電池片可以吸 收陽光將其轉(zhuǎn)成直流電能并輸出，將電池封裝后 成為光伏組件，再將電池組件應(yīng)用到建筑上，使 光伏組件成為光伏建筑的一部分，讓光伏組件再 結(jié)合其它相配套的配電柜、逆變器、變壓器等電 器設(shè)備，便可以輸出人們需求的的交流電2。近年來，隨著中國綠色建筑的小斷發(fā)展， 光 伏建筑一體化系統(tǒng)建筑物小斷的涌現(xiàn)，但更多只 是在地標性工程或示范工程的應(yīng)用比較廣泛， 如 上海世博會主題館、高鐵上海虹橋站主站樓、深 國際園林花卉博覽會等等。與其它能源技術(shù)相比，太陽能光伏發(fā)電是一種 潔凈、可再生的發(fā)電形

5、式，光伏發(fā)電的應(yīng)用將為 子孫后代提供可持續(xù)發(fā)展的空問；此外，太陽能 光伏發(fā)電系統(tǒng)的組件可在任何地方快速安裝， 且 無污染，完全凈（蓄電池除外）。當(dāng)然，太陽能光 伏發(fā)電系統(tǒng)也存在一定局限性，如受地理分布、 季節(jié)變化及晝夜交替的天氣、建筑成本及造價等 因素影響；但光伏發(fā)電并未市場化原因，筆者認 為其主要制約因素還是建筑成本較高而使開發(fā) 商放棄使用。但隨著國內(nèi)光伏產(chǎn)業(yè)規(guī)模逐步擴 大、技術(shù)逐步提升，光伏發(fā)電系統(tǒng)成本也在逐步 卜降;同時中國政府也就并網(wǎng)、電量收購、補貼、 土地政策逐一細化，為分布式光伏項目、電站投 資開發(fā)提供了多重保障，新能源產(chǎn)業(yè)也已上升為 國家戰(zhàn)略產(chǎn)業(yè)，未來五到六年中國光伏發(fā)電有望 規(guī)

6、?；l(fā)展。一、光伏建筑一體化系統(tǒng)建筑設(shè)計要求1、一般規(guī)定光伏建筑一體化系統(tǒng)中光伏組件與建筑的 集成結(jié)合方式，有光電屋頂、光電幕墻、光電采 光頂和光電遮陽板等。系統(tǒng)設(shè)計需結(jié)合建筑、結(jié) 構(gòu)等相關(guān)專業(yè)要求，共同確定系統(tǒng)各組成部分在 建筑中的安裝位置。安裝在建筑物上的光伏組 件，滿足建筑的使用功能及節(jié)能要求、結(jié)構(gòu)安全 及使用要求、以及電氣安全等要求，并配置帶電 警告標識及電氣安全防護設(shè)施，以免出現(xiàn)小必要 的觸電事故。此外，光伏建筑一體化系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計需進行太 陽能輻射、建筑物、電網(wǎng)等方面的評估。在建筑 物上安裝該系統(tǒng)小能降低建筑物本身或者是周 圍相鄰建筑物的日照標準；避免周圍環(huán)境景觀、 綠化種植及建筑自

7、身的構(gòu)件投影遮擋投射到光 伏組件上的陽光；避免光伏組件對建筑本身或者 是周圍建筑物群體的二次輻射造成光污染。2、建筑專業(yè)設(shè)計要求安裝光伏組件的建筑部位在冬至日全天日照 應(yīng)小低于3h;并在安裝光伏組件的部位采取安 全防護措施；滿足其所在部位的建筑防水、排水、 雨水、隔熱及節(jié)能等功能要求。除了以上技術(shù)要素之外，光伏建筑一體化系統(tǒng) 設(shè)計另一至關(guān)重要是滿足建筑的美學(xué)要求，介紹 如下兩點：（1）建筑物的光影效果，普通光伏組件一般 為阻擋視線的布紋超白鋼化玻璃，現(xiàn)代建筑屋頂 或外墻幕墻如安裝光伏組件，對采光會有一定的 需求，此時可以采用光面超白鋼化玻璃， 外加電 池板背面的采用普通光面鋼化玻璃制作雙面玻

8、璃組件（節(jié)約成本），即可滿足建筑物的功能。（2）光伏組件背面的接線盒及其連接線一般 情況下采用明裝，容易破壞建筑物的整體協(xié)調(diào) 感，光伏建筑一體化系統(tǒng)中一般將接線盒省去或 隱藏起來，此時需考慮旁路二極管保護，可將旁 路二極管和所有連接線隱藏在幕墻結(jié)構(gòu)中， 同時 需做好防雨水侵蝕和防曬措施。3、結(jié)構(gòu)專業(yè)設(shè)計要求根據(jù)光伏建筑一體化系統(tǒng)的類型，對光伏組件 的安裝結(jié)構(gòu)、支撐光伏系統(tǒng)的主體結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu) 件及相關(guān)連接件進行相應(yīng)結(jié)構(gòu)設(shè)計。結(jié)構(gòu)設(shè)計應(yīng) 與工藝和建筑專業(yè)相配合，合理確定光伏組成部 分在建筑中的位置。光伏建筑結(jié)構(gòu)荷載取值應(yīng)符 合建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范（GB50009-2010）的規(guī)定。二、光伏建筑一體化系

9、統(tǒng)的設(shè)計原則及步驟 光伏建筑一體化系統(tǒng)的設(shè)計在收集當(dāng)?shù)貧夂?參數(shù)的基礎(chǔ)上，根據(jù)建筑物的使用功能、電網(wǎng)條 件、負荷性質(zhì)和系統(tǒng)運行方式等因素，確定系統(tǒng) 為安裝型、建材型或構(gòu)件型。光伏組件的傾角、 數(shù)量、安裝位置及陰影的設(shè)計要和建筑物設(shè)計同 時進行，因其對光伏建筑一體化的外觀影響校 大，應(yīng)盡量做到相互平衡、協(xié)調(diào)、一體化的設(shè)計。 簡單設(shè)計步驟如下：（1）設(shè)計之前收集當(dāng)?shù)氐奶柲茌椛湟约皽?度變化等氣象數(shù)據(jù)，當(dāng)?shù)貧庀蟛块T太陽能輻射量 一般只有水平面的數(shù)據(jù)，需要根據(jù)理論計算換算 出光伏板表面的實際輻射量。（2）建筑設(shè)計和電力負荷的確定，決定光伏 組件的類型、規(guī)格、數(shù)量、安裝位置、安裝方式 和可安裝面積的場

10、地，同時光伏組件規(guī)格及安裝 面積、安裝位置也決定了光伏系統(tǒng)的最大安裝容(3) 系統(tǒng)的直流匯線箱、逆變器、測量和數(shù) 據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計3。三、國內(nèi)外光伏建筑應(yīng)用現(xiàn)狀1、國外應(yīng)用現(xiàn)狀國外對太陽能光伏建筑一體化系統(tǒng)的研究已 有較長時間。國外的光伏建筑發(fā)展是從示范到推 廣，從屋頂光伏到與建筑集成，并進而將光伏組 件作為一種新型的建筑材料發(fā)展。一些發(fā)達國 家，特別是美國、德國和日本在光伏建筑一體化 方面，已經(jīng)有了相當(dāng)成熟的設(shè)計經(jīng)驗和技術(shù)。這些國家有著明確的鼓勵政策，如電價補償政策，或通過高價采購并網(wǎng)光伏電力，使得民眾安裝光 伏發(fā)電系統(tǒng)成為一種有利可圖的投資。日本是一 個長期穩(wěn)定的市場，德國由于政策的鼓勵而

11、迅速 增長，美國和西班牙等國家都是新興市場，太陽 能光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速。在這些國家的引領(lǐng)下，全球光伏市場有了大幅 度的增長。光伏產(chǎn)業(yè)自上世紀 90年代后期進入 快速發(fā)展時期。最近10年，太陽能電池產(chǎn)量由 1997 年的 125.8 MW增加到 2007 年的 4 000.05 MWp年平均增長率為41.3%;最近5年，年平均增長率達到了 49.5%。光伏產(chǎn)業(yè)成為全世界發(fā) 展最為迅猛的產(chǎn)業(yè)。根據(jù)SolarbuzzLLC年度PV 工業(yè)報告的信息，2007年世界光伏市場比2006 年增長了 62% 統(tǒng)計安裝量為 2 826 MWp 2008 年全球光伏電池的產(chǎn)量為6.4 GWp，同比增長60%安裝太陽

12、能光伏電池 5 600 MWp,同比增 長134%預(yù)計到2030年，光伏發(fā)電將占到整個 世界電力系統(tǒng)的10%U上。根據(jù)歐洲聯(lián)合研究中 心對未來能源的發(fā)展預(yù)測，2050年后太陽能進 入迅速替換期，將迅速取代傳統(tǒng)能源，并在本世 紀末成為主要的能源供應(yīng)方式。2、國內(nèi)應(yīng)用現(xiàn)狀中國的太陽能光伏建筑起步較晚，比西方一些 發(fā)達國家落后很多。但是政府一直都在鼓勵應(yīng)用 諸如太陽能等的可再生能源。2005年2月28日 第十屆全國人民代表大會常務(wù)委員會第十四次 會議通過的中華人民共和國可再生能源法自 2006年1月1日起正式施行，可見我國對可再 生能源利用的越來越重視。在這種大環(huán)境下中國 的太陽能光伏技術(shù)有了初步的

13、發(fā)展【4】。四、太陽能電池技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀在產(chǎn)品技術(shù)發(fā)展上，目前全球各種太陽電池發(fā)展情形，應(yīng)用最普遍的為單晶硅、多晶硅、非晶硅等三種太陽能電池，2 0 0 4年其市場占有 率分別為單晶硅28. 6 % 多晶硅56. 0%、非 晶硅3.4%,其中由于多晶硅太陽電池芯片制作 成本較低的優(yōu)勢，所以成長速度最快。依2 0 04年統(tǒng)計結(jié)果，結(jié)晶硅太陽電池的占有率高達 84% I I I - V族由于成本高，大多使用于集光型系統(tǒng)(包含聚光鏡、散熱板、追日裝置等)上，占有率僅約0.1%。而薄膜太陽電池雖有低 成本潛力，但開發(fā)至今仍無法有效克服效率與穩(wěn) 定性的問題。前幾年仍有人認為薄膜太陽電池會 大量生產(chǎn)打人市

14、場，但至今仍未見商品的市場量，主因為非晶硅效率太低、CdS/CdTe穩(wěn)定性 比預(yù)期差。環(huán)保問題及CIGS(Copper IndiumGallium DiseniIlide) 制程量產(chǎn)不易控制等，因 此太陽電池市場未來十年將仍以結(jié)晶硅太陽電 池為主， 而薄膜太陽電池則待技術(shù)開發(fā)更趨成 熟，于未來具更低成本之潛力。2010年結(jié)晶硅 太陽電池仍有80-90%市場占有率，至2020年 結(jié)晶硅太陽電池仍有50%以上的占有率。結(jié)晶硅太陽電池所以能有如此大的比重，主要 是因為其所具備的幾個特點：(1) 光電轉(zhuǎn)換效率高：單晶硅太陽電池在實 驗室階段能有24%勺光電轉(zhuǎn)換效率，量產(chǎn)上亦可 以達到約1518%勺芯片

15、光電轉(zhuǎn)換效率。而多晶 硅在實驗室的效率可達 19.8%，在量產(chǎn)上可達 1316%(2) 基本技術(shù)成熟：不論長晶、晶圓制作技 術(shù)、或者是Pn接合形成等，由于大部份技術(shù)和 半導(dǎo)體技術(shù)共通，皆有長久的發(fā)展歷史。(3) 高信賴性：發(fā)電特性安定，從利用于人 造衛(wèi)星，燈塔等的經(jīng)驗，已知具有三十年以上的 使用壽命。目前結(jié)晶硅太陽電池的基本制程主要分為： 表 面結(jié)構(gòu)化制程，p - n接面形成，抗反射層沉積， 電極形成等四個階段，而國內(nèi)外制程技術(shù)之發(fā) 展，皆是對于如何提高效率所做之改進，當(dāng)然在實用上必須要考慮到成本之降低。關(guān)于如何何提 高芯片太陽電池的效率，技術(shù)發(fā)展上又約可分為 下面幾個方向：(1)入射光的有效

16、利用：改善抗 反射層特性增加光吸收效率或改善表面結(jié)構(gòu)化 制程增加光吸收效率等。(2)載子收集效率之改 善：BSF(Back Surface Field) 結(jié)構(gòu)、淺接合制 程(Shallow Junction )。(3)載子再結(jié)合損失 之減?。罕砻姹Ｗo(Surface Passivation )制 程、體保護(Bulk Passivation )制程之改善。(4) 串聯(lián)電阻之減小：選擇性擴散技術(shù)、透明 導(dǎo)電膜之使用等。而在現(xiàn)有發(fā)展技術(shù)中，有些是現(xiàn)有制程之改 良，有些則采用新結(jié)構(gòu)來改善效率。就現(xiàn)有制程 加以改良者，有 BS F結(jié)構(gòu)、淺接合太陽電池 制程/選擇性擴散技術(shù)(Selective Emit

17、ter)、背 面點接觸技術(shù)(Back Point Con tact )、多晶硅 之酸式結(jié)構(gòu)化制程及干式蝕刻結(jié)構(gòu)化制程等。(1 ) HIT(Heteroju nctio withIn tri nicThin Layer)、結(jié)構(gòu)，其為層積單結(jié)晶與非晶硅薄 膜太陽電池結(jié)構(gòu)之新型太陽電池，目前已有日本 三洋電機開始此種太陽電池之量產(chǎn)。(2)L aser grooved Buried Contact結(jié)構(gòu)，其使用雷射在芯片正面做出溝槽，并在其中電鍍金屬 (N i，Cu等)以減小電極所造成的遮蔽效果， 并同時減小串聯(lián)及接觸電阻，其根據(jù)溝槽位于正面或背面，又可分為：SSBC(Single-Sided Buri

18、ed Con tact)Solar Cell 等，其效率可達 19.2%。( 3)PERL(Passivated Emitter and Rear Locally Diffused 結(jié)構(gòu)，為澳洲新南韋爾斯大學(xué)(UNSW)所提出來之新結(jié)構(gòu)其效率可達 24.7% , (4) OECC結(jié)構(gòu)(Obliquely Evaporated Con tact)為德國 ISFH 研究所(In stitute for Solare nergieforsch ung Hamel n/Emmerthar)所開發(fā)之結(jié)構(gòu)，其效率在4吋芯片可達20%以上所介紹之各種太陽電池的技術(shù)，有的已經(jīng)開始 為量產(chǎn)所運用，有的仍然在實驗

19、室階段。五、太陽光電模板技術(shù)的發(fā)展趨勢(1)屋頂型、帷幕墻、遮陽棚等建筑整合型 太陽 電 池模板(Building Integrated Photovoltaic ，BIPV)建筑整合型太陽電池模板 是未來發(fā)展之趨勢，與建筑師結(jié)合設(shè)計具有特色 之建筑物，在建筑物設(shè)計階段即導(dǎo)入，搭配建筑 物之顏色、造型、結(jié)構(gòu)強度要求，進行 BI PV 之設(shè)計，如此建筑物可達到美觀、安全、結(jié)構(gòu)強度等要求。(2)連續(xù)式封裝及自動化焊接技術(shù)導(dǎo)人：太 陽電池模板價格逐年降低，生產(chǎn)成本中，雖然太 陽電池成本占7 0 %以上，其它成本包括 封裝與材料成本，亦要相對降低才具競爭力。在國內(nèi)高工資環(huán)境下，唯有導(dǎo)人連續(xù)式封裝及自

20、動焊接技術(shù)，才可達到降低成本之目標。(3) 薄型太陽電池模板封裝：結(jié)晶硅薄型太 陽電池是未來5-10年太陽電池模板降低生產(chǎn)成 本方法之一，相對薄型太陽電池封裝亦是會衍生 許多問題，如封裝設(shè)備設(shè)計，封裝制程之研發(fā)、 防 止芯片破裂等。薄型太陽電池模板戶外場地 試驗。亦是未來必須經(jīng)過實地驗證，才可放心上 市。另外太陽光電系統(tǒng)的設(shè)置，目前國內(nèi)外技術(shù)發(fā) 展趨勢，也由小型住宅系統(tǒng)逐漸發(fā)展較大型的發(fā) 電系統(tǒng)，以及結(jié)合B I PV太陽光電模板的發(fā)展， 未來將愈來愈多建筑整合型 (BIPV)太陽光電系 統(tǒng)于全球設(shè)置。六、太陽能光電技術(shù)在建筑上應(yīng)用的設(shè)計 以下我將通過介紹在南京地區(qū)應(yīng)用太陽能光 電技術(shù)，從系統(tǒng)原

21、理、主要設(shè)備技術(shù)要求、設(shè)備 安裝位置等方面進一步闡述光伏建筑一體化系 統(tǒng)在建筑電氣設(shè)計中的思路及技術(shù)要求。1、系統(tǒng)組成并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)由太陽電池組件及其支 架、方陣防雷接線箱、直流配電柜、光伏并網(wǎng)逆 變器、配電保護系統(tǒng)和系統(tǒng)的通訊監(jiān)控裝置組2、太陽電池陣列設(shè)計(1) 太陽電池陣列安裝傾角的確定根據(jù)現(xiàn)場勘測，安裝現(xiàn)場位于北緯 33.53 ° , 鋪設(shè)太陽電池陣列的最佳傾角不應(yīng)超過該緯度。 根據(jù)當(dāng)?shù)氐年柟庹丈錀l件，每年 59月是太陽 光照射強度最大時間段，日照輻射總量約占全年 輻射總量的75%，該時間段的太陽光垂直入射 所對應(yīng)的平均安裝傾角約為30°。由于采取并網(wǎng) 光伏發(fā)電系統(tǒng)

22、，電網(wǎng)作為儲能裝置，不必像蓄電 池那樣受到容量的限制，故太陽電池陣列的安裝 傾角為全年能接收到最大太陽輻射量所對應(yīng)的 角度。綜合考慮各因素，安裝方式采取光伏組件 表面與地面水平方向呈 30°的最佳傾角朝陽安 裝，光伏組件表面的水平方位角為 SO w,即為 正南方向。(2) 太陽電池組件選型目前工程上應(yīng)用的太陽電池組件主要為晶體 硅電池組件，其中單晶硅太陽電池轉(zhuǎn)換效率最 高，多晶硅次之，但實際應(yīng)用中兩者差別較小。 由于多晶硅成本較低，比單晶硅應(yīng)用更多，因此 項目采用型號 JD 280M 功率為270290W的 多晶硅太陽電池組件，電池片單體光電轉(zhuǎn)換效率約為16%17%。主要參數(shù)見下表。

23、太陽電池組件技術(shù)參數(shù)組件型號JD 一 280M電池片尺寸/ mm1000x 760組件尺寸(L x W x H) / mm1640 x 992 x 50重量/Kg22Pm/W230Vmp/V30Imp/A7.67Voc/V36.8Isc/A8.34(2)光伏組件串、并聯(lián)方式設(shè)計光伏陣列通過組件串、并聯(lián)得到，組件的串 并聯(lián)必須滿足并網(wǎng)逆變器輸入電壓和輸入功率 的要求。系統(tǒng)采用500kW光伏并網(wǎng)逆變器，直流 工作電壓范圍為 400880Vdc。光伏組件為 230W的多晶硅組件，其比為 36. 8V。太陽電池 組件串聯(lián)的組件數(shù)量 N=880/36. 824塊，考 慮溫度變化系數(shù)，取20塊太陽電池組件

24、串聯(lián)形 成一條支路單元，每條支路單元的串聯(lián)功率為 4. 6kWp系統(tǒng)共計8700塊太陽電池組件，實際 功率達到2001kWp3、并網(wǎng)逆變器的選擇并網(wǎng)逆變器是并網(wǎng)光伏系統(tǒng)的重要設(shè)備，其功能是將太陽能發(fā)電系統(tǒng)所發(fā)出的直流電轉(zhuǎn)換 成交流電。系統(tǒng)選用許繼柔性輸電系統(tǒng)公司自主 開發(fā)的GBL200-500/380-ST光伏并網(wǎng)逆變器， 每臺逆變器的額定功率為500kW均含有隔離并 網(wǎng)變壓器，實現(xiàn)電氣隔離。逆變器的核心控制采 用基于SVPWI的無沖擊同步并網(wǎng)技術(shù)，保證系統(tǒng) 輸出與電網(wǎng)同頻、同相和同幅值。4、光伏方陣直流防雷匯流箱設(shè)計匯流箱是光伏發(fā)電系統(tǒng)中的重要組成部分， 其主要作用是按照一定的串、并聯(lián)方式將

25、光伏陣 列連接到一起，以便對光伏陣列實施監(jiān)控?？紤] 到并網(wǎng)系統(tǒng)在安裝和使用過程中的安全及可靠 性，為減少光伏陣列到逆變器之間的連接線及方 便日后維護，需在光伏組件與逆變器之間增加光 伏陣列直流匯流箱。系統(tǒng)采用2種匯流箱 KBT PVG一 9（9 進 1 出）和 KB1 PVG一 12（12 進1出），整個并網(wǎng)系統(tǒng)需配置38臺直流防震匯 流箱。每臺匯流籍均配備光伏專用高壓防雷器， 具備防雷功能。5、直流配電柜設(shè)計每臺直流配電柜按照500kWp的直流配電單 元進行設(shè)計，2MWp光伏并網(wǎng)單元需要4臺直流 配電柜。每個直流配電單元可接入 10路光伏方 陣防雷匯流箱。每臺直流配電柜分別接入 1臺 500

26、kW逆變器。6發(fā)電計量系統(tǒng)配置及選用光伏 發(fā)電設(shè)備的計量點通常設(shè)在光伏并網(wǎng)逆變器的 并網(wǎng)側(cè)，選用的電度表為多功能數(shù)字式電度表， 具有優(yōu)越的測量技術(shù)及很高的抗干擾能力和可 靠性。同時，還提供更靈活的功能：顯示電表數(shù) 據(jù)、顯示費率、顯示損耗、狀態(tài)信息、報警等。 顯示的內(nèi)容、功能和參數(shù)可通過光電通訊口用維 護軟件來修改，通過光電通訊口還可處理報警信 號，讀取電度表數(shù)據(jù)。6、數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計系統(tǒng)配有完善的通訊監(jiān)控系統(tǒng)，全面檢測環(huán) 境和系統(tǒng)的狀態(tài)，將光照強度、環(huán)境溫度、太陽 能板溫度、風(fēng)速等環(huán)境變量和系統(tǒng)的電壓、電流、 相位、功率因數(shù)、頻率、發(fā)電量等系統(tǒng)變量通過 RS485傳輸至控制中心，實現(xiàn)遠程

27、監(jiān)控。光伏發(fā) 電監(jiān)控系統(tǒng)由監(jiān)控設(shè)備（in光伏并網(wǎng)逆變器、光 照強度傳感器、溫度傳感器、電池檢測器等）、本地觸摸屏、遠程監(jiān)控中心等組成。利用模擬量 采集模塊進行數(shù)據(jù)采集，接入逆變器，通過本地 觸摸屏來進行操作和數(shù)據(jù)監(jiān)視，同時光伏并網(wǎng)逆 變器數(shù)據(jù)由觸摸屏的 RJ45端口采用Modbus/ Tcp協(xié)議傳到遠程監(jiān)控系統(tǒng)。監(jiān)控中心將與各設(shè)備通訊的數(shù)據(jù)存入自己的實時數(shù)據(jù)庫，根據(jù)通訊 速率，動態(tài)更新數(shù)據(jù)8溫度傳感器本系統(tǒng)采用鉑電阻作為溫度探頭，配有溫度 變送器，實現(xiàn)總線器件數(shù)字溫度計，具有線路簡 單，體積小的特點。用它來組成一個測溫系統(tǒng)， 使用一根通信線，可以掛很多類似的數(shù)字溫度 計，十分方便。現(xiàn)場溫度直接

28、以"一線總線”的數(shù)字方式傳輸，大大提高了系統(tǒng)的抗干擾性。 適合于惡劣環(huán)境的現(xiàn)場溫度測量，該類傳感器測 量溫度范圍為-40 ° C+150° C，在-10+85° 范圍內(nèi)，精度為土 0.1 ° C。 環(huán)境溫度為 -40 °C+70°C,精度為土 0.1 °C。項目采用百 葉窗式環(huán)境溫度傳感器，采用片式組件背板溫度 傳感器。9、太陽能輻射儀該表用來測量光譜范圍為0.3-3 ym，太陽 總輻射測量范圍02000W/m2也可用來測量入 射到斜面上的太陽輻射，配有變送器，實現(xiàn)總線 用、氣象等部門做太陽輻射能量的測量10、風(fēng)速

29、風(fēng)向傳感器本項目采用高靈敏風(fēng)速風(fēng)向傳感器。量風(fēng)速 量程：045m/s ;分辨率：0.1m/s ;準確度：土 (0.3+0.03V)m/s ， 起動風(fēng)速：w 0.5m/s。風(fēng)向 量程：0360 °分辨率：1°準確度：土 3°, 起動風(fēng)速：w 0.5m/s。11、系統(tǒng)能效分析按照光伏組件設(shè)計壽命為25年，系統(tǒng)平均 每年衰減0. 8%計，25年衰減不超過20%?？?慮光伏陣列在能量轉(zhuǎn)換與傳輸過程中的損失，系 統(tǒng)總效率按81. 6 %計，可預(yù)測25年運營周期 總發(fā)電量。首年發(fā)電量約為 249. 2萬kWh 25 年累計發(fā)電量約為5600. 6萬kWh年均發(fā)電量 約為224

30、萬kWh12、節(jié)能計算一般發(fā)出lKWh電要消耗約0.36kg標準煤， 同時產(chǎn)生0. 272 kg碳粉塵、0. 997kg二氧化 碳、0. 03kg二氧化硫和0. 015kg氮氧化合物。 系統(tǒng)年均發(fā)電量約為 2240258kWh預(yù)計每年可 節(jié)省標準煤806.5t，可減少排放609.4t碳粉塵、 233.5t二氧化碳、67.2t二氧化硫和33.6t氮氧 化合物6。七、太陽能光電技術(shù)在建筑上應(yīng)用的設(shè)計計算過程年產(chǎn)電能Ps=nX hx ax K式中Ps 一年產(chǎn)電能（MJ）h一所在地區(qū)每m太陽能與年總輻射能（MJ/ m2）A一光電幕墻或屋面面積n光伏電池效率K 一修正參數(shù)；K=KXK3X冷x K5X K

31、6,其中K 一光伏電池長期運行參數(shù)，取 0.8& 一灰塵引起的透明度參數(shù)，取0.9& 一光伏電池升溫導(dǎo)致性能下降的 參數(shù)，取0.9& 一導(dǎo)電損耗修正參數(shù)，取 0.95& 一逆變器效率參數(shù)，取0.85& 一光伏電池列陣朝向和傾角修正 系數(shù)，本地區(qū)取0.93南京地區(qū)：H=5016MJ/ m2 =5016X 106 J/ m2多晶硅n =0.16K=0.8 X 0.9 X 0.9 X 0.95 X 0.85 X0.93=0.487A=424.96 X 1012 /(0.16 X 5016 X 106 x 0.487)=1.09 X 106吊采用1000mnX

32、760mm光伏電池板，塊數(shù)=1.09 X 106/(1.0 X0.76)=1.435 X 106實際面積：1.0 X 0.76 X 1.435 X 106 =1.0906 X 106 m> 1.09 X 106 m可以滿足用電需求。八、太陽能光電技術(shù)在其他建筑上的應(yīng)用1、某駐華使館太陽能弧形光伏彎頂工程某駐華使館主體結(jié)構(gòu)為鋼屋架彎頂，給施工和 安裝都造成了相當(dāng)大的難度。經(jīng)過該建筑各參與 方的相互協(xié)作配合，經(jīng)過反復(fù)試驗、方案討論和 現(xiàn)場安裝小模型等一系列準備工作，最終確定了 實施方案。該項目太陽能電池設(shè)計容量為 3.3 kW共由 37塊1 148 mmx 1 148 mm的正方形透光雙玻璃

33、 組件組成。在北京光照環(huán)境下，理論日均發(fā)電量 約lOkWh電，年均約3600kWh離網(wǎng)獨立發(fā)電， 與市電220 V互補切換為室內(nèi)部分照明供電。這 種把電池片附著在幕墻表層的做法既增強了太 陽能電池對太陽光的吸收量，也使幕墻接收太陽 光照后的升溫程度得到降低，對表層建筑結(jié)構(gòu)的 壽命延長也是有好處的。通過把雙玻電池組件附著在幕墻表層的做 法既增強了太陽能電池對太陽光的吸收量，也使 玻璃幕墻接收太陽光照后的升溫程度得到降低， 對表層建筑結(jié)構(gòu)的壽命也有延長效應(yīng)。由于實際鋼結(jié)構(gòu)的尺寸較原設(shè)計發(fā)生了較大變 化，部分玻璃幅而超過 2m已超過現(xiàn)階段常規(guī) 電池組件層壓機的極限尺寸 2.2 mX2.2 m（人工）

34、 或者3.6 mx2.8m（全自動），組件加工造成氣泡 和電池片碎裂的風(fēng)險增大，且每一塊六邊形玻璃 均不一樣，玻璃生產(chǎn)成本和難度嚴重增加。根據(jù)該項目的特點并結(jié)合實際情況，從生產(chǎn)、 安裝上對原設(shè)計進行調(diào)整，另外，通過厚度為 3.2 mm+ 3.2m m的雙層玻璃夾膠太陽能電池組件 與幕墻玻璃形成二次中空，增強其穩(wěn)固性。而導(dǎo) 線為隱蔽的安裝方式：通過幕墻銜接之間的膠縫 沿著鋼結(jié)構(gòu)走到4層屋頂?shù)目刂葡淅?。該建筑物總?層，由于外方設(shè)計師堅持要 求把電池片相互之間的間隙設(shè)計為 5cm這就大 大增強了作為玻璃幕墻彎頂所需的透光效果（圖 6),并形成部分光線的漫反射，大大增強了建筑 物內(nèi)部的光影效果和立而

35、裝飾效果，但同時也增 加了生產(chǎn)和安裝的難度，造成了生產(chǎn)成品率低 下、吊裝作業(yè)要在風(fēng)力小于4級的天氣中進行等 一系列困難。各參建方頂住壓力，克服重重困難， 最終圓滿地完成了該任務(wù)。該系統(tǒng)于 2010年并 入發(fā)電系統(tǒng)運行，達到設(shè)計要求，即：按北京平 均日光照8h計算，日均發(fā)電量約lOkWh電，年 均約3600kWh雖然該系統(tǒng)僅為室內(nèi)部分照明提 供用電，但其所產(chǎn)生的節(jié)能效應(yīng)和實際應(yīng)用價值 是不可估量的。2、國家體育館示范建筑工程實踐作為奧運會主場館之一的國家體育館，其扇型 屋面和大面積的玻璃幕墻在讓人賞心悅目的同 時，還隱藏著一座年發(fā)電量 97000kWh的光伏發(fā) 電站。這座與國家體育館集成設(shè)計、同

36、步建設(shè)的 并網(wǎng)光伏電站，就是剛在我國開始起步的建筑光 伏集成發(fā)電技術(shù)真正應(yīng)用于建筑集成設(shè)計施工 的標志和范例。國家體育館幕墻設(shè)計獨具匠心，采用鋼結(jié)構(gòu)、 鋁型材、玻璃和拉索結(jié)合使用，層次分明變化有 序,整個幕墻在簡潔明快的格調(diào)中透露出熱情奔放的氣息。直面玻璃采用鋼化中空Low- E玻璃, 最大限度地提高了節(jié)能、環(huán)保性能。雙玻太陽電 池方陣由24塊雙玻太陽電池組成，安裝在南坡 面玻璃幕墻和屋面，與建筑結(jié)合、建筑一體化設(shè) 計賦予了國家體育館的屋頂和南坡面玻璃幕墻 “環(huán)保、節(jié)能”的科技概念，使其成為“會發(fā)電 的屋頂”或“會發(fā)電的玻璃幕墻”。國家體育館 金屬屋蓋體系集吸音、隔音、保溫、降噪、防水 等多功

37、能為一體，此金屬屋蓋體系乃是國內(nèi)屋蓋 體系中的首例。鋁合金垂片和硅酸鈣掛板是體育 館公共部分的主要裝修做法，尤其是硅酸鈣掛板 在公共建筑中作為裝飾面層出現(xiàn)尚屬首次，屬于 設(shè)計的大膽創(chuàng)新。100kW并網(wǎng)光伏發(fā)電站輸出的 電能用于國家體育館地下車庫照明負載供電，它展示了我國光伏發(fā)電技術(shù)水平、也體現(xiàn)了我國政 府對再生能源的重視。3、北京最大的太陽能項目一首都博物館首博新館作為北京的標志性建筑物，是市政府 奧運工程配套項目中的重點工程。為了更好地將 建筑與藝術(shù)、建筑與高新技術(shù)相結(jié)合，配合北京 2008年奧運會，突出“綠色北京、綠色奧運”理念，努力創(chuàng)造綠色、環(huán)保、節(jié)能城市整體形象, 在市領(lǐng)導(dǎo)和有關(guān)部門的

38、支持下，根據(jù)大平頂、大 挑檐結(jié)構(gòu)的建筑屋頂設(shè)計，在首博新館屋頂?shù)钠?面部分安裝了 5000m2的太陽能光伏發(fā)電裝置，峰 值發(fā)電量達到了 300kW使中國太陽能光伏發(fā)電 工程中單體建筑發(fā)電量達到了國際先進水平。 首 博新館也成為集節(jié)能、環(huán)保與高科技為一體的、 充滿現(xiàn)代氣息的博物館，具體形象地表現(xiàn)了太陽 能資源的利用，以求“可持續(xù)發(fā)展”的教育示范 作用。4、上海世博會主題館光伏建筑一體化應(yīng)用上海世博會光伏建筑一體化應(yīng)用總?cè)萘考s4.6MW分別集中在中國館、世博中心、主題館及 南市電廠建筑上?？紤]到主題館的形態(tài)及構(gòu)造， 再結(jié)合太陽能應(yīng)用的設(shè)計原則，太陽能光伏發(fā)電 系統(tǒng)主要應(yīng)用于主題館屋頂上。屋面作為主

39、題館 的第五立面，面積達6. 4萬m。屋面形態(tài)采用 菱形與三角形結(jié)合的立體構(gòu)圖。在屋頂采用與屋 頂一體化組件，替代部分屋頂材料構(gòu)成有規(guī)律性 的圖案，使主題館的屋頂具有特殊的藝術(shù)效果及 鮮明的科技特色。與屋面一體化太陽電池組件， 在屋頂平鋪，菱形部分滿鋪，中間采用透光式組 件。系統(tǒng)總裝機容量約2. 8MW,系統(tǒng)建成后將成 為國內(nèi)單體建筑上最大的光伏建筑一體化系統(tǒng)， 系統(tǒng)采用升壓后并網(wǎng)發(fā)電。5、上海虹橋鐵路客運站光伏發(fā)電項目京滬高鐵上海虹橋鐵路客運站光伏發(fā)電項目 （見圖8）總安裝面積6. 1萬m2總裝機容量達 到6. 572MW 在25年的設(shè)計壽命內(nèi)，年平均上 網(wǎng)電量638萬kWh總發(fā)電量將達到1

40、. 6億kWh。 項目將在上海世博會召開之前投入運行。作為我 國建筑光伏一體化項目的代表作，虹橋光伏發(fā)電 項目不占地，不消耗燃料，沒有任何噪聲和排放， 是最清潔的發(fā)電方式。它每年可節(jié)約標煤2274t， 減排二氧化碳5837t，二氧化硫45 t，氮氧化合 物20t，煙塵364t o上海是我國最大的經(jīng)濟和金融中心， 虹橋交通 樞紐是上海對外形象的一個重要的現(xiàn)代化門戶， 在虹橋交通樞紐建設(shè)大型太陽能光伏發(fā)電項目， 向世界展示了中國在可再生能源領(lǐng)域的先進技 術(shù)和積極開發(fā)、利用新能源，保護環(huán)境，減少溫 室氣體排放的信心和決心。同時，虹橋光伏發(fā)電 項目也是鐵道部為建設(shè)綠色樞紐場站， 進一步提 升鐵路客運站

41、的社會形象，充分體現(xiàn)節(jié)能環(huán)保先 進理念而立項建設(shè)的第一個鐵路場站光伏發(fā)電 項目，它將在我國新時期的鐵路建設(shè)中具有很好 的示范引領(lǐng)作用。虹橋光伏發(fā)電項目符合我國新能源尤其是太 陽能發(fā)展規(guī)劃和產(chǎn)業(yè)振興政策，它對于提升上海 市的城市形象，推進上海市太陽能利用和光伏發(fā) 電產(chǎn)業(yè)發(fā)展具有重大意義，將產(chǎn)生良好的社會效 益和經(jīng)濟效益。九、我國太陽能光伏發(fā)電行業(yè)發(fā)展中存在的 問題我國的太陽能光伏技術(shù)產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀不甚樂觀， 光伏產(chǎn)品原料都是依賴國際進口，產(chǎn)品則依賴出 口,我國所加工的太陽能光伏產(chǎn)品百分之九十都 是要出口至國外市場的。我國國內(nèi)的光伏產(chǎn)品主 要是應(yīng)用到農(nóng)村的電氣化與獨立型太陽能的光 伏發(fā)電，太陽能光伏發(fā)電

42、的產(chǎn)業(yè)還存在著很多問 題，主要有以下幾點：1、太陽能光伏產(chǎn)業(yè)是綜合型的學(xué)科，包含 了電力、建筑、光學(xué)、物理學(xué)以及化學(xué)等多種學(xué) 科，需要多學(xué)科的綜合型人才，但是，我國卻缺 乏高水平的科研與工程人才。2、要提高轉(zhuǎn)化光伏的效率關(guān)鍵學(xué)科是材料 學(xué)，研發(fā)新材料對于太陽能光伏發(fā)電技術(shù)的發(fā)展有著至關(guān)重要的作用3、光伏物理學(xué)以及光伏化學(xué)的理論基礎(chǔ)發(fā) 展得較慢，在理論方面還沒有突破性的發(fā)展。4、光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)和建筑物的結(jié)合性差，不 能夠滿足當(dāng)今城市的發(fā)展需求。5、太陽能工程的管理不夠規(guī)范，缺乏國家 的指導(dǎo)與行業(yè)的監(jiān)督。6、光伏發(fā)電的成本偏高，超出了人們能接 受的范圍8。十、光伏產(chǎn)品推廣應(yīng)用的對策1、制定切實可行的

43、中長期發(fā)展規(guī)劃。政府 有關(guān)部門要組織專家深入研究世界和中國能源 形勢、太陽能光伏發(fā)電的發(fā)展趨勢，研究發(fā)達國 家光伏發(fā)電發(fā)展規(guī)劃及其制定依據(jù)，科學(xué)地制定 適合中國能源可持續(xù)發(fā)展和環(huán)境友好需要的國 家光伏發(fā)電發(fā)展戰(zhàn)略和長遠規(guī)劃，從技術(shù)上和政 策上為國家發(fā)展太陽能光伏技術(shù)和產(chǎn)業(yè)提供科 學(xué)的咨詢。2、建立國家級科研基地。要整合現(xiàn)有的太 陽能光伏技術(shù)的研發(fā)力量，組建國家級太陽能光 伏系統(tǒng)技術(shù)工程研究中心或重點實驗室。圍繞實 現(xiàn)太陽能光伏發(fā)展的戰(zhàn)略目標，組織研究太陽能 光伏發(fā)展的技術(shù)路線和戰(zhàn)略措施；設(shè)立專項基 金，加大對太陽能光伏技術(shù)的科學(xué)研究、成果轉(zhuǎn) 化和產(chǎn)業(yè)化的投資支持力度；組織研究重大、重 要和關(guān)鍵技術(shù)；探索產(chǎn)、學(xué)、研、政府、資本密 切合作的新的科研體制；建立中國自己的光伏技 術(shù)和產(chǎn)品的認證機構(gòu)和認證體系，促進太陽能光 伏產(chǎn)業(yè)和市場的健康發(fā)展。3、完善政策及配套措施，培育和引導(dǎo)市場。 社會期盼傳聞已久的新能源振興與發(fā)展規(guī)劃 應(yīng)盡快出臺、實施，國家和地方政府采取積極的 鼓勵扶持政策，大力發(fā)展太陽能光伏高新技術(shù)新 興產(chǎn)業(yè)，盡快形成若干太陽能光伏系統(tǒng)高新技術(shù) 產(chǎn)業(yè)鏈，占領(lǐng)制高點；通過政策引導(dǎo)，鼓勵太陽 能光伏系統(tǒng)高新技術(shù)產(chǎn)品的推廣應(yīng)用。 參照高新 技術(shù)企業(yè)所得稅先征后補政策、小水電增值稅減 免政策及風(fēng)力發(fā)電、垃圾發(fā)電等產(chǎn)品稅收優(yōu)惠政 策，對太陽能光伏企業(yè)給予大力支持。盡