光伏发电系统集成第6章BIPV屋顶建筑

1、click to edit master title style 1华北电力大学 能源工程及自动化教研室 光伏发电系统集成 华北电力大学 可再生能源学院 能源工程及自动化教研室 华北电力大学 太阳能中心 授课教师：朱红路 光伏发电系统集成 光伏与建筑相结合bipv click to edit master title style 2华北电力大学 能源工程及自动化教研室 光伏发电系统集成 建筑能耗是我国能源消耗的主力军建筑能耗是我国能源消耗的主力军 近年来，建筑与房地产业是我国经济增长的火车头之近年来，建筑与房地产业是我国经济增长的火车头之 一，但与此同时，建筑能耗也是我国能源消耗的主力军。国一

2、，但与此同时，建筑能耗也是我国能源消耗的主力军。国 家建设部统计报告显示：家建设部统计报告显示： （在新西兰，住宅能耗占国家总能耗的（在新西兰，住宅能耗占国家总能耗的13%13%，而商业建筑，而商业建筑 则为则为9%9%； 在澳大利亚，住宅和商业建筑能耗分别占国家总能耗的在澳大利亚，住宅和商业建筑能耗分别占国家总能耗的 12%12%和和8%8%） 节能中长期专项规划节能中长期专项规划着重指出：着重指出： click to edit master title style 3华北电力大学 能源工程及自动化教研室 光伏发电系统集成 太阳能光伏建筑一体化（太阳能光伏建筑一体化（bipvbipv）是解决

3、建筑高能耗的）是解决建筑高能耗的 有效途径之一有效途径之一 根据国家发改委、国家统计局的统计，我国现有房屋建根据国家发改委、国家统计局的统计，我国现有房屋建 筑总面积筑总面积400400亿平方米，其中城市可利用屋顶面积亿平方米，其中城市可利用屋顶面积8 8亿平方米，亿平方米， 农村可利用屋顶面积农村可利用屋顶面积3232亿平方米，合计可利用屋顶面积亿平方米，合计可利用屋顶面积4040亿平亿平 方米。方米。 利用我国城乡房屋面积的利用我国城乡房屋面积的20%20%来进行太阳能发电，则能产来进行太阳能发电，则能产 生生80gwp80gwp的发电能力，占全国总装机容量的的发电能力，占全国总装机容量的

4、1/41/4，按全年满功率，按全年满功率 发电发电15001500小时计算，年发电量可达小时计算，年发电量可达120twh120twh，约占全国总发电量，约占全国总发电量 的的7.3%7.3%。 click to edit master title style 4华北电力大学 能源工程及自动化教研室 光伏发电系统集成 光伏屋顶与光伏屋顶与bipvbipv 简单说来，光伏屋顶就是利用安装在建筑物顶部的光伏组件（太阳能电池）简单说来，光伏屋顶就是利用安装在建筑物顶部的光伏组件（太阳能电池） 将光能转换为电能，供用电器使用。将光能转换为电能，供用电器使用。 光伏与建筑的结合有如下两种方式，都可以通过

5、逆变器、控制装置等成发电光伏与建筑的结合有如下两种方式，都可以通过逆变器、控制装置等成发电 系统。系统。 （1 1） 一种是建筑与光伏系统相结合，把封装好的的光伏组件（平板或曲面一种是建筑与光伏系统相结合，把封装好的的光伏组件（平板或曲面 板）安装在居民住宅或建筑物的屋顶上，组成光伏发电系统。（见下图左）板）安装在居民住宅或建筑物的屋顶上，组成光伏发电系统。（见下图左） （2 2） 另外一种是建筑与光伏器件相结合，是将光伏器件与建筑材料集成化另外一种是建筑与光伏器件相结合，是将光伏器件与建筑材料集成化 ，即光伏建筑一体化（，即光伏建筑一体化（bipvbipv），如将太阳能光伏电池制作成光伏玻璃

6、幕墙、），如将太阳能光伏电池制作成光伏玻璃幕墙、 太阳能电池瓦、太阳能防水卷材等，集实用与装饰美化为一体，达到节能环太阳能电池瓦、太阳能防水卷材等，集实用与装饰美化为一体，达到节能环 保效果，是今后的发展光伏建筑一体化的趋势。（见下图右光伏玻璃屋顶）保效果，是今后的发展光伏建筑一体化的趋势。（见下图右光伏玻璃屋顶） click to edit master title style 5华北电力大学 能源工程及自动化教研室 光伏发电系统集成 光伏屋顶工程 德国柏林中央车站 bipv天窗中国山西纳克 bipv玻璃幕墙 click to edit master title style 6华北电力大学

7、能源工程及自动化教研室 光伏发电系统集成 应用图片应用图片 click to edit master title style 7华北电力大学 能源工程及自动化教研室 光伏发电系统集成 应用图片应用图片 曲面屋顶 太阳能车库顶板 click to edit master title style 8华北电力大学 能源工程及自动化教研室 光伏发电系统集成 光伏与建筑结合的安装方式光伏与建筑结合的安装方式 采用普通太阳电池组件，安装在倾斜屋顶原来的建筑材料上采用普通太阳电池组件，安装在倾斜屋顶原来的建筑材料上 采用特殊太阳电池组件，作为建筑材料安装在倾斜屋顶上采用特殊太阳电池组件，作为建筑材料安装在倾

8、斜屋顶上 采用普通太阳电池组件，安装在平屋顶原来的建筑材料上采用普通太阳电池组件，安装在平屋顶原来的建筑材料上 采用特殊太阳电池组件，作为建筑材料安装在平屋顶上采用特殊太阳电池组件，作为建筑材料安装在平屋顶上 采用普通或特殊太阳电池组件，作为幕墙安装在南立面上采用普通或特殊太阳电池组件，作为幕墙安装在南立面上 采用特殊太阳电池组件，作为建筑幕墙安装在南立面上采用特殊太阳电池组件，作为建筑幕墙安装在南立面上 采用特殊太阳电池组件，作为天窗材料安装在天窗上采用特殊太阳电池组件，作为天窗材料安装在天窗上 采用普通或特殊太阳电池组件，作为遮阳板安装在建筑上采用普通或特殊太阳电池组件，作为遮阳板安装在建

9、筑上 click to edit master title style 9华北电力大学 能源工程及自动化教研室 光伏发电系统集成 bipvbipv斜屋顶斜屋顶 家庭用bipv光伏发电屋顶，节省空间，bipv组件与屋顶的完美集 成。 三、光伏建筑一体化bipv click to edit master title style 10华北电力大学 能源工程及自动化教研室 光伏发电系统集成 bipvbipv光伏幕墙光伏幕墙 光伏幕墙bipv与玻璃幕墙的和谐融会,达到双重的使用效果. 三、光伏建筑一体化bipv click to edit master title style 11华北电力大学 能源工程

10、及自动化教研室 光伏发电系统集成 bipvbipv采光顶采光顶 三、光伏建筑一体化bipv click to edit master title style 12华北电力大学 能源工程及自动化教研室 光伏发电系统集成 三、光伏建筑一体化bipv 天窗采光顶，技术与艺术的和谐交融,将光线和室外的景色融入人的生活。 click to edit master title style 13华北电力大学 能源工程及自动化教研室 光伏发电系统集成 三、光伏建筑一体化bipv bipv遮阳板 click to edit master title style 14华北电力大学 能源工程及自动化教研室 光伏发电

11、系统集成 bipv遮阳板，采光与遮阳的另类时尚， 给室内空间一种全新的感觉。 三、光伏建筑一体化bipv click to edit master title style 15华北电力大学 能源工程及自动化教研室 光伏发电系统集成 不同类型的太阳电池组件在建筑物上的适用程度不同类型的太阳电池组件在建筑物上的适用程度 太阳电池类型太阳电池类型 适用性适用性 斜屋顶斜屋顶平屋顶平屋顶墙面墙面窗户窗户遮阳遮阳围栏围栏 标准组件，有金属框架，表面为玻璃，背标准组件，有金属框架，表面为玻璃，背 面为不透明背板面为不透明背板 +000 标准组件，无金属框架，表面为玻璃，背标准组件，无金属框架，表面为玻璃，

12、背 面为不透明背板面为不透明背板 +0 双层玻璃组件，有一定比例的透明度双层玻璃组件，有一定比例的透明度00+ 两面受光太阳电池制作的双层玻璃组件，两面受光太阳电池制作的双层玻璃组件， 有一定的透明度有一定的透明度 000+ 表面玻璃，背面为透明表面玻璃，背面为透明tpt薄膜，有一定薄膜，有一定 比例的透明度比例的透明度 0+ 配合顾客需要而设计的组件配合顾客需要而设计的组件 （如不同形状的组件）（如不同形状的组件） + + + “+ +”表示高适用性，表示高适用性，“0 0”表示低适用性，表示低适用性，“- -”表示不适用表示不适用 click to edit master title st

13、yle 16华北电力大学 能源工程及自动化教研室 光伏发电系统集成 光伏建筑一体化的优点光伏建筑一体化的优点 与建筑本身结合成为一个整体，不与建筑本身结合成为一个整体，不 额外占用土地资源。额外占用土地资源。 可原地发电、原地用电，在一定距可原地发电、原地用电，在一定距 离范围内可以节省电站送电网的投资。有离范围内可以节省电站送电网的投资。有 光伏阵列和公共电网共同给负载供应电力，光伏阵列和公共电网共同给负载供应电力， 增加了供电的可靠性。增加了供电的可靠性。 bipvbipv系统大部分发的是用电高峰时系统大部分发的是用电高峰时 的黄金电，可以大大缓解供电压力，经济的黄金电，可以大大缓解供电压

14、力，经济 和环境效益显著。和环境效益显著。 click to edit master title style 17华北电力大学 能源工程及自动化教研室 光伏发电系统集成 光伏建筑一体化的优点光伏建筑一体化的优点 光伏阵列安装在屋顶和墙壁等外围护光伏阵列安装在屋顶和墙壁等外围护 结构上，吸收太阳能转化为电能，减少了墙结构上，吸收太阳能转化为电能，减少了墙 体得热和室内空调冷负荷，保证室内的空气体得热和室内空调冷负荷，保证室内的空气 品质。品质。 避免使用一般化石燃料发电的空气污避免使用一般化石燃料发电的空气污 染和废渣污染。染和废渣污染。 光伏阵列安装简便，可任意选择发电光伏阵列安装简便，可任意

15、选择发电 容量。容量。 促进部件的大规模生产，进一步促进部件的大规模生产，进一步 降低部件的市场价格，对系统降低部件的市场价格，对系统 的广泛应用有着极大的推动作用。的广泛应用有着极大的推动作用。 click to edit master title style 18华北电力大学 能源工程及自动化教研室 光伏发电系统集成 四、光伏建筑一体化bipv发展趋势 目前,太阳能光伏建筑一体化bipv并网发电在国外已经得到电力部门的认 可。 预计50年后,仅bipv屋顶并网发电就可提供全世界1/4的电能。国内bipv的发展比 国外稍晚了点，但是国内bipv的发展具有牢固的技术基础，发展比较稳重。总的 来

16、说bipv的发展趋势主要有以下几点： 1) bipv1) bipv产品的标准结构诞生产品的标准结构诞生 click to edit master title style 19华北电力大学 能源工程及自动化教研室 光伏发电系统集成 2) bipv2) bipv标准成为主导光伏建筑设计的标准，而不像现在依附于建筑标准标准成为主导光伏建筑设计的标准，而不像现在依附于建筑标准 四、光伏建筑一体化bipv发展趋势 click to edit master title style 20华北电力大学 能源工程及自动化教研室 光伏发电系统集成 3) 3) 产生产生bipvbipv的规范标准的规范标准, ,约束

17、厂家的生产约束厂家的生产 四、光伏建筑一体化bipv发展趋势 click to edit master title style 21华北电力大学 能源工程及自动化教研室 光伏发电系统集成 4) bipv4) bipv与建筑的集成度跟高与建筑的集成度跟高, ,与建筑结合更完善与建筑结合更完善 四、光伏建筑一体化bipv发展趋势 click to edit master title style 22华北电力大学 能源工程及自动化教研室 光伏发电系统集成四、光伏建筑一体化bipv发展趋势 5) bipv5) bipv组件由白天发电组件由白天发电、美化建筑的原始功能美化建筑的原始功能, ,向夜间发光装

18、饰建筑的多媒体化发展。向夜间发光装饰建筑的多媒体化发展。 click to edit master title style 23华北电力大学 能源工程及自动化教研室 光伏发电系统集成 6) bipv6) bipv智能化智能化, ,与智能建筑相融合与智能建筑相融合 四、光伏建筑一体化bipv发展趋势 click to edit master title style 24华北电力大学 能源工程及自动化教研室 光伏发电系统集成四、光伏建筑一体化bipv发展趋势 7) bipv7) bipv组件实现建筑室内透光率的可变性，调节室内的采光。组件实现建筑室内透光率的可变性，调节室内的采光。 click t

19、o edit master title style 25华北电力大学 能源工程及自动化教研室 光伏发电系统集成 四、光伏建筑一体化bipv发展趋势 8) bipv8) bipv并网发电技术更加智能化、多元化，发电成本降低。并网发电技术更加智能化、多元化，发电成本降低。 click to edit master title style 26华北电力大学 能源工程及自动化教研室 光伏发电系统集成 四、光伏建筑一体化bipv发展趋势 9) 9) 实现实现bipvbipv组件与楼宇自动一体化。组件与楼宇自动一体化。 click to edit master title style 27华北电力大学 能

20、源工程及自动化教研室 光伏发电系统集成 随着全球太阳能光伏发电比重的增加，光伏发电是目前解决能源与环 境问题的有 效途径。大型荒漠光伏电站由于其自身占地面积大的缺点，未来光伏发电 的主流将是 光伏建筑一体化bipv发电。 根据国外bipv和国内近几年bipv的发展应用来看，今后光伏建筑一体 化bipv的发 展将会是与建筑设计充分融合，应用形式更加多样化，更多应用于商业建 筑幕墙、居 民住宅、学校、医院、机场、铁路站台等。同时，通过智能电网技术在低 压端与电网、 实现并网连接，提高用电的可靠性。 四、光伏建筑一体化bipv发展趋势 总结：总结： click to edit master titl

21、e style 28华北电力大学 能源工程及自动化教研室 光伏发电系统集成 相关补贴政策相关补贴政策 财政补贴将重点支持太阳能光电建筑一体化安装且发电主 要用于解决建筑用能的项目，从项目类型上主要包括三类： 一是建材型，指将太阳能电池与瓦、砖、卷材、玻璃等建 筑材料复合在一起成为不可分割的建筑构件或建筑材料，如光 伏瓦、光伏砖、光伏屋面卷材、玻璃光伏幕墙、光伏采光顶等； 二是构件型，指与建筑构件组合在一起或独立成为建筑构 件的光伏构件，如以标准普通光伏组件或根据建筑要求定制的 光伏组件构成雨篷构件、遮阳构件等； 三是与屋顶、墙面结合安装型，指在平屋顶上安装、坡屋 面上顺坡架空安装以及在墙面上与

22、墙面平行安装等形式。 click to edit master title style 29华北电力大学 能源工程及自动化教研室 光伏发电系统集成 财建2009129 号文件关于印发太阳能光电建筑应用财政补 助资金管理暂行办法 在实际项目申报是重点专注以下几点：在实际项目申报是重点专注以下几点： （1 1） 安装类型和补贴对应的补贴标准安装类型和补贴对应的补贴标准 项目安装类型项目安装类型 补贴标准补贴标准 建材型：建材型： 太阳能电池与建筑材料复合在一起成为不可分割的建筑构件或建筑太阳能电池与建筑材料复合在一起成为不可分割的建筑构件或建筑 材料。材料。 不超过不超过 20 20 元元/ /瓦

23、瓦 构件型：构件型： 指与建筑构件组合在一起或独立成为建筑构件的光伏构件。指与建筑构件组合在一起或独立成为建筑构件的光伏构件。 不超过不超过 20 20 元元/ /瓦瓦 与屋顶、墙面结合安装型与屋顶、墙面结合安装型：指在平屋顶上安装、坡屋面上顺坡架空安装以及：指在平屋顶上安装、坡屋面上顺坡架空安装以及 在墙面上与墙面平行安装等形式。在墙面上与墙面平行安装等形式。 不超过不超过 15 15 元元/ /瓦瓦 （2 2） 优先支持项目优先支持项目 已出台并落实光电发展扶持政策的地区项目；已出台并落实光电发展扶持政策的地区项目； 并网式太阳能光电建筑应用项目；并网式太阳能光电建筑应用项目； 太阳能光伏

24、组件与建筑物实现构件化、一体化项目；太阳能光伏组件与建筑物实现构件化、一体化项目； 学校、医院、政府机关等公共建筑应用光电项目。学校、医院、政府机关等公共建筑应用光电项目。 click to edit master title style 30华北电力大学 能源工程及自动化教研室 光伏发电系统集成 1 1设计原则设计原则 光伏建筑一体化是光伏系统构成或依附于建筑的一种新能源利用光伏建筑一体化是光伏系统构成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，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

25、命为基本原则，任何对和影响建筑的效果、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。设计都是不合格的设计。 建筑设计建筑设计 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的先决条的先决条 件；其次是考虑建筑物的周边环境条件，即选用件；其次是考虑建筑物的周边环境条件，即选用bipv的建筑部分接受的建筑部分接受 太阳能的具体条件，如被其他建筑物

26、遮档，也不必考虑选用太阳能的具体条件，如被其他建筑物遮档，也不必考虑选用bipv；第；第 三是与建筑物的外装饰的协调，光伏组件给建筑设计带三是与建筑物的外装饰的协调，光伏组件给建筑设计带 来了新的挑战来了新的挑战 与机遇，画龙点睛的与机遇，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。环境的改变。 click to edit master title style 31华北电力大学 能源工程及自动化教研室 光伏发电

27、系统集成 3 3发电系统设计发电系统设计 bipvbipv光伏系统设计包含三部分，分别为光伏方阵设计、光伏组件设计和光光伏系统设计包含三部分，分别为光伏方阵设计、光伏组件设计和光 伏发电系统设计。伏发电系统设计。 （1 1）光伏方阵设计，在与建筑墙面结合或集成时，一方面要考虑建筑效果；另）光伏方阵设计，在与建筑墙面结合或集成时，一方面要考虑建筑效果；另 一方面要考虑其受光条件。一方面要考虑其受光条件。 （2 2）光伏组件设计，涉入电）光伏组件设计，涉入电 池片的选型（综合考虑外观色彩与发电量）与布池片的选型（综合考虑外观色彩与发电量）与布 置（结合板块大小、功率要求、电池片大小进行）；组件的装

28、配设计（组件的置（结合板块大小、功率要求、电池片大小进行）；组件的装配设计（组件的 密封与安装形式）。密封与安装形式）。 （3 3）光伏发电系统的设）光伏发电系统的设 计，即系统类型（并网系统或独立系统）确定，控制计，即系统类型（并网系统或独立系统）确定，控制 器、逆变器、蓄电池等的选型，防雷、系统综合布线、感应与显示等环节设计。器、逆变器、蓄电池等的选型，防雷、系统综合布线、感应与显示等环节设计。 4 4结构安全性与构造设计结构安全性与构造设计 光伏组件与建筑的结合，结构安全性涉及两方面：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

29、，普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风压变形时是否会影响到电池片的正常工作等。通的光伏组件的强度能否承受风压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。组件的安装固定需对连接件固定点二是固定组件的连接方式的安全性。组件的安装固定需对连接件固定点 进行相应的结构计进行相应的结构计 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 寿命一般在寿命一般在5050年以上，光伏组件的使用寿命也在年以上，光伏组件的使用寿命也在2020年以上，年以上，bipvbipv

30、的结构安全性的结构安全性 问题不可小视。问题不可小视。 click to edit master title style 32华北电力大学 能源工程及自动化教研室 光伏发电系统集成 5 5光伏建筑一体化（光伏建筑一体化（bipvbipv）对光伏方阵与光伏组件的要求）对光伏方阵与光伏组件的要求 （1 1）影响光伏发电的因素）影响光伏发电的因素 简单地讲，影响光伏发电的有两个方面。一是光伏组件可能接受到的太阳简单地讲，影响光伏发电的有两个方面。一是光伏组件可能接受到的太阳 能，二是光伏组件的本身的性能。能，二是光伏组件的本身的性能。 由于太阳能发电的全部能量来自于太阳，而太阳辐射量的多少与太阳高度

31、、由于太阳能发电的全部能量来自于太阳，而太阳辐射量的多少与太阳高度、 地理纬度、海拨高度、大地理纬度、海拨高度、大 气质量、大气透明度、日照时间等有关。一年当中气质量、大气透明度、日照时间等有关。一年当中 四季的变化，一天当中时间的变化，到达地面的太阳辐射直散分量的比例，地四季的变化，一天当中时间的变化，到达地面的太阳辐射直散分量的比例，地 表面的反射系数等因素都会影表面的反射系数等因素都会影 响太阳能的发电，但这些因素对于具体建筑而响太阳能的发电，但这些因素对于具体建筑而 言是客观因素几乎只能被动选择。对于光伏组件而言，光伏方阵的倾角、光伏言是客观因素几乎只能被动选择。对于光伏组件而言，光伏

32、方阵的倾角、光伏 组件的表面清洁度、光伏电池的转换率、组件的表面清洁度、光伏电池的转换率、 光伏电池的工作环境状态等是我们光伏电池的工作环境状态等是我们 在设计过程中应该考虑的。在设计过程中应该考虑的。 （2 2）bipvbipv对光伏方阵的布置要求对光伏方阵的布置要求 对于某一具体位置的建筑来说，与光伏方阵结合或集成的屋顶和墙面，所对于某一具体位置的建筑来说，与光伏方阵结合或集成的屋顶和墙面，所 能接受的太阳辐射是一定的。为获得更多的太阳能，光伏方阵的布置应尽可能能接受的太阳辐射是一定的。为获得更多的太阳能，光伏方阵的布置应尽可能 地朝向太阳光入射的方向，如建筑的南面、西南、东南面等。地朝向

33、太阳光入射的方向，如建筑的南面、西南、东南面等。 click to edit master title style 33华北电力大学 能源工程及自动化教研室 光伏发电系统集成 （3 3）bipvbipv对光伏组件的要求对光伏组件的要求 bipvbipv将太阳能光伏组件作为建筑的一部分，对建筑物的建筑效果与建筑功能将太阳能光伏组件作为建筑的一部分，对建筑物的建筑效果与建筑功能 带来一些新的影响。作为与建筑结合或集成的建筑新产品，带来一些新的影响。作为与建筑结合或集成的建筑新产品，bipvbipv对光伏组件提出对光伏组件提出 了如下新的要求。了如下新的要求。 颜色与质感颜色与质感 用于用于bipv

34、bipv的光伏组件，其颜色与质感需与整座建筑协调。的光伏组件，其颜色与质感需与整座建筑协调。 强度与抗变形的能力强度与抗变形的能力 当光伏组件与建筑集成使用时，光伏组件是一种建筑材料，作为建筑幕墙或当光伏组件与建筑集成使用时，光伏组件是一种建筑材料，作为建筑幕墙或 采光屋顶使用，因此需满足建筑的安全性与可靠性需要。光伏组件的玻璃需要增采光屋顶使用，因此需满足建筑的安全性与可靠性需要。光伏组件的玻璃需要增 厚，厚， 具有一定的抗风压能力。具有一定的抗风压能力。 透光率透光率 在光伏组件与建筑集成使用时，如光电幕墙和光电采光顶，通常对它的透光在光伏组件与建筑集成使用时，如光电幕墙和光电采光顶，通常

35、对它的透光 性会有一定要求。这对于本身不透光的晶体硅太阳电池而言，在制作组件时采用性会有一定要求。这对于本身不透光的晶体硅太阳电池而言，在制作组件时采用 双层玻璃封装，同时通过调整电池片之间的空隙来调整透光量。双层玻璃封装，同时通过调整电池片之间的空隙来调整透光量。 尺寸和形状尺寸和形状 目前市场上大部分的光伏组件的为用于光伏电站和与光伏电子产品配套，规目前市场上大部分的光伏组件的为用于光伏电站和与光伏电子产品配套，规 格相对比较单一，不能适应建筑多样化与个性化的要求。用于格相对比较单一，不能适应建筑多样化与个性化的要求。用于bipvbipv的光伏组件，的光伏组件， 需要结合建筑的不同要求，进

36、行专门的设计与生产。需要结合建筑的不同要求，进行专门的设计与生产。 click to edit master title style 34华北电力大学 能源工程及自动化教研室 光伏发电系统集成 一、项目实施地概况一、项目实施地概况 1 1、建筑物概况：、建筑物概况： 中硅研发楼光伏建筑一体示范电站项目建设于洛阳中硅高科技有限公司中硅研发楼光伏建筑一体示范电站项目建设于洛阳中硅高科技有限公司 的研发中心研发楼，实施地位于东经的研发中心研发楼，实施地位于东经112112，北纬，北纬34343030。该建筑位于河南省。该建筑位于河南省 洛阳市高新技术开发区，是国家硅材料工程技术研究中心的研发楼。建筑

37、物为洛阳市高新技术开发区，是国家硅材料工程技术研究中心的研发楼。建筑物为 东西走向，楼顶面积东西走向，楼顶面积1818* *82.582.5，楼顶有五大块倾角为，楼顶有五大块倾角为2020度的采光顶，其中两块度的采光顶，其中两块 为两道楼梯采光顶，面积均为为两道楼梯采光顶，面积均为1212* *4 4，其余三块面积分别为，其余三块面积分别为16.9516.95* *6 6、18.918.9* *6 6 、16.9516.95* *6 6，如图示，这三块均采用，如图示，这三块均采用bipvbipv形式。形式。 洛阳中硅洛阳中硅bipvbipv案例案例 click to edit master t

38、itle style 35华北电力大学 能源工程及自动化教研室 光伏发电系统集成 项目由洛阳中硅公司投资，阿特斯公司承建项目由洛阳中硅公司投资，阿特斯公司承建bipv光伏并网示范电站，电站容光伏并网示范电站，电站容 量量14.08kw。本项目安装方式为建材一体型，中硅高科技有限公司为业主单位，。本项目安装方式为建材一体型，中硅高科技有限公司为业主单位， 阿特斯公司为设计建造方，于阿特斯公司为设计建造方，于07年年6月启动该项目，月启动该项目，9月份完工并网发电。下图为月份完工并网发电。下图为 建成后实景图：建成后实景图： click to edit master title style 36华

39、北电力大学 能源工程及自动化教研室 光伏发电系统集成 2、太阳辐射量 a、洛阳地区水平面上各月平均太阳辐射量如下表： 平均日照水平平均日照水平 (kwh/m(kwh/m2 2/day)/day) 北纬34.5 东径112 一月二月三月四月五月六月七月八月九月十月 十一 月 十二 月 10年平均值2.683.063.695.175.365.545.074.693.733.282.902.48 b、洛阳地区水平面及楼顶20pv阵列面上各月辐射量变化情况 洛阳地区水平和pv面辐射情况 0.0 1.0 2.0 3.0 4.0 5.0 6.0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 月 份

40、 辐射量 kwh/m2d 各月水平面上平 均辐射量 各月光伏阵列面 上平均辐射 洛阳地区10年太阳能辐射量的月变化表 click to edit master title style 37华北电力大学 能源工程及自动化教研室 光伏发电系统集成 二二 光伏与建筑结合设计要求光伏与建筑结合设计要求 1 1、建筑设计需求、建筑设计需求 建筑楼顶需要安装既能隔热、隔音，又能采光、发电的太阳能组件，建筑楼顶需要安装既能隔热、隔音，又能采光、发电的太阳能组件， 所发的电采用内部用户侧并网的方式。所发的电采用内部用户侧并网的方式。 在建筑屋顶上安装太阳能电池阵列的场合，斜面上安装，要考虑会在建筑屋顶上安装太

41、阳能电池阵列的场合，斜面上安装，要考虑会 不会因大雨而排水不畅，要不要增加排水管道。此建筑屋顶无防碍施工的障不会因大雨而排水不畅，要不要增加排水管道。此建筑屋顶无防碍施工的障 碍物，周围环境满足施工要求。碍物，周围环境满足施工要求。 太阳能电站电池阵列的安装高度应大于历史最大积雪高度，另外，太阳能电站电池阵列的安装高度应大于历史最大积雪高度，另外， 为使为使20cm20cm厚的积雪能靠重力自行滑落，太阳能电池阵列倾角设计在厚的积雪能靠重力自行滑落，太阳能电池阵列倾角设计在20204545度度 为宜。为宜。 在太阳能电站与建筑物结合的场合，应做好防火、防水处理，阵列在太阳能电站与建筑物结合的场合

42、，应做好防火、防水处理，阵列 安装基础的自重、风压、积雪最大负荷设计，及基础预留防水螺栓等，并应安装基础的自重、风压、积雪最大负荷设计，及基础预留防水螺栓等，并应 根据建筑的走向和方位角合理排布逆变器直流输入的组件位置。根据建筑的走向和方位角合理排布逆变器直流输入的组件位置。 通过对中硅研发楼建筑特点、环境条件、气候条件、安装条件、太通过对中硅研发楼建筑特点、环境条件、气候条件、安装条件、太 阳辐射资源和防水等方面的调查，我们确定中硅研发楼完全具备了建造阳辐射资源和防水等方面的调查，我们确定中硅研发楼完全具备了建造bipvbipv 光伏并网电站的条件。光伏并网电站的条件。 click to e

43、dit master title style 38华北电力大学 能源工程及自动化教研室 光伏发电系统集成 合理设计的bipv双 玻组件具有美观、 遮阳、采光、发电 等多重效果！ click to edit master title style 39华北电力大学 能源工程及自动化教研室 光伏发电系统集成 2 2、安全设计要求（结构、电气控制等）、安全设计要求（结构、电气控制等） 根据河南近根据河南近3030年气象站的数据，感应雷较多，直击雷较少见。年气象站的数据，感应雷较多，直击雷较少见。 项目设计屋面防雷与楼顶防雷网连接，钢架构强度满足各种条件下（阵列安装基础项目设计屋面防雷与楼顶防雷网连接，

44、钢架构强度满足各种条件下（阵列安装基础 的自重、风压、积雪最大负荷设计）负荷要求，电气设计严格按照国家建筑电气相的自重、风压、积雪最大负荷设计）负荷要求，电气设计严格按照国家建筑电气相 关法规。关法规。 避雷带 click to edit master title style 40华北电力大学 能源工程及自动化教研室 光伏发电系统集成 三、组件设计三、组件设计 1 1、组件排布、组件排布: : 根据客户要求，光电幕墙阵列安装于三道屋顶采光顶的靠南侧,示意图如下： 共安装光电板数量为40+48+40=128块 click to edit master title style 41华北电力大学 能

45、源工程及自动化教研室 光伏发电系统集成 2 2、组件设计方案、组件设计方案: : (1)(1)组件设计要则：组件设计要则： 由于建筑分格的要求，经常对于一个光伏组件阵列，在边缘处的组件与阵列里面其由于建筑分格的要求，经常对于一个光伏组件阵列，在边缘处的组件与阵列里面其 它组件的尺寸及外形不相同。但是，又必须考虑到整个阵列外观的整体一致性，所它组件的尺寸及外形不相同。但是，又必须考虑到整个阵列外观的整体一致性，所 以其里面的电池片排布位置又必须保持一致。以其里面的电池片排布位置又必须保持一致。 边缘空余较 多，确保了 中间组件的 电池片排布 整体均匀。 click to edit master

46、title style 42华北电力大学 能源工程及自动化教研室 光伏发电系统集成 (2)组件结构：组件结构： 根据中硅研发楼的建筑结构设计要求，采光顶功能要考虑到安全强度的要求，根据中硅研发楼的建筑结构设计要求，采光顶功能要考虑到安全强度的要求， 此此bipv系统设计以下光电幕墙结构采用双夹层玻璃合中空，截面结构示意图如系统设计以下光电幕墙结构采用双夹层玻璃合中空，截面结构示意图如 下：下： 超白钢化玻璃 普通钢化玻璃 中空层 普通钢化玻璃 普通钢化玻璃 夹胶膜（eva/pvb）、电池片 pvb夹胶 click to edit master title style 43华北电力大学 能源工程

47、及自动化教研室 光伏发电系统集成 (3)组件正面视图：组件正面视图： 从建筑美观方面来考虑，组件既需要遮阳，又需要采光，同时也必须满足高效发从建筑美观方面来考虑，组件既需要遮阳，又需要采光，同时也必须满足高效发 电的功能。组件中的电池片排布如下图：电的功能。组件中的电池片排布如下图： 组件功率组件功率110w，透光率，透光率50%。 click to edit master title style 44华北电力大学 能源工程及自动化教研室 光伏发电系统集成 组件功率组件功率=单片电池片面积单片电池片面积电池片转化效率电池片转化效率电池片数电池片数 量量玻璃透光系数玻璃透光系数电池衰减系数。电池

48、衰减系数。 其中：其中： 单片电池片面积为：单晶单片电池片面积为：单晶125电池片为电池片为14858mm2，多晶，多晶125 电池片为电池片为15625mm2 。 电池片转化效率为电池片转化效率为1417.4之间。之间。 电池片数量为单个组件内的电池总数量电池片数量为单个组件内的电池总数量 玻璃透光系数为太阳光透过玻璃后的光线强度与透过之前的玻璃透光系数为太阳光透过玻璃后的光线强度与透过之前的 比值，一般比值，一般5mm厚的玻璃取厚的玻璃取95，8mm厚的玻璃取厚的玻璃取93。 电池衰减系数一般为：单晶取电池衰减系数一般为：单晶取0.97，多晶取，多晶取1。 click to edit ma

49、ster title style 45华北电力大学 能源工程及自动化教研室 光伏发电系统集成 组件透光率1遮挡面积/组件面积 其中，遮挡面积可分为电池片遮挡面积和四边支撑遮挡面积等。 以本次的组件为例计算如下： 由于选用125单晶电池片，电池片面积为14858mm2 ； 组件内电池片数量为56pcs； 电池片遮挡面积为14858 56=832048mm2 四边支撑遮挡面积估算为（1488+1317）2 20=112200mm2 组件面积为1488 1317=1959696mm2 组件透光率组件透光率1 1（832048+ 112200832048+ 112200）/1959696=51.8%/

50、1959696=51.8% click to edit master title style 46华北电力大学 能源工程及自动化教研室 光伏发电系统集成 系统设计系统设计 1 1、系统方案、系统方案: : 根据洛阳地区太阳辐射资源及会议中心耗电量、 结构特点，光伏供电系统每年需提供电力不低于 9125kwh，在充分考虑光伏阵列采光与建筑结构相融性 的基础上，将光伏阵列分别安装在会议中心楼顶上的 三个采光顶，与中空玻璃采光顶结合为一体。 根据建筑南立面及房顶尺寸，兼顾逆变设备输 入特性，设计阵列开路电压为576v，工作电压为465v. 选用阿特斯标准光伏组件，共计功率14.08kwp 。 楼顶：

51、布置128块110wp组件，功率共计 14.08kwp，阵列倾角20，年发电量约为9341kwh。 click to edit master title style 47华北电力大学 能源工程及自动化教研室 光伏发电系统集成 2 2、并网逆变系统、并网逆变系统 伏阵列共有伏阵列共有3 3个子阵，根据太阳能组件的电流峰值总功率，确定配备并网个子阵，根据太阳能组件的电流峰值总功率，确定配备并网 逆变器的型号（逆变器的型号（ smasma公司生产的公司生产的sb3300tlsb3300tl型逆变控制器）及数量（型逆变控制器）及数量（6 6台）台） 光伏并网系统将太阳能转换成直流电能后，再通过逆变器将

52、直流电逆变为光伏并网系统将太阳能转换成直流电能后，再通过逆变器将直流电逆变为 50hz50hz、220/380v220/380v的三相或的三相或220v220v的单相交流电，然后通过配电柜并入公共电网。的单相交流电，然后通过配电柜并入公共电网。 本方案拟选用德国本方案拟选用德国smasma公司生产的公司生产的sb3300tlsb3300tl型逆变控制器。该产品逆变效型逆变控制器。该产品逆变效 率高、输出波形失真小、频率稳定，并具有过压保护、防孤岛等多项保护功能，率高、输出波形失真小、频率稳定，并具有过压保护、防孤岛等多项保护功能， 同时还具有数据采集、通讯和显示功能。同时还具有数据采集、通讯和

53、显示功能。 sma sma逆变器的交流输出电能质量很高，不会对电网造成污染。在输出功率逆变器的交流输出电能质量很高，不会对电网造成污染。在输出功率 50%50%额定功率，电网波动额定功率，电网波动5%5%时，逆变器的交流输出电流总谐波分量（时，逆变器的交流输出电流总谐波分量（thdthd）3%3%。 逆变器在运行过程中，实时采集交流电网的电压信号，使逆变器的交流输逆变器在运行过程中，实时采集交流电网的电压信号，使逆变器的交流输 出相位与电网保持一致。出相位与电网保持一致。 逆变器采用被动式和主动式两种方法检测逆变器采用被动式和主动式两种方法检测“孤岛效应孤岛效应”。在逆变器检测到。在逆变器检测

54、到 电网失电后，会立即停止工作，当电网恢复供电时，逆变器并不会立即投入运行，电网失电后，会立即停止工作，当电网恢复供电时，逆变器并不会立即投入运行， 而是需要持续检测电网信号而是需要持续检测电网信号, ,若电网在一段时间（如若电网在一段时间（如9090秒钟）内完全正常，逆变器秒钟）内完全正常，逆变器 才重新投入运行。才重新投入运行。 click to edit master title style 48华北电力大学 能源工程及自动化教研室 光伏发电系统集成 逆变器接线端 click to edit master title style 49华北电力大学 能源工程及自动化教研室 光伏发电系统集成

55、 3 3、数据采集系统、数据采集系统 建设运行太阳能发电系统，需要选择先进的技术和能够带来长期经建设运行太阳能发电系统，需要选择先进的技术和能够带来长期经 济效益的设备，确保系统的无故障运行。本项目采用通过实践检验的强大济效益的设备，确保系统的无故障运行。本项目采用通过实践检验的强大 数据采集控制器，数据采集控制器，smasma公司的公司的 控制器（控制器（ sunny boy controlsunny boy control ）能够将每日）能够将每日 / /每小时的发电站运行情况和故障信息通过邮件或传真及时发送给用户，从每小时的发电站运行情况和故障信息通过邮件或传真及时发送给用户，从 而快速

56、检测电站系统可能出现的故障。要实现此目标，只需要在控制器上而快速检测电站系统可能出现的故障。要实现此目标，只需要在控制器上 配置网络适配器，或者连接外置调制解调器，即可通过在计算机上安装数配置网络适配器，或者连接外置调制解调器，即可通过在计算机上安装数 据管理软件，随时随地对光伏电站系统的当前运行状况和发电量进行监测。据管理软件，随时随地对光伏电站系统的当前运行状况和发电量进行监测。 4 4、远程监控通讯系统、远程监控通讯系统 项目采用的项目采用的 远程监控通讯系统（远程监控通讯系统（sunny data control sunny data control ）是安装在）是安装在 计算机上、用

57、于操作控制器以监测发电站数据的软件。控制器采集数据，计算机上、用于操作控制器以监测发电站数据的软件。控制器采集数据， 然后由远程监控通讯系统软件处理并显示。远程监控通讯系统还可以用来然后由远程监控通讯系统软件处理并显示。远程监控通讯系统还可以用来 设置控制器的参数。除此之外，它也可以输出数据，并利用显示屏对外显设置控制器的参数。除此之外，它也可以输出数据，并利用显示屏对外显 示。示。 click to edit master title style 50华北电力大学 能源工程及自动化教研室 光伏发电系统集成 6 6、防雷设计：、防雷设计： 本设计主要对各种感应雷进行有效应对本设计主要对各种感应

58、雷进行有效应对, ,具体措施如下：具体措施如下： 系统采用多点布设接地电极，阵列及架体、机房内设备均系统采用多点布设接地电极，阵列及架体、机房内设备均 应可靠接地。与地接触电阻不大于应可靠接地。与地接触电阻不大于1010欧姆。欧姆。 接线箱、配电柜内均设置防雷保护器，输出、输入处加装接线箱、配电柜内均设置防雷保护器，输出、输入处加装 压敏电阻。压敏电阻。 选择有防雷保护的逆变器选择有防雷保护的逆变器 各种机壳均应可靠接地。各种机壳均应可靠接地。 在控制室进、出线处均增设防雷隔离箱。在控制室进、出线处均增设防雷隔离箱。 连接电缆做可靠的屏蔽保护。连接电缆做可靠的屏蔽保护。 click to ed

59、it master title style 51华北电力大学 能源工程及自动化教研室 光伏发电系统集成 7 7、为展示发电效果，设、为展示发电效果，设ledled数据显示屏一块，以显示系统运行状况及主要数据数据显示屏一块，以显示系统运行状况及主要数据。 显示屏可以显示辐射强度、环境温度、发电功率，以及折算成的显示屏可以显示辐射强度、环境温度、发电功率，以及折算成的co2co2减排量等信息。减排量等信息。 也可以切换成新闻。定时播放新闻和发电量数据。也可以切换成新闻。定时播放新闻和发电量数据。 或也可以显示其他信息，实现最优化利用。或也可以显示其他信息，实现最优化利用。 click to edi

60、t master title style 52华北电力大学 能源工程及自动化教研室 光伏发电系统集成 四、四、bipvbipv工程项目施工步骤：工程项目施工步骤： 1 1、新建、改建以及扩建中的太阳能光伏发电系统的安装应应单独编制施工方、新建、改建以及扩建中的太阳能光伏发电系统的安装应应单独编制施工方 案。案。 2 2、太阳能光伏发电系统施工过程中，不应破坏建筑物的结构和建筑物的附属、太阳能光伏发电系统施工过程中，不应破坏建筑物的结构和建筑物的附属 设施，不应影响建筑物在设计使用年限内承受各种荷载的能力。如因施工设施，不应影响建筑物在设计使用年限内承受各种荷载的能力。如因施工 需要不得已造成局