光伏建筑一体化分析研究

光伏建筑一体化20世纪90年代以来，德国、美国和日本等发达国家相继推出光伏建筑一体化项目和计划，并颁布了相应的激励政策促进光伏发电技术的应用和推广。日本政府从1994年开始实施“七万屋顶计划”，每套容量为4kW，总容量为280MW；印度于1997年12月宣布在2002年前推广150万套太阳能屋顶系统；1998年，德国政府为使光伏发电迅速进入千家万户，率先启动“十万天棚计划”，鼓励国民在自家屋顶安装光伏发电系统，到2003年计划完成时，已安装3-5KW电池发电系统；意大利1998年开始实施“全国太阳能屋顶计划”，总投入5500亿里拉；1997年6月美国宣布了“克林顿总统百万屋顶光伏计划”，计划至2010年完成。该计划的光伏系统总安装量将达到3025MWp，届时每年CO2排放量将减少351万吨。该计划旨在加速和促进美国光伏产业的快速发展，把发电成本降到6美分/KWh以下，起到减少CO2排放、增加社会就业、保持和加强美国光伏产业在世界的领先地位和支配地位的作用。我国对光伏建筑一体化的研究早在19世纪70年代就开始了。当时我国已经掌握了太阳能光伏技术，但是直到19世纪90年代末才真正意识到光伏发电的重大意义。2005年6月，上海市政府推出“十万太阳能屋顶计划”，该计划推出了一系列绿色电力机制，由单位和个人自愿认购绿电，所付绿电费专用于发展上海绿电事业．该计划拉开了国内太阳能发电大规模应用的序幕．随后的几年。通过“送电到乡”、“送电到村”等项目的实施，西部偏远地区也已建立起了一大批独立型光伏电站。运用在城市建筑中的光伏建筑一体化的并网光伏电站，在我国还属于一项新的高技术产业。我国第一个城市建筑中的大规模光伏电站是深圳园博园1兆瓦光伏电站。该发电站不仅能够满足建筑物自身的用电需求。而且还可以特多余的电量输送到并网的城市电网中．而我国第一个和体育场馆相结合的太阳能光伏项目是国家体育馆建设的100千瓦太阳能光伏电站示范项目。该项目的光伏系统建在国家体育馆的金属屋顶和南立面的玻璃幕墙上，其安装方式和安装倾角都经过优化设计，不会破坏体育馆的整体建筑风格和外观。这样建成的体育馆的屋顶和南立面玻璃幕墙不仅能遮风挡雨，还可为体育馆供电，所发电量将并入北京市电网。1。光伏建筑一体化的优点光伏建筑一体化(BIPV)是应用太阳能发电以及表现“建筑物产生能源”的一种新概念：在建筑物围护结构外表面上铺设光伏阵列提供电力，并且不显著影响建筑物的外观及其实用功能。从建筑、技术和经济角度来看，光伏建筑一体化有以下诸多优点：1．光伏阵列一般安装在闲置的屋顶或墙面上，无需额外用地或者增建其他设施．因此它可以在人口密集或者土地昂贵的地区使用；2．光伏电池板和建筑的结合可以代替部分建筑贴面材料，从而减少太阳能利用的初投资；3．光伏阵列可以在原地发电和用电，在一定距离范围内可以节省电站送电网的投资．对于联网用户系统，光伏阵列所发电力既可直接供给建筑曲负载使用，也可送入电网，在阴雨天、夜晚等光强很小的时候向负载供电。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；4．光伏阵列起到消减峰负荷的作用。在天气炎热的夏季，大量制冷设备的使用形成了电网用电的高峰。而这时由于阳光充足，是光伏阵列发电最多的时候，从而可以减少供电峰负荷。BIPV系统除保证自身建筑用电外，还可向电网供电，缓解了高峰电力需求；5．由于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，减少了墙体得热和室内空调冷负荷，节省了能源；6．光伏阵列只利用太阳能，避免了由于使用一般化石燃料发电所导致的空气污染和废渣污染，这一点在对环境保护要求严格的今天尤为重要，也是未来长期发展的方向；7．在建筑围护结构上安装光伏阵列，可以促进PV部件的大规模生产，从而能够进一步降低PV部件的市场价格，这对于BIPV系统的广泛应用有着极大的推动作用。2.光伏建筑一体化的结台形式按光伏与建筑的结合程度及方式的不同，可分为以下两种结台形式：一种是建筑与光伏系统相结合，另一种是建筑与光伏组件相结合。第一种形式是将市面上可以买到的常规的太阳能电池组件安装在建筑屋顶上，通过串联并联的方式形成一个体系后，再通过逆变器、控制器等电器设备与公用电网相连。第二种形式则是将光伏组件与建材复合，印用光侠式建材代替建筑原有的部分建材。这种结合形式可以分为以下三类：1.改变标准组件边框的型材，即成为一种太阳能屋面瓦式的太阳能电池组件，用这种组件铺在建筑屋顶上，取代原有的普通屋面瓦；2.将原有的边框去除，并将封装材料全部采用钢化玻璃，形成光伏幕墙组件可代替原先的普通玻璃幕墙；3.将柔性薄膜太阳能电池组件与原有的大面积屋面彩钢板板结合，铺设于大跨度建筑屋顶上，取代原有的屋面板。3.光伏建筑一体化——薄膜太阳能电池近年来，以GaAs、GaSb、GaInP、CuInSe2、CdS和CdTe等为代表的新型多元化合物薄膜太阳能电池，取得了较高的光电转换效率，如GaAs电池的转换效率目前已经达到30％。因为Ca、In等为比较稀有的元素，价格十分昂贵，而Cd为有毒元素，所以这些电池的发展必然将受到资源、环境的限制。于是，凝聚态稳定的有机薄膜太阳能电池开始受到人们广泛的关注。有机薄膜太阳能电池由于同时具有聚合物的可加工性和柔韧性，以及无机半导体特性或金属导电性，因而具有巨大的潜在商业应用价值．它与其他类型的太阳能电池相比，有机薄膜太阳能电池具有如下优点：(1)化学可变性大，原料来源广泛；2)有多种途径可改变和提高材料光谱吸收能力，扩展光谱吸收范围，并提高载流子的传送能力；(3)加工容易可大面积成膜，可采用旋转法、流延法成膜，还可进行拉伸取向使极性分子规整排列，采用LB膜技术可在分子生长方向控制膜的厚度；4)容易进行物理改性，如采用商能离子注入掺杂或辐照处理可提高载流子的传导能力，减小电阻损耗提高短路电流；(5)电池制作的结构可多样化：6)价格便宜，有机高分子半导体材料的合成工艺比较简单，如酞菁类染科早已实现工业化生产，因而成本低廉。这是有机太阳能电池实用化最具有竞争能力的因素。以美国Konarka公司生产的以高分子聚合物为衬底的柔性有机薄膜太阳能电池为例，Konarka公司生产的有机薄膜太阳能电池根据其主要材料成分分层，由上至下分为表面封装层，半透膜电级层，活性材料层、主电级层．衬底层等五层材料。由于中问的半连膜电极层