光伏建筑一體化系統(tǒng)研究與設(shè)計(jì)

【摘要】：在現(xiàn)代社會中，由于石油、煤炭等化石能源的大量消耗導(dǎo)致了能源危機(jī)、環(huán)境污染、溫室效應(yīng)等一系列嚴(yán)重的社會問題。人們迫切的尋找一種可再生能源來替代傳統(tǒng)的化石能源。太陽能由于清潔環(huán)保、資源豐富、獲取方便等優(yōu)良特性得到了人們的關(guān)注。近些年來，各國政府為了實(shí)現(xiàn)低碳目標(biāo)，更是加大了研發(fā)力度，光伏技術(shù)因此得到了飛速的發(fā)展。光伏建筑一體化（BIPV）正是在這種背景下產(chǎn)生并發(fā)展成光伏技術(shù)重要的應(yīng)用形式。 在光伏技術(shù)發(fā)展的50年歷程中，太陽能電池從最初品種單一的晶硅電池發(fā)展到現(xiàn)在的品種繁多的薄膜電池、染料敏化電池和有機(jī)物電池。新技術(shù)、新材料的應(yīng)用使太陽能電池的性能得到極大提高。薄膜太陽能電池通過其優(yōu)異的性能，大大降低了BIPV系統(tǒng)成本，提高了系統(tǒng)工作性能，豐富了安裝形式，擴(kuò)展應(yīng)用的范圍，有力的促進(jìn)了BIPV的推廣和使用。 BIPV的概念出現(xiàn)在70年代末的美國。由于其綠色環(huán)保、不需要額外的土地、可實(shí)現(xiàn)多種功能等諸多優(yōu)異特點(diǎn)，各國紛紛投入到BIPV技術(shù)的研究和發(fā)展之中。經(jīng)過眾多研究者的努力之下，BIPV已經(jīng)從最初的光伏陣列在建筑物上的簡單堆砌的形式發(fā)展到現(xiàn)在的光伏系統(tǒng)以屋頂、墻體，遮陽或者雨棚等形式與建筑物融為一體，成為建筑物密不可分的一部分。 BIPV是一個(gè)利用光伏發(fā)電技術(shù)與建筑科學(xué)相結(jié)合的復(fù)雜系統(tǒng)，其系統(tǒng)性能不僅受到采用的太陽能電池種類、安裝位置與形式、系統(tǒng)搭建形式、電氣設(shè)備的選擇等多種內(nèi)在因素的影響，同時(shí)也受到項(xiàng)目所在地點(diǎn)氣候類型、光照強(qiáng)度、溫度等外部自然條件的制約。因此，一個(gè)成功的BIPV系統(tǒng)不僅要考慮某一特定因素的影響，還要從系統(tǒng)的整體出發(fā)，綜合考慮各種制約條件，平衡利弊，使系統(tǒng)的性能表現(xiàn)達(dá)到最佳水平。 BIPV系統(tǒng)不僅要實(shí)現(xiàn)光伏發(fā)電的功能，同時(shí)也履行著作為建筑材料的建筑職能。BIPV系統(tǒng)設(shè)計(jì)者必須細(xì)致分析項(xiàng)目特點(diǎn)；根據(jù)建筑美學(xué)、建筑職能、最大電量輸出、系統(tǒng)穩(wěn)定性和可維護(hù)性四個(gè)設(shè)計(jì)原則，按照先進(jìn)行建筑職能設(shè)計(jì)后進(jìn)行光伏發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)的方法和步驟設(shè)計(jì)BIPV系統(tǒng)。 為了更加清晰直觀的說明BIPV的設(shè)計(jì)方法和步驟，本文將以沈陽一座大型商業(yè)購物中心為基礎(chǔ)，根據(jù)該購物中心的建筑特點(diǎn)，為之設(shè)計(jì)一套與之建筑特點(diǎn)和建筑職能相符的BIPV系統(tǒng)。在設(shè)計(jì)過程中，光伏設(shè)計(jì)模擬軟件PVsyst被采用以模擬計(jì)算該項(xiàng)目BIPV的發(fā)電效能。PVsyst中的項(xiàng)目地理位置、氣溫、太陽輻射照度、建筑物環(huán)境等系統(tǒng)參數(shù)是根據(jù)購物中心的真實(shí)數(shù)據(jù)設(shè)置，用以保證BIPV系統(tǒng)的最終模擬效果真實(shí)可靠。 本文首先通過太陽能電池的種類、基本性能的介紹，說明了薄膜電池在光伏建筑一體化中應(yīng)用的優(yōu)勢。并通過論述BIPV的安裝方式，應(yīng)用的特點(diǎn)和影響B(tài)IPV性能的因素幾方面內(nèi)容，對BIPV建立清晰而透徹的理解，為設(shè)計(jì)BIPV系統(tǒng)做好了知識準(zhǔn)備。隨后，論文著重討論如何設(shè)計(jì)BIPV系統(tǒng)，并以實(shí)際項(xiàng)目為例做以分析。軟件PVsyst在BIPV系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中被使用作為模擬仿真計(jì)算的工具，并根據(jù)輸入的系統(tǒng)參數(shù)計(jì)算BIPV系統(tǒng)的功率輸出。最后，論文的總結(jié)和對BIPV系統(tǒng)發(fā)展的建議在論文的最后部分陳述。 【關(guān)鍵詞】：光伏建筑一體化 太陽能電池 薄膜電池 PVsyst
【學(xué)位授予單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2012
【分類號】：TU18;TM615
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-11
• 第1章 緒論11-17
• 1.1 研究背景11-14
• 1.1.1 太陽能的特性11-12
• 1.1.2 光伏產(chǎn)業(yè)的發(fā)展12-13
• 1.1.3 光伏建筑一體化的發(fā)展13-14
• 1.2 研究目的14-15
• 1.3 研究方法15-16
• 1.4 論文結(jié)構(gòu)16
• 1.5 本章小結(jié)16-17
• 第2章 太陽能電池17-31
• 2.1 簡介17
• 2.2 太陽能電池發(fā)電原理17-18
• 2.3 太陽能電池種類18-20
• 2.4 晶硅太陽能電池20-22
• 2.4.1 晶硅太陽能電池外觀20-21
• 2.4.2 晶硅太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率21
• 2.4.3 晶硅太陽能電池缺點(diǎn)21-22
• 2.5 薄膜太陽能電池22-28
• 2.5.3 非晶硅太陽能電池22-25
• 2.5.4 碲化鎘太陽能電池25-27
• 2.5.5 銅銦鎵硒太陽能電池27-28
• 2.6 薄膜太陽能電池在 BIPV 中的優(yōu)勢28-30
• 2.7 本章小結(jié)30-31
• 第3章 光伏建筑一體化31-40
• 3.1 簡介31-32
• 3.2 光伏建筑一體化的優(yōu)點(diǎn)32-33
• 3.3 光伏建筑一體化的安裝形式33-34
• 3.4 影響 BIPV 系統(tǒng)性能表現(xiàn)的因素34-38
• 3.4.1 地理環(huán)境和氣候因素35-36
• 3.4.2 光伏組件朝向和傾角因素36-37
• 3.4.3 陰影遮擋因素37-38
• 3.4.4 溫度因素38
• 3.5 本章小結(jié)38-40
• 第4章 光伏建筑一體化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)40-61
• 4.1 簡介40
• 4.2 光伏建筑一體化的設(shè)計(jì)的原則和方法40-42
• 4.2.1 設(shè)計(jì)原則40-41
• 4.2.2 設(shè)計(jì)方法41-42
• 4.3 BIPV 的系統(tǒng)設(shè)計(jì)42-59
• 4.3.1 項(xiàng)目介紹43-44
• 4.3.2 項(xiàng)目分析44-48
• 4.3.2.1 氣候分析45-46
• 4.3.2.2 建筑物分析46-48
• 4.3.3 光伏系統(tǒng)設(shè)計(jì)48-59
• 4.3.3.1 項(xiàng)目參數(shù)設(shè)定49-51
• 4.3.3.2 設(shè)定光伏組件朝向51-52
• 4.3.3.3 光照范圍設(shè)定52-53
• 4.3.3.4 陰影設(shè)定53-54
• 4.3.3.5 系統(tǒng)設(shè)計(jì)54-58
• 4.3.3.6 軟件模擬58-59
• 4.3.4 系統(tǒng)并網(wǎng)連接59
• 4.4 本章小結(jié)59-61
• 第5章 總結(jié)與建議61-63
• 5.1 總結(jié)61
• 5.2 BIPV發(fā)展建議61-63
• 參考文獻(xiàn)63-68
• 致謝68

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