光伏建筑一体化系统研究与设计

【摘要】：在现代社会中，由于石油、煤炭等化石能源的大量消耗导致了能源危机、环境污染、温室效应等一系列严重的社会问题。人们迫切的寻找一种可再生能源来替代传统的化石能源。太阳能由于清洁环保、资源丰富、获取方便等优良特性得到了人们的关注。近些年来，各国政府为了实现低碳目标，更是加大了研发力度，光伏技术因此得到了飞速的发展。光伏建筑一体化（BIPV）正是在这种背景下产生并发展成光伏技术重要的应用形式。 在光伏技术发展的50年历程中，太阳能电池从最初品种单一的晶硅电池发展到现在的品种繁多的薄膜电池、染料敏化电池和有机物电池。新技术、新材料的应用使太阳能电池的性能得到极大提高。薄膜太阳能电池通过其优异的性能，大大降低了BIPV系统成本，提高了系统工作性能，丰富了安装形式，扩展应用的范围，有力的促进了BIPV的推广和使用。 BIPV的概念出现在70年代末的美国。由于其绿色环保、不需要额外的土地、可实现多种功能等诸多优异特点，各国纷纷投入到BIPV技术的研究和发展之中。经过众多研究者的努力之下，BIPV已经从最初的光伏阵列在建筑物上的简单堆砌的形式发展到现在的光伏系统以屋顶、墙体，遮阳或者雨棚等形式与建筑物融为一体，成为建筑物密不可分的一部分。 BIPV是一个利用光伏发电技术与建筑科学相结合的复杂系统，其系统性能不仅受到采用的太阳能电池种类、安装位置与形式、系统搭建形式、电气设备的选择等多种内在因素的影响，同时也受到项目所在地点气候类型、光照强度、温度等外部自然条件的制约。因此，一个成功的BIPV系统不仅要考虑某一特定因素的影响，还要从系统的整体出发，综合考虑各种制约条件，平衡利弊，使系统的性能表现达到最佳水平。 BIPV系统不仅要实现光伏发电的功能，同时也履行着作为建筑材料的建筑职能。BIPV系统设计者必须细致分析项目特点；根据建筑美学、建筑职能、最大电量输出、系统稳定性和可维护性四个设计原则，按照先进行建筑职能设计后进行光伏发电系统设计的方法和步骤设计BIPV系统。 为了更加清晰直观的说明BIPV的设计方法和步骤，本文将以沈阳一座大型商业购物中心为基础，根据该购物中心的建筑特点，为之设计一套与之建筑特点和建筑职能相符的BIPV系统。在设计过程中，光伏设计模拟软件PVsyst被采用以模拟计算该项目BIPV的发电效能。PVsyst中的项目地理位置、气温、太阳辐射照度、建筑物环境等系统参数是根据购物中心的真实数据设置，用以保证BIPV系统的最终模拟效果真实可靠。 本文首先通过太阳能电池的种类、基本性能的介绍，说明了薄膜电池在光伏建筑一体化中应用的优势。并通过论述BIPV的安装方式，应用的特点和影响BIPV性能的因素几方面内容，对BIPV建立清晰而透彻的理解，为设计BIPV系统做好了知识准备。随后，论文着重讨论如何设计BIPV系统，并以实际项目为例做以分析。软件PVsyst在BIPV系统设计过程中被使用作为模拟仿真计算的工具，并根据输入的系统参数计算BIPV系统的功率输出。最后，论文的总结和对BIPV系统发展的建议在论文的最后部分陈述。 【关键词】：光伏建筑一体化 太阳能电池 薄膜电池 PVsyst
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TU18;TM615
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-11
• 第1章 绪论11-17
• 1.1 研究背景11-14
• 1.1.1 太阳能的特性11-12
• 1.1.2 光伏产业的发展12-13
• 1.1.3 光伏建筑一体化的发展13-14
• 1.2 研究目的14-15
• 1.3 研究方法15-16
• 1.4 论文结构16
• 1.5 本章小结16-17
• 第2章 太阳能电池17-31
• 2.1 简介17
• 2.2 太阳能电池发电原理17-18
• 2.3 太阳能电池种类18-20
• 2.4 晶硅太阳能电池20-22
• 2.4.1 晶硅太阳能电池外观20-21
• 2.4.2 晶硅太阳能电池的光电转换效率21
• 2.4.3 晶硅太阳能电池缺点21-22
• 2.5 薄膜太阳能电池22-28
• 2.5.3 非晶硅太阳能电池22-25
• 2.5.4 碲化镉太阳能电池25-27
• 2.5.5 铜铟镓硒太阳能电池27-28
• 2.6 薄膜太阳能电池在 BIPV 中的优势28-30
• 2.7 本章小结30-31
• 第3章 光伏建筑一体化31-40
• 3.1 简介31-32
• 3.2 光伏建筑一体化的优点32-33
• 3.3 光伏建筑一体化的安装形式33-34
• 3.4 影响 BIPV 系统性能表现的因素34-38
• 3.4.1 地理环境和气候因素35-36
• 3.4.2 光伏组件朝向和倾角因素36-37
• 3.4.3 阴影遮挡因素37-38
• 3.4.4 温度因素38
• 3.5 本章小结38-40
• 第4章 光伏建筑一体化系统的设计40-61
• 4.1 简介40
• 4.2 光伏建筑一体化的设计的原则和方法40-42
• 4.2.1 设计原则40-41
• 4.2.2 设计方法41-42
• 4.3 BIPV 的系统设计42-59
• 4.3.1 项目介绍43-44
• 4.3.2 项目分析44-48
• 4.3.2.1 气候分析45-46
• 4.3.2.2 建筑物分析46-48
• 4.3.3 光伏系统设计48-59
• 4.3.3.1 项目参数设定49-51
• 4.3.3.2 设定光伏组件朝向51-52
• 4.3.3.3 光照范围设定52-53
• 4.3.3.4 阴影设定53-54
• 4.3.3.5 系统设计54-58
• 4.3.3.6 软件模拟58-59
• 4.3.4 系统并网连接59
• 4.4 本章小结59-61
• 第5章 总结与建议61-63
• 5.1 总结61
• 5.2 BIPV发展建议61-63
• 参考文献63-68
• 致谢68

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