【正文】 市的使用，從簡(jiǎn)單的安裝光伏組件，到現(xiàn)在能夠把光伏組件和建筑進(jìn)行很好的結(jié)合，使得太陽(yáng)能發(fā)電得到更廣闊的發(fā)展空間，“光伏建筑一體化” (BIPV)的概念于 1991年被正式提出。 本文介紹了光伏系統(tǒng)的種類(lèi)和特征，并介紹了組成光伏系統(tǒng)的各個(gè)主要部分，包括太陽(yáng)能電池板、逆變器、蓄電池、電力調(diào)控器等。在介紹完系統(tǒng) 組成后緊接著講解 BIPV 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)流程，包括場(chǎng)地選取、負(fù)荷分析、確定系統(tǒng)大小以及關(guān)鍵元件的選取，這是設(shè)計(jì)一套性能優(yōu)良的 BIPV 系統(tǒng)所必需的。 因 此 本文采用 系統(tǒng)的 設(shè)計(jì)方案并將其作為示范工程在其生活 園區(qū)了建造了此 BIPV 別墅 。 關(guān)鍵詞 :太陽(yáng)能發(fā)電 。太陽(yáng)能電池 。獨(dú)立光伏系統(tǒng) 。光伏建筑一體化 1 第 1 章 緒論 人類(lèi)所面臨的能源危機(jī) 在人類(lèi)社會(huì)生存和發(fā)展所需的物質(zhì)基礎(chǔ)中，能源是極為重要的基礎(chǔ)，在最近的兩百年中，煤炭和石油等化石能源對(duì)人類(lèi)社會(huì)的發(fā)展起了極大的推動(dòng)作用。然而，在人類(lèi)物質(zhì)文明和精神文明不斷發(fā)展的同時(shí)， 人們也意識(shí)到大規(guī)模使用這些化石燃料所帶來(lái)的嚴(yán)重后果，資源日益枯竭，環(huán)境不斷惡化，這些問(wèn)題己經(jīng)展現(xiàn)在人們的面前 [1]。 由于常規(guī)能源的有限性和分布的不均勻性，造成了世界上大部分國(guó)家能源供應(yīng)不足 [2]，不能滿(mǎn)足其經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要，我國(guó)的能源供求情況也面臨著非常嚴(yán)峻的挑戰(zhàn) [3]， 化石 能源面臨枯竭的危機(jī)是太陽(yáng)能發(fā)電得到大力發(fā)展的主要原因之一。據(jù)權(quán)威人士分析，即使以目前的速度開(kāi)采現(xiàn)今已探明的能源儲(chǔ)量，煤炭、石油和天然氣的還可以開(kāi)采的時(shí)間分別為 200、 40 和 60 年 [4]，而傳統(tǒng)的電能多來(lái)源于煤炭和使用等化石燃料的燃燒?，F(xiàn) 代社會(huì)的發(fā)展越來(lái)月迅速，對(duì)能源的需要量將迅速增大，這會(huì)限制加速化石能源的枯竭，如果還不開(kāi)發(fā)可以大規(guī)模使用的可再生能源，人類(lèi)社會(huì)的發(fā)展將被能源問(wèn)題所限制。 太陽(yáng)能發(fā)電的優(yōu)勢(shì) 相對(duì)應(yīng)常規(guī)能源，太陽(yáng)能資源具有常規(guī)能源所不具備的特殊優(yōu)點(diǎn)。常規(guī)能源通常不具備以下四個(gè)太陽(yáng)能資源所獨(dú)有的優(yōu)點(diǎn) 。 (1)時(shí)間長(zhǎng)久 :根據(jù)天文專(zhuān)家的研究，太陽(yáng)系的存在時(shí)間大約為 50億年。太陽(yáng)的能量來(lái)源于其內(nèi)部發(fā)生的由四個(gè)氫原子核聚變成一個(gè)氦原子核的熱核反應(yīng)。根據(jù)太陽(yáng)中的氫含量和核反應(yīng)速度計(jì)算，太陽(yáng)還可以以現(xiàn)在的發(fā)光強(qiáng)度持續(xù)發(fā)光數(shù)百萬(wàn)年。相對(duì) 應(yīng)人類(lèi)的存在時(shí)間來(lái)說(shuō)，稱(chēng)其為“取之不盡用之不竭”毫不為過(guò) 。 (2)能量巨大 :根據(jù)現(xiàn)有太陽(yáng)輻射強(qiáng)度和地球受光面積計(jì)算，太陽(yáng)每年輻射到地球上的能量大約相當(dāng)于 130 萬(wàn)億噸煤燃燒的能量，大約是現(xiàn)在人類(lèi)所消耗各種能量總和的 lxl04 倍 。 (3)隨處可得 :太陽(yáng)將光能輻射到地面，不會(huì)像其它能源那樣受制于地理位置，也不需要像其它能源那樣運(yùn)輸。幾乎可以說(shuō)是隨處可得，隨采隨用，無(wú)論是開(kāi)發(fā)還是使用都非常方便 。 2 (4)清潔安全 :使用太陽(yáng)能既不用像擔(dān)心使用化石能源那樣擔(dān)心環(huán)境被污染，也不用擔(dān)心像使用核能那樣擔(dān)心危險(xiǎn)的產(chǎn)生，所以太陽(yáng)能被稱(chēng)為“干凈能源”和“安全能源”。 光伏與建筑一體化優(yōu)點(diǎn) 所謂“光伏建筑一體化”， 簡(jiǎn)稱(chēng) BIPV， 也就是將光伏組件與建筑物結(jié)合，使得光伏組件不但可以發(fā)電，而且還是建筑物屋頂或外墻的一部分，這樣的發(fā)電方式不但環(huán)保，還可節(jié)約光伏系統(tǒng)的成本。 BIPV系統(tǒng)的安裝方式有兩種 [5]， 分別為與屋頂結(jié)合和與墻面結(jié)合。而在與建筑物的結(jié)合方式中，可以是建筑物與光伏系統(tǒng)結(jié)合，也可以是光伏系統(tǒng)與建筑材料結(jié)合。前者是將光伏系統(tǒng)完美地安裝在建筑物上，使建筑物的美觀不被破壞，甚至讓建筑物更美觀 。而后者是將光伏元件制造成為一種建筑材料 ，這樣的“建筑材料”自然不但可以發(fā)電還而且還起著建材的作用。 近年來(lái)，隨著太陽(yáng)能光伏系統(tǒng)在建筑上的廣泛應(yīng)用，其優(yōu)勢(shì)已經(jīng)逐漸被人們所認(rèn)識(shí)，總結(jié)起來(lái)大致有一下優(yōu)點(diǎn)： （ 1）削峰填谷作用。夏季，由于大量制冷設(shè)備的使用，電網(wǎng)處于用地啊高峰期。光伏系統(tǒng)在建筑上的應(yīng)用，除了保障建筑自身用電外，還可以向電網(wǎng)供電，從而舒緩高峰電力需求，解決電網(wǎng)峰谷供需矛盾，具有極大的社會(huì)效益。 （ 2）減少電力損失。光伏系統(tǒng)與建筑結(jié)合使用，可實(shí)現(xiàn)原地發(fā)電，原地用電，在一定距離范圍內(nèi)可以節(jié)省電站送電網(wǎng)的投資 。在那些架設(shè)公共電網(wǎng)非常昂貴的地方， 太陽(yáng)能光伏發(fā)電是一個(gè)具有很高性?xún)r(jià)比的替代產(chǎn)品。 （ 3）節(jié)省城市土地。光伏組件可以有效利用利用建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)表面，如屋頂和墻面，無(wú)需額外用地或增建其他設(shè)施，適于人口密集的地方使用。這對(duì)于土地昂貴的城市尤其重要。 對(duì)于并網(wǎng)的 BIPV，也可將多余的電力輸送給公共電網(wǎng)，緩解周邊用電需求；若陰雨天發(fā)電不足時(shí)，可從公共電網(wǎng)取電，彌補(bǔ)用電需 要。 （ 4）減少氣體排放。由于采用光伏系統(tǒng)為建筑供電，避免了由于使用一般化石燃料發(fā)電所導(dǎo)致的空氣污染和廢渣污染，降低二氧化碳等氣體的排放，這對(duì)于環(huán)保要求越來(lái)越高的今天和未來(lái)是至關(guān)重要的。 但是隨著光伏與建筑一體化水平的不斷提高，初具備以上優(yōu)點(diǎn)之外，3 一些新的附加功能也日益體現(xiàn)出來(lái)，可見(jiàn)光伏應(yīng)用技術(shù)作為一種新型的技術(shù)，在建筑學(xué)上已經(jīng)成為一種新的可行的選擇。 在能源和環(huán)保壓力的促進(jìn)下，太陽(yáng)能光伏技術(shù)已逐步成為國(guó)際社會(huì)走向可持續(xù)發(fā)展道路的首選技術(shù)之一。對(duì)于幾千瓦以下的小型發(fā)電系統(tǒng)，采用太陽(yáng)能光伏發(fā)電是最為理想的。而 BIPV 的并網(wǎng)發(fā)電已成為近年來(lái)光伏應(yīng)用的主要方向和熱點(diǎn)。聯(lián)合國(guó)能源機(jī)構(gòu)最近發(fā)布的調(diào)查報(bào)告顯示，光伏建筑一體化（ BIPV）將成為 21 世紀(jì)的市場(chǎng)熱點(diǎn)，太陽(yáng)能建筑業(yè)將是 21世紀(jì)最重要的新興產(chǎn)業(yè)之一 。 光伏與建筑一體化應(yīng)用技術(shù)可以利用太陽(yáng)能這種巨大的可再生能源來(lái)產(chǎn)生電力，又可以作為多功能建筑材料構(gòu)成實(shí)際的建筑構(gòu)材，為建筑提供 遮陽(yáng)、通風(fēng)等附加功能。 如表 所示。 表 光伏與建筑一體化附加功能 一體化形式 附加功能 屋頂平行安裝 保溫隔熱、通風(fēng)屋頂 墻體結(jié)合安裝 有效降低建筑墻體溫度，減少空調(diào)冷負(fù)荷 光伏幕墻 具有遮陽(yáng)作用，節(jié)省建筑面積 光伏遮陽(yáng)板 具有遮陽(yáng)作用 太陽(yáng)能瓦 綜合使用材料，節(jié)約成本 采光頂 采光照明 4 第 2 章 新余市的地理情況及基本氣象 新余市的基 本氣象 ①氣溫：年平均氣溫 ℃。 7月份全年最熱時(shí)期 ,極端最高氣溫 ℃ ,月平均氣溫 ℃ ； 1 月份全年最冷時(shí)期，極端最低氣溫－ ℃ ,月平均氣溫 ℃ 。 ② 降雨量：降水豐沛，年平均降水量 左右，月平均降水量，屬于全國(guó)多雨地區(qū)。 ③ 風(fēng)速：根據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，歷年平均風(fēng)速 20 米／秒 ④濕度：年平均相對(duì)濕度 80％ ⑤地溫：年平均地溫 ℃ ⑥日照時(shí)數(shù)：歷年平均日照時(shí)數(shù) 小 時(shí)，日平均 5 個(gè)小時(shí) 新余市歷年平均基本氣象資料如表