BIPV即Building?Integrated?Photovolta指的光伏建筑一體化。BIPV模式這種新能源利用方式能將太陽能光伏發(fā)電與建筑相結(jié)合,利用了建筑屋頂?shù)拈e置空間,組裝太陽能光伏發(fā)電模塊,滿足或者補(bǔ)充電力需求??萍夹Ч@示這種BIPV模式日后將與建筑物幕墻相結(jié)合,以獲得更多的陽光和電力但目前的BIPV主要以樓頂為主,應(yīng)用技術(shù)較為幼稚。BIPV建設(shè)初期利息較高,隨著我國(guó)財(cái)政對(duì)BIPV項(xiàng)目的大力支持,我國(guó)將大幅擴(kuò)大BIPV技術(shù)的應(yīng)用 A.太陽電池的基本原理和光伏發(fā)電的主要優(yōu)勢(shì)
1.1太陽電池的基本原理
太陽能光伏發(fā)電是太陽能利用的一種重要形式是采用太陽能蓄電池將光能轉(zhuǎn)換為電能的發(fā)電方式,而且隨著技術(shù)不時(shí)進(jìn)步,光伏發(fā)電有
可能成為最具發(fā)展前景的發(fā)電技術(shù)之一。太陽電池的基本原理為半導(dǎo)體的光伏效應(yīng)。當(dāng)太陽光或其它光照射到太陽電池上時(shí),電池吸
收光能產(chǎn)生“光生電子—空穴”對(duì)。電池內(nèi)電場(chǎng)作用下光生電子和空穴被分離,從而在電池兩端積累起異號(hào)電荷,即產(chǎn)生電壓。
1.2光伏發(fā)電的主要優(yōu)勢(shì)
1發(fā)電原理具有先進(jìn)性
即直接從光子轉(zhuǎn)換到電子,沒有中間過程:如熱能—機(jī)械能、機(jī)械能—電磁能轉(zhuǎn)換等和機(jī)械運(yùn)動(dòng),發(fā)
電形式極為簡(jiǎn)捷。
2太陽能資源的無限和分布特性
太陽能輻射取之不盡用之不竭,可再生并潔凈環(huán)保.陽光普照大地,無處不在,無需運(yùn)輸
不受霸權(quán)控制。
3光伏發(fā)電與環(huán)境關(guān)系
光伏發(fā)電沒有機(jī)械旋轉(zhuǎn)部件,無噪聲,沒有燃燒過程.不排放溫室氣體和其它廢氣、廢水.環(huán)境友好
真正的綠色發(fā)電。
4建造、裝配和維護(hù)特性
模塊化結(jié)構(gòu),規(guī)模大小隨意,易于建造安裝、裝配遷移.而且易于隨時(shí)擴(kuò)大發(fā)電容量??蓪?shí)現(xiàn)無人值
守,維護(hù)利息低。
B.光伏發(fā)電系統(tǒng)組成及各部分功能
光伏發(fā)電系統(tǒng)是采用太陽電池將太陽輻射能直按轉(zhuǎn)換成電能的完整的發(fā)電系統(tǒng)。一般來說,它由太陽電池方陣、控制器、蓄電池組、直流--交流逆變器等部分組成。
2.1太陽電池組件及方陣
太陽電池是光伏發(fā)電系統(tǒng)的核心。太陽電池單體是光電轉(zhuǎn)換的最小單元,尺寸一般為4~200cm2不等。太陽電池單體的工作電壓約為
0.5V,工作電流約為20~25mA,一般不能單獨(dú)作為電源使用。將太
陽電池單體進(jìn)行串并聯(lián)且封裝后,就成為太陽電池組件,其功率一般
為幾瓦至幾十瓦是可以單獨(dú)作為電源使用的最小單元。太陽電池組件再經(jīng)過串并聯(lián)并安裝在支架上,就構(gòu)成了太陽電池方陣,可以滿足,負(fù)載所要求的輸出功率。
2.2華申儲(chǔ)能蓄電池
蓄電池是光伏電站的貯能裝置
它將太陽電池方陣從太陽輻射能轉(zhuǎn)換來的直流電轉(zhuǎn)換為化學(xué)能貯存起來,以供應(yīng)用。獨(dú)立運(yùn)行的光
伏發(fā)電系統(tǒng)中必需配備儲(chǔ)能蓄電池以貯存和調(diào)節(jié)電能。當(dāng)日照充足而產(chǎn)生的電能過剩時(shí).蓄電池將多余的電能貯存起來,反之當(dāng)系統(tǒng)發(fā)電量缺乏或負(fù)荷用電量大時(shí),蓄電池向負(fù)載補(bǔ)充電能,并保持供電電壓的穩(wěn)定。
蓄電池是通過充電將電能轉(zhuǎn)換為化學(xué)能貯存起來,使用時(shí)再將化學(xué)能轉(zhuǎn)換為電能釋放進(jìn)去的化學(xué)電源裝置。用兩個(gè)分離的電極浸電解質(zhì)中而成。由還原物質(zhì)構(gòu)成的電極為負(fù)極由氧化態(tài)物質(zhì)構(gòu)成
電極為正極。當(dāng)外電路接通兩極時(shí),氧化還原反應(yīng)就在電極上進(jìn)行電極上的活性物質(zhì)就分別被氧化還原了,從而釋放出電能,這一過程稱為放電過程。放電之后,若有反方向電流流入電池時(shí)就可以使兩極活性物質(zhì)回復(fù)到原來的化學(xué)狀態(tài).這一過程稱為充電過程。光伏電站中與太陽電池方陣配用的蓄電池組通常是半浮充電狀態(tài)下長(zhǎng)期工作,考慮到連續(xù)陰雨天氣,蓄電池的設(shè)計(jì)容量一般是電負(fù)荷日耗電量的5~10倍。目前我國(guó)光伏發(fā)電系統(tǒng)配置的蓄電池多數(shù)為鉛酸蓄電池。
2.3充放電控制器
華申蓄電池尤其是鉛酸蓄電池
要求在充電和放電過程中加以控制頻繁的過充電和過放電都會(huì)影響蓄電池的使用壽命。過充電會(huì)使蓄電池大量出氣,電解水,造成水份散失和活性物質(zhì)的脫落,過放電則容易加速柵板的腐蝕和不可逆硫酸化。為了維護(hù)蓄電池不受過充電和過放電的損害則必需要有一套控制系統(tǒng)來防止蓄電池的過充電和過放電稱為充放電控制器。控制器通過檢測(cè)蓄電池的電壓或荷電狀態(tài)
判斷蓄電池是否已經(jīng)達(dá)到過充點(diǎn)或過放點(diǎn)并根據(jù)檢測(cè)結(jié)果發(fā)出繼續(xù)充、放電或終止充、放電的指令。
隨著光伏發(fā)電系統(tǒng)容量的不時(shí)增加,用戶對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)及運(yùn)行方式的合理性的要求越來越高,系統(tǒng)的平安性也更加突出和重要。因此近年來設(shè)計(jì)者又賦予控制器更多的維護(hù)和監(jiān)測(cè)功能。此外控制
器在控制原理和元器件方面也有了很大發(fā)展和提高,目前先進(jìn)的系統(tǒng),控制器已經(jīng)使用了微處理器實(shí)現(xiàn)了軟件編程和智能控制。
2.4直流—交流逆變器
眾所周知:整流器的功能是將50Hz交流電整流成為直流電。而逆變器與整流器恰好相反,它功能是將直流電轉(zhuǎn)換為交流電。這
種對(duì)應(yīng)于整流的逆過程稱為“逆變”太陽電池在陽光照射下產(chǎn)生直流電然而以直流電形式供電的系統(tǒng)有很大的局限性。例如熒光燈、
電視機(jī)、電冰箱、電風(fēng)扇等均不能直接用直流電源供電絕大多數(shù)動(dòng)力機(jī)械也是如此。此外當(dāng)供電系統(tǒng)需要升高電壓或降低電壓時(shí)交流系統(tǒng)只需加一個(gè)變壓器即可而在直流系統(tǒng)中升降壓技術(shù)與裝置則要復(fù)雜得多。因此除特殊用戶外,在光伏發(fā)電系統(tǒng)中都需要配備逆變器。逆變器還具備自動(dòng)調(diào)壓或手動(dòng)調(diào)壓功能,可改善光伏發(fā)電系統(tǒng)供電質(zhì)量。另外光伏發(fā)電系統(tǒng)若要實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)運(yùn)行,則輸出必需為交流。因此逆變器已成為光伏發(fā)電系統(tǒng)中不可缺少的重要設(shè)備。
光伏系統(tǒng)中,要求逆變器有較高的逆變效率和可靠性,對(duì)直流輸入電壓有較寬的適應(yīng)范圍。逆變器的輸出波形有方波、階梯波、正弦波等類型。中、大容
量的光伏發(fā)電系統(tǒng)中,逆變器的輸出應(yīng)為失真度較小的正弦波。這是由于在中、大容量系統(tǒng)中,若采用方波供電,則輸出將含有較多諧波高次諧波將發(fā)生附加損耗許多光伏發(fā)電系統(tǒng)的負(fù)載為通信或儀表設(shè)備.這些設(shè)備對(duì)供電品質(zhì)有較高的要求。另外當(dāng)中、大容量光伏發(fā)電系統(tǒng)并網(wǎng)運(yùn)行時(shí),為防止對(duì)公共電網(wǎng)的電力污染,也要求逆變器輸出失真度滿足要求的正弦波。
C.光伏發(fā)電系統(tǒng)的應(yīng)用
中國(guó)是光伏產(chǎn)業(yè)大國(guó)
中國(guó)光伏企業(yè)生產(chǎn)的太陽電池占據(jù)全球市場(chǎng)份額50%以上。但國(guó)產(chǎn)太陽電池約98%入口,銷往國(guó)內(nèi)市場(chǎng)僅占很小一部分。國(guó)內(nèi)光伏系統(tǒng)的應(yīng)用還處在初步階段.目前主要有通信和
工業(yè)應(yīng)用、農(nóng)村和遙遠(yuǎn)地區(qū)應(yīng)用、太陽能商品、光伏建筑一體化、大型荒漠光伏電站等。今后依照可再生能源發(fā)展規(guī)劃將逐步擴(kuò)大光伏發(fā)電系統(tǒng)裝機(jī)容量。
3.1通信和工業(yè)應(yīng)用
主要有微波中繼站、光纜通信系統(tǒng)、衛(wèi)星通信和衛(wèi)星電視接收系統(tǒng)、農(nóng)村程控電話系統(tǒng)、部隊(duì)通信系統(tǒng)、鐵路和公路信號(hào)系統(tǒng)、燈塔和航標(biāo)燈電源、氣象和地震臺(tái)站、水文觀測(cè)系統(tǒng)、水閘陰極保護(hù)和石油管道陰極保護(hù)等。
3.2農(nóng)村和遙遠(yuǎn)地區(qū)應(yīng)用
要有獨(dú)立光伏電站,村莊供電系統(tǒng)、小型風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)、太陽能照明燈、太陽能水泵、農(nóng)村社團(tuán)學(xué)校、醫(yī)院、飯店、商店、卡拉OK廳等。
3.3太陽能商品
主要有太陽能路燈、太陽能庭院燈、太陽能草坪燈、太陽能噴泉、太陽能鄉(xiāng)村景觀、太陽能信號(hào)標(biāo)識(shí)、太陽能廣告燈箱、太陽能電動(dòng)汽車、太陽能游艇、太陽能鐘、太陽能帽、太陽能手表、太陽能玩具等。
3.4光伏建筑一體化BIPV
BIPV即Building?Integrated?Photovolta指的光伏建筑一體化。BIPV模式這種新能源利用方式能將太陽能光伏發(fā)電與建筑相結(jié)合,利用了建筑屋頂?shù)拈e置空間,組裝太陽能光伏發(fā)電模塊,滿足或者補(bǔ)充電力需求。科技效果顯示這種BIPV模式日后將與建筑物幕墻相結(jié)合,以獲得更多的陽光和電力但目前的BIPV主要以樓頂為主,應(yīng)用技術(shù)較為幼稚。BIPV建設(shè)初期利息較高,隨著我國(guó)財(cái)政對(duì)BIPV項(xiàng)目的大力支持,我國(guó)將大幅擴(kuò)大BIPV技術(shù)的應(yīng)用。
光伏建筑一體化的優(yōu)勢(shì)是
1清潔能源節(jié)能并減少環(huán)境污染
2一旦市政發(fā)生特殊情況如地震災(zāi)難時(shí),太陽能光伏發(fā)電,能夠滿足本建筑的需求,不會(huì)因?yàn)槭姓娋W(wǎng)中斷而斷電。
3.5大型荒漠光伏電站
氣象資料顯示:中國(guó)太陽能資源豐富,主要集中在西北地區(qū)。太陽能資源極豐富帶的地區(qū)包括西藏大部、新疆南部以及青海、甘肅和內(nèi)蒙古的西部。這些地區(qū)的年太陽照量超過1750kWh/m2.a,而且
月際最大與最小可利用日數(shù)的比值較小,年變化較穩(wěn)定,是太陽能資源利用條件最佳的地區(qū)。這些地區(qū)大部分為荒漠,很適合利用起來建設(shè)大型荒漠光伏電站。大型荒漠光伏電站建設(shè)已經(jīng)啟動(dòng)如青海省格爾木200MW大型荒漠光伏電站已經(jīng)并網(wǎng)投運(yùn)。
3.6光伏發(fā)電未來應(yīng)用前景
2009年12月中國(guó)政府在哥本哈根氣候變化領(lǐng)導(dǎo)人會(huì)議上承諾至2020年我國(guó)單位國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值二氧化碳排放比2005年下降
40%-45%非石化能源占一次能源消費(fèi)的比重提高至15%左右。這是世界上最大的發(fā)展中國(guó)家應(yīng)對(duì)氣候變化的莊重許諾表明我國(guó)政府在應(yīng)對(duì)氣候變化和降低二氧化碳排放問題上作為一個(gè)負(fù)責(zé)任大國(guó)的態(tài)度和決心。可再生能源發(fā)展“十二五”規(guī)劃》確定的光伏發(fā)電裝機(jī)
目標(biāo)為,到2015年達(dá)1000萬kW,到2020年達(dá)5000萬kW中國(guó)
光伏發(fā)電技術(shù)的應(yīng)用潛力巨大。