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                光伏建筑一体化在夏热冬冷地区的应用
                 
                发布时间: 2011-12-26 [特大 ]

                   

                  目前,我国光伏建筑一体化的应用主要集中在大型示范工程中,包括上海世博会主题馆,京沪高铁虹桥站等大型项目,而大部分建筑师对此类新兴建筑材料仍比较陌生。光伏建筑一体化的可行性受地域气候条件、周围环境、经济成本等影响,决定它是否能大范围推广应用。

                  1.夏热冬冷地区的太】阳辐射特点

                  光伏建筑一体化的应用首先应考虑地域的太阳能资源。太阳★能电池的发电量取决于所获得的太阳辐射量,而太阳辐射量的多少与太阳高度、地理纬度、海拔高度、大气质量、大气透明度、日照时间等有关。一年中四季的变化,一天︾中时间的变化,到达地面的太阳辐射直射和散射的比例,地表面的@反射系数等因素都会影响太阳能的发电。

                  夏热冬冷地区适于应用太阳能资源。对于光伏系统设计,一个重◤要的设计参数是每日平均水平面上的太阳辐射。我国的太阳能资源属于丰富地区,每年陆地表面接受的太阳辐射能量约为5×1019KJ,全国各地太阳能辐射总█量达335~837KJ·cm2·a。夏热冬冷地区根据我国的太阳能资源分布图划分属太阳能资源的III类地区。本区其太阳光辐射通量平均约为468.7KJ.cm-2,水平面上年均辐射为4500-4700MJ.m-2。按照标准辐射(AM1.51000W.m2)换算,则相当于全年的标准日照时数为1300kWh,平均每日标准≡日照时数为3.56小时。夏热冬冷地区的太阳辐射特点是太阳能辐射主要集中在夏季。夏季的月日照时数比冬季的多一半以上,其中长沙市的夏←季与冬季的月平均日照时数差别最∏大,达到2.7倍。夏热冬冷地区的日〇照时数与北美洲相当,优于欧洲国家。

                  2.光伏板及其位置优化

                  光伏板的基本构成单位是太阳能电池。太阳能电池类型的选择决定光伏板的最№终的光电效能。太阳能电池的类型根据技术的发展阶段分为第一代薄片式、第二代薄膜式和第三代涂层式。第一代是以晶体硅为原料¤的薄片式太阳能电池,包括单晶硅和多晶硅电池;由于晶体硅的价格高,限制市场应用,产生了减少晶体硅用量的第二代薄膜式太阳能电池;第三代电池与前面两代的♀最大不同是制作中应用有机物和纳米技术,形成了光化学太阳能电池、染料光敏化太阳能电池和纳米结晶太阳能电池。这些电池在外形、性能、色彩和太阳能转化率方面『有较大差别。

                  光伏板的光电效能除了受太阳能电池的影响,还取决于其相对于太阳的位置。光伏板的位置可由它的倾斜角(从地面0°到垂直与地面90°)和方位角(从南向0°到东向90°)确定。倾斜角度对于单晶硅、多晶硅和薄膜电池都有影响。最佳的倾斜角度是20°~30°。当倾斜角度达到90°时,光电板的发电量只有其最佳状态的㊣50%~60%。光电板的方位角同样对其发电量有较大影响。方位角在0°~30°之间时,光电效能保持较稳定的状态,超过此范围光电效能逐渐衰弱。

                  3.光伏建筑一◥体化应用的经济分析

                  光伏建筑一体化的投资造价是决定其能否推广应用的关键因素,然而对它的经济效益分析需从全生命周期去考虑而非只注重初期投资。光伏建筑一体化的经济分析包括成本和收益两部分。

                  3.1成本

                  光伏建筑一体化的投资成本包括太阳能电池组件和并网逆变系统以及安装施工、维护费用等。太阳能电池组件的造价可以根据最新的太阳能电池每峰瓦的报价算出。光伏板的成本占总成本的约37%,并网设备系统及安装施工的价格可以大致推算出。为保证光伏板高效工作,每年需清洗维护两次,按清@ 洗价格约为2元每平方米、光伏板∏的使用寿命为25年计算,全寿命期的维护成本合计每平方米为100元。太阳能薄膜式非晶硅电池光伏系统的造价只有单晶硅电池光伏系统的28%,而晶体硅光伏系统的成本差别不大。

                  3.2收益〓和投资回报期

                  光伏系统的收益包括全寿命周期内发电和政府财政补贴等部分。光伏发电需考虑到它的衰减,其标准为光伏电池发电能力衰减到额定值的80%以下即认为寿命终止,因此假定25年寿命期内每年的衰减率∏为1%。国内尚未推出固定的上网电价,现以地方上网电价推出为标准,其中江苏省为例2011年每度电1.4元。光伏发电系统具有环境效益和社会效益,政府部门对光伏发】电系统有一定的补贴政策。根据20094月份财政部办公厅和住房城乡建设部办公厅联合颁布的《太阳能光电建筑应用示范项目申报指南》,对于光电一体化项目,补贴标准每瓦约17元。总计光伏建筑一体↓化的发电量和政府补贴,光伏的综合收益可以算出。

                  光伏建筑一体化的投资回报期与光伏板电池的类型和安装位置相关。针对太阳能电池的类型和建筑中常见的安装位置以及它们的全寿命期间的表现进行静态投资回报期分析。从结果来看多晶硅光伏板和非晶硅光伏板在寿命周期内能够收回成本。而单晶硅电池的使用则受位置影响,当使用于屋顶时,可以卐在寿命周期内收回成本,而当用于墙面时,不能收回成本。屋顶安装光伏板的投资回报期相对墙面短,说明当考虑经济效◇益时,屋顶部分安装更合适。

                  4.探讨

                  光伏板在建筑上安装面积的多少可以通过光电板的类型和安装位置来确定。根据太阳能电池的种类和安装位置确定每平方米︼光电板的年发电量。考虑到工作环境温度的影响,并网后逆流器的影响和电⌒网的损耗,系数约为0.783,得出并网后的每平方米光电板的年发电量。办公类建筑每平方米的用电负荷约为70W,年工作时间为250天,使用系∩数为0.7,每平方米的年用电量约为98kWh。根据国家绿色建筑评价标准,可再生能源的发电量不小于建筑用电量的2%,可▅以得出光电板面积与建筑面积的比例关系。由此可见为满足绿色建筑关于可再生能源★的要求,若屋面铺装单晶硅光电板面积为0.5倍屋面面积,可供给建筑卐面积是屋面面积21倍的办公建筑使用,满足绿色建筑对可再生能源项的要∞求。可以估算建筑光电板的类型选择,安装面积,判断是否能达到绿色建筑的评价标准中可再生能源利用的规定。

                  光伏建筑一体化从经济的角度来看,它的推广应用还不够成熟。传统较成熟的技术的投资♀回报期一般为5年,如太阳能热水器。而光伏建筑一体化的投资回报期为传统的3倍。若通过光电转换率的提高,政府补贴、特别是上网电价的提高,将会促使光伏建筑一体Ψ化较快普及。另外,光伏建筑一体化的装机总量与实际发电量有〖差别,由于安装位置的不同。这样政府补↙贴以装机总量为标准有失公允,通过并网电价更合理的调整才能促进光伏建筑【一体化的普及应用。

                  5.结论

                  光伏建筑一体化在夏热冬冷地区的应用需要考虑其气候特征、太阳能电池的选择和安装位置以及经济性。通过¤以上分析,可以得出以下的结论:

                  夏热冬冷地区的太阳能辐射的日照时数大,适于应用光伏建筑一体化。而它的特点是夏季的月平均日照时数远高于冬季的日照时◣数。这样在光伏设计安装时,应以夏季为主☆。

                  夏热冬冷地区光伏板的安装应首选与地面有倾斜角度的位〗置,倾斜角以20°~30°为最佳。以南向为基准,方位角±20º不会影响光电ω转换率。单晶硅光伏板受安装位置的影响较大,更适用于屋面。

                  光伏建筑一体化的投资回报◤期受所选用的太阳能电池和光伏板安装位置影响∞较大。相比墙面,屋面安装光伏板的投资回报期减少5~6年。

                 

                 
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