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太陽能光伏技術的建筑應用——以重慶地區為例 版權信息
- ISBN:9787030707277
- 條形碼:9787030707277 ; 978-7-03-070727-7
- 裝幀:一般膠版紙
- 冊數:暫無
- 重量:暫無
- 所屬分類:>>
太陽能光伏技術的建筑應用——以重慶地區為例 內容簡介
本書主要圍繞太陽能光伏技術在建筑中的應用進行了闡述,結合重慶地區的太陽能資源情況,針對小型離網式太陽能光伏發電系統、光伏活動式遮陽系統以及光伏導光、通風一體化集成技術系統進行了測試分析和論證,得出了相應的技術應用效果和應用控制策略。本書同時結合實際工程案例,對光伏發電系統在重慶地區的節能效益及實際應用策略進行了探討。 本書是作者對太陽能光伏技術在重慶地區建筑應用效果理論研究和工程實踐的總結,可供從事太陽能光伏利用技術相關專業的工程技術人員在進行技術研究和工程設計時參考使用,也可供相關專業院校師生參考使用。
太陽能光伏技術的建筑應用——以重慶地區為例 目錄
第1章 太陽能光伏技術在建筑中的應用背景 1
1.1 光伏技術發展歷程 1
1.2 國內外對光伏發電技術的激勵政策 2
1.3 建筑一體式光伏發電概述 4
1.4 重慶地區太陽能光伏技術的應用現狀 5
第2章 太陽能光伏發電系統概述 7
2.1 太陽能光伏發電原理 7
2.1.1 半導體與金屬導體導電的機理 7
2.1.2 半導體的能帶結構與光電導 7
2.1.3 光伏效應 8
2.2 太陽能光伏發電系統的類型及組成 8
2.2.1 太陽能光伏發電系統的類型 8
2.2.2 太陽能光伏發電系統的組成 9
2.3 重慶地區氣象資源情況 12
2.4 太陽能光伏發電系統的技術特點 15
第3章 分布式光伏發電系統的應用與測試 17
3.1 分布式光伏發電系統研究平臺簡介 17
3.1.1 太陽能光伏發電系統 17
3.1.2 氣象參數監測系統 22
3.1.3 數據采集系統 23
3.1.4 實驗實施方案 25
3.2 典型日天氣運行效果分析 28
3.2.1 典型日天氣分類定義 28
3.2.2 不同太陽輻照度下的光伏發電效率 28
3.2.3 不同環境溫度下的光伏發電效率 30
3.3 季節運行效果分析 32
3.3.1 春季運行效果分析 32
3.3.2 夏季運行效果分析 33
3.3.3 秋季運行效果分析 35
3.3.4 冬季運行效果分析 36
3.3.5 不同季節近似太陽輻照度下的發電量對比 37
3.4 全年運行效果分析 39
3.4.1 全年太陽輻照度數據 39
3.4.2 全年太陽輻照度和光伏發電量的擬合關系 40
3.5 光伏組件夏季通風實驗分析 42
3.5.1 通風實驗裝置及風速測點布置 42
3.5.2 組件溫度和光電轉換效率隨通風的變化曲線 43
3.5.3 組件溫度和光電轉換效率隨通風的變化規律分析 51
3.6 光伏組件清洗效果分析 51
3.6.1 夏季清洗光伏組件對性能的影響 52
3.6.2 冬季清洗光伏組件對性能的影響 53
3.6.3 重慶地區清洗光伏組件的適應性分析 54
3.7 影響系統發電量因素分析 55
3.7.1 自然環境因素分析 55
3.7.2 設計安裝因素分析 59
3.7.3 系統設備因素分析 61
3.8 本章小結 63
第4章 光伏活動式遮陽系統的應用與測試 64
4.1 光伏活動式遮陽系統的性能評價指標 64
4.1.1 光伏活動式遮陽系統的發電性能及影響因素 64
4.1.2 光伏活動式遮陽系統對室內光環境的影響及評價指標 66
4.1.3 光伏活動式遮陽系統對室內熱環境的影響及評價指標 69
4.1.4 光伏活動式遮陽系統的重點分析指標 70
4.2 光伏活動式遮陽系統研究平臺簡介 71
4.2.1 實驗地點概況 71
4.2.2 光伏活動式遮陽設計 71
4.2.3 光伏發電系統概況 75
4.2.4 實驗測試系統 79
4.3 冬季光伏活動式遮陽系統對室內光熱環境的影響 83
4.3.1 南向陰雨天氣室內光熱環境的影響效果分析 83
4.3.2 南向陰間多云天氣室內光熱環境的影響效果分析 88
4.3.3 西向陰雨天氣室內光熱環境的影響效果分析 93
4.3.4 西向陰間多云天氣室內光熱環境的影響效果分析 99
4.4 夏季光伏活動式遮陽系統對室內光熱環境的影響 106
4.4.1 南向晴間多云天氣室內光熱環境的影響效果分析 107
4.4.2 南向晴朗天氣室內光熱環境的影響效果分析 111
4.4.3 西向晴間多云天氣室內光熱環境的影響效果分析 116
4.4.4 西向晴朗天氣室內光熱環境的影響效果分析 122
4.5 光伏活動式遮陽系統運行效果分析 129
4.5.1 冬季運行效果分析 129
4.5.2 夏季運行效果分析 134
4.5.3 全年運行效果分析 139
4.6 光伏活動式遮陽系統調控策略 142
4.6.1 室內光環境基本狀況及需求分析 142
4.6.2 室內熱環境基本狀況及需求分析 144
4.6.3 光伏活動式遮陽系統的優化評價指標 146
4.6.4 光伏活動式遮陽系統優化分析方法及模型 147
4.6.5 光伏活動式遮陽系統優化計算結果 148
4.6.6 光伏活動式遮陽系統的調控策略 150
4.7 本章小結 153
第5章 光伏導光、通風一體化集成系統 154
5.1 光伏導光、通風一體化集成技術原理 154
5.2 光伏導光、通風一體化集成系統實驗平臺 157
5.3 光伏導光、通風一體化集成系統實測效果 158
5.4 本章小結 160
第6章 重慶地區光伏發電系統投資回收及節能效益分析 161
6.1 建筑選取及系統設計 161
6.1.1 建筑選取 161
6.1.2 系統容量設計 162
6.1.3 電氣設計 163
6.1.4 安裝設計 166
6.2 發電量軟件模擬 166
6.2.1 PVsyst軟件介紹 166
6.2.2 模擬過程及計算結果 167
6.3 投資回收期計算 173
6.3.1 初始條件 173
6.3.2 度電成本計算 175
6.3.3 投資回收期計算 176
6.4 生命周期評價 176
6.4.1 光伏發電系統生命周期評價概述 176
6.4.2 能量回收期計算 178
6.4.3 環境效益計算 179
6.5 本章小結 180
第7章 光伏發電系統應用分析 181
7.1 重慶地區光伏發電系統應用策略 181
7.1.1 設計安裝策略 181
7.1.2 運行優化策略 186
7.2 某項目光伏發電系統發電量分析 192
7.2.1 樞紐建筑光伏發電系統發電量 192
7.2.2 商業及公共建筑光伏發電系統發電量 195
7.2.3 路燈燈桿光伏發電系統發電量 196
7.2.4 光伏發電潛力結論及建議 196
參考文獻 199
后記 201
太陽能光伏技術的建筑應用——以重慶地區為例 節選
第1章 太陽能光伏技術在建筑中的應用背景 1.1 光伏技術發展歷程 19世紀中葉法國貝克勒爾(Becqurel)發現光照能夠使半導體材料產生光伏效應,人們對光伏技術的探索由此揭開了序幕。之后亞當斯(Adams)等發現了金屬和硒片上的固態光伏效應,并于1883年制成了**個可以充當光照敏感器件的硒光電池。1932年,**塊硫化鎘太陽能電池問世,1941年奧爾在硅上發現了光伏效應,該發現將光電材料領域集中在對硅及其合成半導體材料的研究中。1954年5月,美國貝爾實驗室研制出單晶硅太陽能電池,這是世界上**個有實用價值的太陽能電池,《紐約時報》稱其為“*終導致使無限陽光為人類文明服務的一個新時代的開始”。也是在同一年,威克爾首次發現了砷化鎵有光伏效應,并在玻璃上沉積硫化鎘薄膜,制成了太陽能電池。太陽能轉化為電能的實用光伏發電技術由此誕生并發展起來。 我國幅員遼闊,太陽能資源也極為豐富,據不完全估計,我國光照儲量相當于17000億t標準煤。通過光伏發電可以充分利用我國豐富的太陽能資源和土地空間資源,緩解我國能源緊張的現狀。 但我國光伏發電產業起步較晚,在2000年后,單晶硅和非晶硅逐步走出實驗室進行規模化生產,光伏產業才開始迅猛發展。2001年國家推出“中國光明工程”,以通過光伏發電的形式解決偏遠山區的用電問題。之后無錫尚德、天威英利等一批光伏電池生產公司紛紛上市,表明我國的光伏電池制作技術已經逐漸成熟。 2009年國家開始實施“金太陽示范工程”,對并網光伏發電項目給予50%或以上的投資補助。截至2016年底,我國光伏裝機總量已超過75GW,這充分證明,我國的光伏發電產業進入了全面發展時期。 光伏產業的發展推動了建筑光伏一體化技術的發展和光伏建筑結合工程的建設。我國于2009年啟動了太陽能光電建筑應用示范項目,推動光電建設市場的發展。在國家的支持和鼓勵下,一大批光伏建筑一體化(building intergrated photovoltaic,BIPV)項目相繼建成,如北京首都博物館(300kWp,2005年建成)、北京國家體育館(100kWp,2007年建成)、上海世界博覽會主題館(2.6MWp,2010年建成)等。在2009年和2010年兩年,我國共建設了210個太陽能BIPV項目。隨著社會經濟不斷發展,城市化進程不斷加快,BIPV 系統在中國有著更為廣闊的發展空間。 2014~2017年,國內光伏發展走上快車道,截至2014年底,光伏發電累計裝機容量2805萬kW,同比增長60%,其中,獨立光伏電站裝機容量為2338萬kW,分布式光伏電站裝機容量為467萬kW,年發電量約250億kWh,同比增長超過200%。2014年新增裝機容量1060萬kW,約占全球新增裝機容量的1/5,占我國光伏電池組件產量的1/3。截至2015年底,我國光伏發電累計裝機容量4318萬kW,成為全球光伏發電裝機容量*大的國家。截至2016年底,我國光伏發電新增裝機容量3454萬kW,累計裝機容量7742萬kW,新增和累計裝機容量均為全球**。 2018年,繼《關于2018年光伏發電有關事項的通知》出臺后,光伏標桿電價下調及行業需求減少導致產業鏈價格大幅下降,帶動裝機系統成本降低,收益率提升,刺激海外裝機需求快速增長;2018年和2019年海外裝機容量分別為60GW和90GW,分別同比增長46%和50%。在海外光伏新增裝機容量快速增長帶動下,2018年全球實現光伏新增裝機容量104.1GW,同比增長2.1%。2019年光伏產業鏈降價驅動海外新增裝機容量達到90GW左右,助力全球光伏新增裝機容量實現120GW水平,同比增長15.3%。 2019年開啟光伏競爭性配置新階段。2019年5月30日,國家能源局制定了以競價上網方式確定光伏項目補貼強度以及裝機規模的總體工作思路,規定了30億的光伏補貼總規模,其中戶用項目補貼7.5億元,普通光伏電站、工商業分布式以及國家組織實施的專項工程和示范項目,補貼總額不超過22.5億元。國家發展和改革委員會將集中式光伏電站標桿上網電價改為指導價,新增集中式光伏電站上網電價通過市場競爭方式確定,但不得超過所在資源區指導價。 2020年,我國光伏新增和累計裝機容量繼續保持了全球**,國內光伏新增裝機容量達48.2GW,創歷史第二新高,同比增長60%,特別是集中式電站同比增長了近83%;截至2020年底,光伏累計并網裝機容量達253GW,同比增長23.5%;全年光伏發電量2605億kWh,同比增長16.2%,占我國全年總發電量的3.5%,同比提高0.4個百分點。 1.2 國內外對光伏發電技術的激勵政策 1. 國外對光伏發電技術的激勵政策 20世紀70年代以來,德國、意大利等重視環境的歐盟國家和很多傳統發電資源極端貧乏的國家,其新能源尤其是太陽能光伏發電比重開始上升。21世紀以來,又有兩大因素促進各國對太陽能光伏發電的重視:一是全球化石燃料價格的飛漲;二是傳統能源使用帶來全球環境污染問題。光伏新能源無論是在美國、歐盟、日本等發達國家或地區還是在廣大發展中國家,都受到了前所未有的重視。 美國作為世界上*大的經濟體,其政策受到全世界的關注,在光伏發電方面也不例外。美國光伏發電行業政策主要有兩大類:聯邦財政激勵計劃和法律法規、標準、約束性指標等管理類政策。其中,聯邦財政激勵計劃并不局限于補貼,而是以稅收優惠為主,并對稅收、貸款、擔保等各項投融資流程均有惠及,旨在提高光伏行業的投資驅動力。2010年7月,美國參議院能源委員會投票通過了“千瓦屋頂計劃”,2012~2021年累計投資50多億美元。 歐盟設定了2030年可再生能源占能源需求結構27%的目標,助力光伏發展。 在具體政策方面,歐盟各國的大方向是減少光伏補貼,使之更為市場化。 德國是世界上*大的光伏市場,德國2012年光伏裝機容量為7.7GW,2013年裝機容量為6.5GW,2017年累計裝機容量為42GW。德國太陽能光伏發電已占其全部電力消費的5%以上,光伏總發電量占總電力消耗的6%。德國光伏市場發展的主要原因就是制定和實施了上網電價法,其補貼政策是面向發電量。德國根據電站規模、安裝位置的不同,制定不同的補貼價格,通過價格的差異來引導電力公司和居民結合自己的情況進行安裝適用。德國政府還分別從稅收、信貸、補貼等各方面給予并網光伏支持。政府規定并網光伏投資費用(包括規劃費用和安裝費用)可以折舊20年,其他費用可以視為運營成本。 在太陽能利用領域,目前世界上太陽能發電專利主要由日本廠家掌握。2012年日本光伏裝機容量為1.398GW,其中民用光伏發電系統占1.027GW,非民用光伏發電系統僅占371MW。2013年,日本光伏裝機容量達到2.3GW,2016年達到峰值14.3GW。自20世紀90年代初開始,日本就把光伏屋頂并網發電納入“陽光計劃”,開始實施政府補貼政策,日本政府補貼力度很大,初始補貼達到光伏發電系統造價的70%,讓投資者能很快回收成本。由于補貼力度大,不但使日本在相當長時間內成為世界*大的太陽能電池生產國,而且使日本成為世界光伏市場*大的國家。 新興市場以印度為代表,主要集中在亞太地區和非洲,其光伏產業處于發展初期,裝機容量較小,國家為推動光伏發展制定了優厚的政策扶持。整體而言,印度政府推出了宏大的國家太陽能計劃——至2022年,總裝機容量達到100GW,該計劃被認為是推動印度光伏行業發展的主要動力。印度政府政策包括可再生能源購買義務(renewable purchase obligation,RPO)、各類融資激勵、穆迪政府推出的對國有電力輸送公司的援助計劃(Ujjwal Discom Assurance Yojana,簡稱UDAY)、太陽能公園等。 2. 國內對光伏發電技術的激勵政策 我國在2006年頒布實施了《中華人民共和國可再生能源法》,其中明確規定國家鼓勵和支持可再生能源并網發電,電網企業應當與依法取得行政許可或者報送備案的可再生能源發電企業簽訂并網協議,全額收購其電網覆蓋范圍內可再生能源并網發電項目的上網電量,并為可再生能源發電提供上網服務。 2009年財政部與住房和城鄉建設部聯合出臺《關于加快推進太陽能光電建筑應用的實施意見》和《太陽能光電建筑應用財政補助資金管理暫行辦法》,明確指出國家財政支持“屋頂太陽能計劃”,注重發揮財政資金政策杠桿的引導作用,形成政府引導、市場推進的機制和模式,加快光電商業化發展。并制定一系列財政補助資金使用及補貼標準。隨后的2010年下發了《關于加強金太陽示范工程和太陽能光電建筑應用示范工程建設管理的通知》。 2011年以來,我國光伏產業區域集群化發展態勢初步顯現,形成了江蘇、河北、浙江、江西、河南等區域產業中心,生產的光伏組件90%銷往歐美等發達國家,同時政府出臺了《太陽能光電建筑應用財政補助資金管理暫行辦法》,為光伏建筑一體化領域進一步發展提供了有力的政策扶持和基礎保障。 在2012年下發的《關于組織實施2012年度太陽能光電建筑應用示范的通知》中,國家對當年補貼項目的規模、類型、質量、周期、補貼標準以及申請補貼條件進行了確定。 2013年8月,下發的《國家發展改革委關于發揮價格杠桿作用促進光伏產業健康發展的通知》中,對電價及補貼進行深度分析,劃分了光伏資源區等級,進一步明確了光伏電站及分布式光伏發電的補貼機制和標準。 2015年1月,國家能源局發布《關于發揮市場作用促進光伏技術進步和產業升級的意見(征求意見稿)》,提出了“領跑者計劃”的概念。在2015年6月,國家能源局聯合工業和信息化部、國家認證認可監督管理委員會共同發布《關于促進先進光伏技術產品應用和產業升級的意見》,提出了光伏市場準入基本要求和“領跑者計劃”技術指標。 2018年,工業和信息化部發布《智能光伏產業發展行動計劃(2018—2020年)》,表示要加快產業技術創新,提升智能制造水平;推動兩化深度融合,發展智能光伏集成運維;促進特色行業應用示范,積極推動綠色發展。鼓勵光伏企業與信息、交通、建筑、農業、能源、扶貧等領域企業探索可推廣、可復制的智能光伏建設模式。充分利用中央財政相關專項資金、地方財政資金等渠道,推動相關資源集約化整合和精準投放,加大對智能光伏產業扶持力度。 自2020年下半年以來,國家層面多次提出“碳達峰”和“碳中和”發展目標。2020年9月,國家主席習近平在第七十五屆聯合國大會一般性辯論上提出:“中國將提高國家自主貢獻力度,采取更加有力的政策和措施,二氧化碳排放力爭于2030年前達到峰值,努力爭取2060年前實現碳中和。”同年12月,習近平主席在氣候雄心峰會上發表題為《繼往開來,開啟全球應對氣候變化新征程》的講話,并宣布,到2030年,中國風電、太陽能發電總裝機容量將達到12億kW以上。在“碳達峰”和“碳中和”的大背景下,光伏發電將成為未來主要的發電方式之一。 在2021年全國能源工作會議上,國家能源局提出了2021年我國風電、太陽能發電合計新增1.2億kW的目標,超出市場預期。圍繞上述目標,除了國家正在制定的扶持政策,多個省(市)陸續出臺的“十四五”規劃和2035年遠景目標中,也寫入了清潔能源、可再生能源、光伏、風電、氫能、新能源汽車等關鍵詞,奠定了未來5~10年的能源發展基調。 1.3 建筑一體式光伏發電概述 光伏建筑一體化(BIPV),又稱光電建筑一體化,是指在建筑上安裝光伏發電系統,并通過專門設計,實現光伏發電系統與建筑的良好結合。我國目前對BIPV有兩種理解:廣義的BIPV是指安裝在所有建筑物上的太陽能光伏發電系統;狹義的理解則要求與建筑物同時設計、同時施工、同時安裝并與建筑物完美結合。廣義的理解只是借助建筑場地實現光伏發電,
太陽能光伏技術的建筑應用——以重慶地區為例 作者簡介
丁勇,博士,博士生導師,現任重慶大學土木工程學院教授,重慶大學科技部重量“低碳綠色建筑”靠前聯合研究中心綠色建筑與室內環境研究所所長,重慶大學綠色建筑與建筑節能創新團隊負責人。 任國家技術標準創新基地(建筑工程)屆理事會理事,國家技術標準創新基地(建筑工程)綠色建筑專業委員會常務委員,中國節能協會公共機構節約能源資源專業委員會委員,中國建筑節能協會理事,中國城市科學研究會綠色建筑與節能專業委員會委員、西南地區國家綠色建筑基地秘書,重慶市綠色建筑與建筑產業化協會副會長、綠色建筑專業委員會副主任兼秘書長,重慶市土木建筑學會暖通空調專業委員會副主任。任重慶市建設工程勘察設計專家咨詢委員會專家,重慶市軌道交通建設專家委員會專家,重慶市勘察設計協會專家委員。 長期從事建筑節能、建筑環境與綠色建筑理論及應用技術研究,圍繞可再生能源在建筑中的應用開展了太陽能資源分布特性、建筑需求匹配、太陽能光伏光熱在建筑中的適宜性應用技術與效果研究分析等工作。 主持國家自然科學基金面上項目、“十三五”國家重點研發計劃課題及子課題,主研國家“十五”“十一五”“十二五”科技計劃課題,主持聯合國開發計劃署優選環境基金項目等。獲省部級獎一等獎1項、二等獎3項、三等獎5項。主編及參編國家、行業、地方標準近30部,出版專著7部,主編本科規劃教材1部。榮獲多項個人榮譽稱號。
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