基于BAPV技术的既有住宅应用研究

以降低建筑运行阶段零碳排放为目标,结合BAPV光伏技术对太阳能可再生能源的利用。文章利用Design Builder模拟探讨了更改建筑围护结构保温材料厚度优化建筑能耗;再利用BAPV技术对住宅屋顶进行不同装机量的设计,分析静态回收期与寿命周期内的CO_(2)节排量值。研究显示,安装光伏三年左右能够达到静态成本回收,在光伏组件寿命周期内,不仅可以利用光伏技术对太阳能可再生能源进行电能转换来减少居民的使用电费,还能够大大减少碳排放,达到建筑运行阶段近零碳排放的目标。

建筑物分布式光伏发电系统BIPV与BAPV对比分析

2022年国家颁布了《建筑节能与可再生能源利用通用规范》,并于4月1日起实行,规范要求新建建筑应安装太阳能系统,分布式光伏发电系统是主要形式之一,它是利用太阳能将光能转换为电能的一种技术,具有环保、可再生、无噪音、无污染等优点。我国2030年将达到碳排放高峰,2060年达到碳中和,为此,加强太阳能光伏在建筑中的推广及应用迫在眉急。 分布式光伏发电系统主要包括BIPV系统与BAPV系统两大类,笔者结合工程设计中对分布式光伏发电系统的设计,针对BIPV与BAPV的不同进行了分析与总结。

防水保温与光伏发电合二为一的BAPV屋面安装实例

某钢结构厂房项目将屋面防水系统以及在屋顶加装光伏发电系统的连接件安全性验证和施工安装的可操作性综合考虑,确保屋面分部工程完成其遮风避雨的基础功能的同时,实现清洁能源在建筑物上的应用。通过TPO防水卷材以及其配套的同材质支架连接件,实现高分子柔性屋面防水系统与刚性太阳能发电支架系统的完美连接。

基于BAPV单点接入系统的设计

BAPV Building Attached Photovoltaic系统一般采用自发自用、余电上网的方式接入用户侧电网。文章针对BAPV单点接入系统的设计,从接入电压、主要设备的选择、保护装置的配置、通信装置的配置和接入方案设计5个方面进行了论述,并分析了接入系统对电网电压的扰动和短路条件下对电网稳定性的影响,验证了设计方案的合理性与可行性。

BAPV并网发电系统的实验研究

以BAPV并网发电实验系统为研究平台,探讨建筑屋顶上太阳电池阵列的简易安装方法,对系统的实际运行特性进行了全面的实验研究。通过检测电气变量和采集全年运行数据,讨论系统的电能质量问题,比较3种不同类型太阳电池在南方湿热地区的实际发电能力,验证影响发电效率的要因。全年发电特性的统计数据不仅为系统的设计确立了重要的技术参考指标,也为成本与效益的评估、相关标准和政策的制订提供了有价值的实验依据。

光伏墙BAPV系统经济性及环境效益分析

研究对象为上海地区高层建筑的并网光伏墙发电系统,系统为BAPV形式,以经济性和环境效益作为主要评价指标对系统进行分析。分析结果表明:光伏墙BAPV系统在国家和上海市的政策补贴下具有较佳的经济性,投资回收期为14年,单位净现值为3.90元/Wp,总投资回报率为45.3%;与传统煤炭电力系统相比共减少23 513.1 kg环境污染物的排放,相当于价值2 841.6元的环境减排效益,十分可观。若不考虑现有政府的政策扶持,就光伏发电成本本身依然过高,不利于光伏发电的推广和普及。

基于分离式MPPT技术的BAPV并网电站优化设计与实验研究

针对集中式MPPT光伏发电系统的不足,本文提出了分离式MPPT光伏发电技术,并将其应用于实际的BAPV系统设计中。详细阐述了分离式MPPT技术提高发电量的原理,给出了电池板的电气接线图。用Matlab软件建立了光伏电池组件和光伏阵列的Bishop仿真模型,得到了不同遮挡情况下阵列输出的U-P和U-I特性曲线,并比较了在不同遮挡情况下分离式MPPT与集中式MPPT系统的输出功率。选取两个建筑光伏阵列进行了对比实验,得到了阴影遮挡时间内的发电功率曲线和全天的发电功率曲线。实验结果表明:分离式MPPT光伏发电系统的日发电量比集中式MPPT光伏发电系统提高了8.45%,经过连续4个月的发电量统计得到分离式单元将发电量提高了6.48%。

BAPV复合金属屋面施工组织及质量控制

本文以靖江体育中心一期BAPV复合金属屋面工程为例,综合该工程特点,从BAPV光伏组件及铝单板装饰板的造型控制、金属屋面板的防水控制到屋面关键区域的防风措施等主要方面论述BAPV复合金属屋面系统在施工过程中的工艺及技术,保证屋面工程安全的同时确保施工质量,为日后类似BAPV复合金属屋面工程实施提供了借鉴。

面向BAPV的分布式光伏局部阴影量化分析

针对建筑附着光伏(building attached photovoltaic,BAPV)等分布式光伏系统易被建筑物遮挡导致损耗的问题,首先通过光伏设计软件PVSOL构建建筑屋顶阴影三维量化模型,并用MATLAB/Simulink构建带有旁路二极管的4种常见光伏阵列拓扑结构的仿真模型;然后提出考虑建筑物与光伏阵列空间位置关系等多方面因素的局部阴影离散量化分析方法,对BAPV在不同局部阴影形状影响下进行离散等效分析。结果表明,在均一型阴影下,全交联(total cross tied,TCT)结构比串并联(series parallel,SP)结构可降低12.4%的失配损耗,阴影离散后能使BAPV发电系统最大输出功率增加约3.53%。本方法可以较接近实际地量化模拟分布式光伏系统受局部阴影遮挡时的功率输出特性,有效降低其失配现象引起的功率损耗。

BAPV多层轻钢厂房加固设计及其抗震性能研究

文章对某2层轻钢厂房屋面增加光伏设备后的加固设计和抗震性能能力进行了研究。研究表明该厂房屋面增加光伏荷载后,屋面梁和檩条的承载力及弹塑性位移角均超过了规范限值。屋面钢梁采用粘贴钢板加固,Z型檩条采用增设角钢加固,从而满足了承载力要求。采用在1层增加柱间角钢支撑的方法满足了结构抗震能力的要求。

屋顶光伏—土壤源热泵系统在不同气候区分娩猪舍的应用

可再生能源逐步替代常规能源,是规模化猪场未来的趋势。为了探索土壤源热泵系统(ground-coupled heat pump systems,GCHPs)和附加光伏屋顶(building attached photovoltaic, BAPV)系统在规模化猪场的应用,该研究提出一种屋顶光伏—土壤源热泵系统(building attached photovoltaic-ground-coupled heat pump systems,BAPV-GCHPs)保障某分娩猪舍的冷/热需求,并选择绥化、青岛和重庆分别作为严寒、寒冷和夏热冬冷地区3类典型气候区代表城市,对比了该系统在3类气候区的运行特性,分析了BAPV系统对GCHPs运行性能及综合效益的影响。研究结果表明,3个地区BAPV发电量由大到小依次为:青岛、绥化、重庆;GCHPs耗电量由大到小依次为:绥化、青岛、重庆;绥化、青岛、重庆3个地区的年太阳能分数分别为0.62、0.71、0.53;BAPV系统的加入明显提高了GCHPs的性能系数、一次能源利用率和CO_(2)减排量;3个地区BAPV-GCHPs相对于GCHPs年性能系数分别提高了64.2%、97.6%和39.6%;一次能源利用率分别提升了1.6倍、2.4倍和1.1倍。与GCHPs相比,BAPV-GCHPs可分别减少5.82、6.45和2.17 t CO_(2)排放量。研究结果为该系统在中国不同气候区分娩猪舍的推广应用提供了一定参考。

BIPV模式在工业厂房屋顶的应用研究

中国大力推进分布式光伏发电的同时,存在许多工业厂房屋顶无法满足光伏发电系统安装条件的问题,这极大制约了光伏发电技术的推广。由于传统的光伏发电系统是直接附着在建筑物屋顶,即采用的是BAPV模式,这会导致因需增加建筑物的承载力而增加建设成本的情况出现,从而制约了分布式光伏发电的应用,而将光伏发电系统与建筑集成的光伏建筑一体化(BIPV)模式可有效解决此类问题。针对BIPV模式和BAPV模式对工业厂房钢结构的影响进行了研究,并根据实际案例对这两种模式下的光伏发电系统建设、维护成本进行了分析。研究结果表明:1)BIPV模式相较于BAPV模式可以减少工业厂房钢结构屋顶恒荷载,对于轻微超限的项目可以省去加固成本,对于超限明显的项目可以减少加固成本。2)在同等建设条件下,BIPV模式相较于BAPV模式可以减少屋顶建设成本;并且从中长期来看,相较于BAPV模式,BIPV模式平均1万m^(2)的厂房可以减少126万建设维护成本。

光电建筑的闪电附着特性及瞬态电磁效应研究

安装在光电建筑顶部的BIPV组件遭受雷击的概率较大。为了保护光电建筑本身和内部敏感电子设备,有必要研究光电建筑的闪电附着特性及雷击电磁效应。首先,搭建光伏组件静电场模型,并通过试验验证了模型的准确性,进而通过仿真计算获得BIPV组件最易遭受雷击的位置。然后,基于光电建筑BIPV组件的闪电附着特性构建雷击瞬态电流和瞬态磁场方程,应用有限元法对光电建筑内部的磁场分布进行仿真计算。最后,将光电建筑内的雷击磁场分布与未安装BIPV组件的普通建筑内雷击磁场分布进行比较,结果表明:BIPV组件金属框架最外层的上边缘接闪率最高;与普通建筑相比,安装了BIPV组件的光电建筑金属框架的雷击瞬态电流分布更均匀,因此光电建筑内部雷击磁场强度安全的区域更大,雷击损害风险更低。

新建建筑屋顶分布式光伏方案研究

《2030年碳达峰行动方案》指出到2025年,城镇建筑可再生能源替代率达到8%,新建公共机构建筑、新建厂房屋顶光伏覆盖率力争达到50%。以新建建筑屋顶分布式光伏系统为研究对象,从建筑业主的角度对BIPV和BAPV这2种方案的系统优缺点、综合成本、经济效益等方面进行对比分析。结果表明,BIPV在性能、美观等方面具备一定优势,但其发展尚处早期阶段,初期投资成本相对较高,系统生命周期内总体经济性优于BAPV,针对新建建筑,BIPV优势更胜BAPV,而在存量建筑上直接加装的BAPV仍是当前主流形式。

基于PLC的光伏组件清洁控制系统的设计

光伏发电屋面系统(BAPV)由于暴露在室外环境,容易受到灰尘、鸟粪等污渍的覆盖,严重影响光伏系统发电效率和设备安全。为了改善光伏发电屋面系统的脏污问题,设计了一个基于PLC的光伏组件清洁控制系统,通过无人机图像采集和计算机系统图像识别功能及上位机与PLC的通信实现对光伏组件的实时监控和自动清洁功能,有效改善光伏发电效率。

建筑电气节能中光伏新能源技术的应用

目前,建筑电气存在能耗浪费情况,既不利于环境保护,也不利于能源节约。因此,有必要在建筑电气节能中引入光伏新能源技术,减少建筑本身的能耗,帮助实现建筑零能耗。文章基于建筑电气节能,对光伏新能源技术的应用进行探讨,介绍了该项技术的应用优势,光伏新能源技术的类型,并对其应用进行了具体分析。

新型一体化通风光伏屋顶结构优化和节能潜力研究

该文提出一种新型一体化通风光伏屋顶。为优化该屋顶结构,建立该光伏屋顶的CFD模型,并通过实验验证模型的准确性。基于该CFD模型,探究散热通道高度H和组件间距D对光伏屋顶温度分布的影响。结果表明,增加H和D强化了光伏屋顶散热,有效提高了组件发电效率。综合考虑散热效果和结构可靠性等因素,该光伏屋顶的优化结构参数为H=50 mm,D=100 mm。进一步采用EnergyPlus模拟该光伏屋顶的传热特性和光伏产能特性。结果表明,在西安地区,与普通屋顶相比,新型光伏屋顶夏季得热量和冬季热损失分别降低了48.0%和27.1%,全年建筑节能潜力高达198.0 kWh/m2。

基于OpenStudio的光伏建筑屋顶能耗效能分析

为了探究光伏建筑最佳利用方位和角度,首先将BIPV(Building Integrated Photovoltaic)和BAPV(Building Attached Photovoltaic)进行了定义区分,明确需要进行建模的类别。然后,基于上海地区的地理位置和气候条件,通过使用OpenStudio进行光伏建筑建模,通过设置屋顶光伏板不同方位和倾角得出最佳利用效能,并与理论结果进行对比分析以验证可行性。结果表明:基于上海地区的地理位置,光伏屋顶的最佳朝向是南,倾角在25°左右可以使光伏利用效能达到最大,由此可以得出不同地理位置的最佳光伏利用倾角及方位,可为实际工程应用中节约时间、提高利用效率提供参考。

小型公共建筑光伏发电设计难点分析

随着相关政策的出台,光伏系统在新建民用建筑中的应用越来越广。根据建筑特点与实际需求,设计师应选择基于不同安装方式的光伏系统。本文主要讨论受限于屋顶面积小等问题的小型公共建筑的光伏系统设计。

光伏屋面在既有建筑改造中的应用及效益分析

以武汉市城市更新中某老旧小区既有建筑屋面的防水改造项目为例,对光伏屋面在既有建筑改造中的可行性,以及经济效益和社会效益进行了研究和分析。研究结果表明:光伏屋面可发电,其在提供清洁能源的同时,还可以从根本上解决城市更新过程中既有建筑屋面防水层老化带来的渗漏问题。光伏屋面应用于既有建筑屋面防水改造,能有效延长既有建筑屋面防水层的使用寿命。在考虑建设成本的条件下,光伏屋面应用于既有建筑改造中的经济效益明显,同时能取得较好的环境效益,并带动当地就业。光伏屋面在既有建筑改造中的应用为中国碳达峰和碳中和目标的推进提供了新的技术路径,未来光伏屋面将成为城市更新中绿色能源建设的重要技术路径之一。