能源危機和環境污染問題日益嚴重,促使各國紛紛開發新型可再生能源。太陽能具有取之不盡用之不竭、清潔無污染、不受地域限制等優點,大力發展和推進太陽能光伏發電技術是解決當前能源和環境危機的有效手段。
建筑集成光伏(BIPV)系統通過將光伏組件安裝在建筑表面,實現太陽能光伏發電與建筑的完美結合,被認為是最先進、最具發展潛力的高科技綠色節能建筑。BIPV系統中光伏組件與建筑相結合,光伏組件不額外占用地面空間,特別適合于土地資源緊張的城市建筑;全球建筑物自身耗能約占世界總能耗的三分之一以上,采用BIPV技術,可以將建筑物從耗能型轉變為功能型,將有效緩解城市反戰與能源供應的巨大矛盾,創造低能耗、高舒適度的健康居住環境,實現城市建筑的可持續發展;另一方面,目前光伏組件的生產成本較高,太陽能光伏發電的成本遠遠高于常規能源,大大限制了光伏發電系統的發展和應用,采用BIPV系統,將光伏組件與建筑表面材料有機結合,可以大大降低光伏發電的成本,縮短投資回報周期。
BIPV系統中,光伏組件的安裝首先涉及到光伏組件的安裝角度和安裝方向問題,安裝角度就是光伏組件的傾角問題,傾角的選擇直接關系到光伏組件的發電效率。同一塊電池板,選擇不同的安裝角度接收到的輻射量是不一樣的,由于各個墻面朝向的問題,不同安裝位置的光伏組件其安裝角度和方向不可能完全一致,這就決定了其發電效率、發電的瞬時功率無法保證完全一致。
BIPV系統中需要解決的另一個關鍵問題是陰影遮擋問題。產生陰影的原因是多種多樣的,陰影的產生有隨機的,也有系統的。陰影主要來自于周圍建筑物、樹木的遮擋、各個光伏組件之間的相互遮擋、云層等。光伏組件的輸出特性決定了受到局部遮擋或陰影后,其發電效率將會大大減小,從而對整個系統的發電量產生顯著影響。
為了使BIPV系統的發電效率最大化,除了在安裝時盡量做好規劃設計外,還需要采用合適的光伏發電系統結構。
圖1為目前BIPV系統中常用的電氣結構示意圖
圖1中,集中式系統首先根據設計的電壓和功率等級,把大量光伏組件通過串聯或并聯等方式連接起來,然后經過一個集中式逆變器將光伏陣列輸出的直流電能轉換為交流電能;串式和多串式系統將多個光伏組件串聯形成光伏組件串,每個串經過一個DC-DC變換器升壓后,再經逆變器輸出交流電能。
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