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摘要:介紹了銅銦鎵硒薄膜光伏技術(shù)的特點(diǎn)、光伏幕墻的參考標(biāo)準(zhǔn)。以某光伏建筑一體化示范項(xiàng)目為例,詳述了銅銦鎵硒光伏幕墻的實(shí)施方法、電氣規(guī)范等。針對(duì)光伏建筑一體化推廣過(guò)程中面臨的問(wèn)題,提出了產(chǎn)品多樣化、實(shí)用化的對(duì)策。
關(guān)鍵詞:銅銦鎵硒;光伏幕墻;建筑設(shè)計(jì);施工標(biāo)準(zhǔn)
1引言
銅銦鎵硒(CIGS)薄膜光伏電池具有光電轉(zhuǎn)化效率較高、長(zhǎng)周期衰減較小、弱光發(fā)電性能好等特點(diǎn),CIGS電池組件采用雙?;蛉=Y(jié)構(gòu),外觀色彩一致性好,有抗遮擋效應(yīng),維護(hù)簡(jiǎn)單。作為一種新型建材[1],可替代玻璃幕墻成為“光伏幕墻”。光伏電池與光伏幕墻相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)施,為光伏建筑的設(shè)計(jì)應(yīng)用和推廣提供了依據(jù)。
2銅銦鎵硒薄膜光伏技術(shù)現(xiàn)狀
2.1技術(shù)特點(diǎn)
銅銦鎵硒薄膜光伏組件目前的最高光電轉(zhuǎn)化效率17.6%,常規(guī)轉(zhuǎn)化率14.6%,常規(guī)組件采用類(lèi)似“三明治”結(jié)構(gòu),表層和底層為玻璃基材,中間為可發(fā)電的CIGS薄膜層。單塊CIGS標(biāo)準(zhǔn)組件的尺寸為1200mm×600mm,采用雙玻結(jié)構(gòu),厚度7mm,功率為105Wp。根據(jù)應(yīng)用需要,組件的厚度和顏色可定制,定制的彩色CIGS組件由于表面玻璃采用了著色技術(shù),導(dǎo)致光吸收率下降,發(fā)電功率降低。
2.2技術(shù)應(yīng)用
實(shí)際應(yīng)用中,光伏組件常見(jiàn)的安裝位置有屋頂和建筑立面兩種。按光伏組件與建筑物的結(jié)合方式,又分為附著式(BAPV)和一體化方式(BIPV)。當(dāng)光伏組件用在建筑物立面時(shí),根據(jù)原有墻體的形式,多采用龍骨結(jié)合組件副框的安裝方式[2],這種施工工藝模塊化程度高、施工速度快、安全可靠。CIGS組件開(kāi)路電壓UOC=97.8V,短路電流ISC=1.45A,與晶硅組件相比,開(kāi)路電壓UOC高,而短路電流ISC小,在應(yīng)用中要選擇合適的逆變器、連接器等配套設(shè)備。
3銅銦鎵硒在光伏幕墻上的應(yīng)用
3.1銅銦鎵硒光伏幕墻的參考標(biāo)準(zhǔn)
光伏幕墻一般參考普通建筑幕墻的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn),如JGJ102-2003《玻璃幕墻工程技術(shù)規(guī)范》、GB50009-2012《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》等。針對(duì)CIGS的應(yīng)用特點(diǎn),19CJ92-1《建筑銅銦鎵硒薄膜光伏系統(tǒng)設(shè)計(jì)與安裝》設(shè)計(jì)參考圖集詳細(xì)描述了光伏幕墻應(yīng)用中系統(tǒng)、樓層節(jié)點(diǎn)、陽(yáng)角節(jié)點(diǎn)、窗邊節(jié)點(diǎn)、通風(fēng)等的設(shè)計(jì),以及光伏幕墻豎向龍骨、變形縫節(jié)點(diǎn),不同材質(zhì)交接節(jié)點(diǎn)的處理方式、要求等。19CD202-5《建筑銅銦鎵硒薄膜光伏系統(tǒng)電氣設(shè)計(jì)與安裝》參考圖集對(duì)涉及建筑CIGS光伏系統(tǒng)電氣設(shè)計(jì)與施工的相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行了統(tǒng)一,重點(diǎn)描述了電氣設(shè)計(jì)流程、并網(wǎng)與獨(dú)立光伏系統(tǒng)容量設(shè)計(jì)、光伏發(fā)電系統(tǒng)效率系數(shù)、對(duì)地絕緣等方面的要求。上述兩項(xiàng)參考圖集的頒布為光伏幕墻,尤其是銅銦鎵硒光伏幕墻的設(shè)計(jì)與應(yīng)用提供了依據(jù)。
3.2銅銦鎵硒光伏幕墻的實(shí)施
國(guó)家能源集團(tuán)打造的惠州潼湖科技創(chuàng)新小鎮(zhèn)項(xiàng)目,利用光伏幕墻解決了樓宇的外觀設(shè)計(jì)和基本功能,同時(shí)解決了建筑的能耗問(wèn)題,并為綠色建筑認(rèn)證提供了基本保證。該小鎮(zhèn)的2#樓、6#樓、7#樓三棟建筑,綜合考慮朝向、遮擋等因素后,光伏幕墻的設(shè)計(jì)布置情況見(jiàn)表1。位于立面的光伏幕墻構(gòu)造示意如圖1,結(jié)合幕墻施工要求,豎向龍骨通過(guò)預(yù)制埋件穩(wěn)固在墻體上,起到空間分隔和承重的作用,橫向龍骨通過(guò)連接件與豎向龍骨連接。光伏組件的尺寸和排布圖決定了組件的安裝間隔。CIGS光伏組件通過(guò)鋁合金扣條壓接在龍骨上,調(diào)整位置后,扣條與龍骨間涂結(jié)構(gòu)膠固定。根據(jù)幕墻安裝技術(shù)要求[3],CIGS光伏組件采用定制的合金型材邊框,邊框與組件之間膠粘連接固定成型。光伏幕墻與其他部位建筑材料的接口處,考慮到組件的電氣發(fā)熱特性,應(yīng)采用防火材料封堵,形成防火隔離,本應(yīng)用案例是在厚硅酸鈣板中間夾防火巖棉。結(jié)合光伏幕墻與建筑墻體之間的空氣腔,光伏組件的通風(fēng)散熱采用自然通風(fēng)+機(jī)械通風(fēng)方式,空氣腔的下部設(shè)置了通風(fēng)百葉,機(jī)械通風(fēng)根據(jù)組件背面的溫度閾值進(jìn)行開(kāi)啟判斷。光伏組件陣列安裝在有光照的建筑屋頂和墻面[4],直接吸收太陽(yáng)能,夏天避免了屋頂、墻面因陽(yáng)光直射造成的溫度過(guò)高,起到降低空調(diào)負(fù)荷、改善室內(nèi)環(huán)境的作用。
3.3光伏幕墻的電氣規(guī)范
光伏幕墻的電氣系統(tǒng)采用低壓用戶(hù)側(cè)并網(wǎng)發(fā)電,按照“自發(fā)自用,余電上網(wǎng)”模式運(yùn)行,結(jié)合用電負(fù)荷分布,就近接入、平衡消納,用電負(fù)荷與發(fā)電的高峰期基本一致。本應(yīng)用案例未設(shè)置儲(chǔ)能裝置,逆變器將直流轉(zhuǎn)換為交流,接入用戶(hù)側(cè)電網(wǎng)。交流配電系統(tǒng)電氣示意圖如圖2。圖2中,電氣開(kāi)關(guān)柜選用固定隔離式400V開(kāi)關(guān)柜,開(kāi)關(guān)柜的每路進(jìn)線(xiàn)對(duì)應(yīng)一個(gè)并網(wǎng)逆變器的輸出,并通過(guò)開(kāi)關(guān)QA1、QA2、QA3、……QAn等控制對(duì)應(yīng)并網(wǎng)逆變器的接入和斷開(kāi)。根據(jù)CIGS的特性,在每個(gè)并網(wǎng)逆變器中設(shè)置了隔離變壓器,經(jīng)母線(xiàn)匯流后,再接入建筑的低壓配電系統(tǒng),并配置了電能表等。根據(jù)JGJ/T365-2015《太陽(yáng)能光伏玻璃幕墻電氣設(shè)計(jì)規(guī)范》、T/CECS630-2019《建筑銅銦鎵硒薄膜光伏系統(tǒng)》[5]等,光伏系統(tǒng)安裝結(jié)束并初步驗(yàn)收合格后,首先要對(duì)光伏組串、匯流箱、逆變器、監(jiān)測(cè)系統(tǒng)等分別進(jìn)行調(diào)試,并注意匯流箱內(nèi)組串的投、退順序,應(yīng)保證工序有效銜接。對(duì)于銅銦鎵硒光伏系統(tǒng),還要注意光伏組件的直流側(cè)設(shè)置負(fù)極功能接地。夏季和白天等用電高峰時(shí)段,一般太陽(yáng)輻照充足,光伏發(fā)電量大,除提供建筑自身用電外,光伏幕墻的多余電量還可以向電網(wǎng)供電,一定程度上緩解了高峰期的電力供需矛盾。
4光伏建筑設(shè)計(jì)應(yīng)用面臨的問(wèn)題及對(duì)策
4.1光伏建筑一體化的推廣
隨著建筑設(shè)計(jì)師接受程度的提高,光伏幕墻及光電建筑越來(lái)越多的被采用,建筑設(shè)計(jì)應(yīng)更好的融合光伏電池組件的特點(diǎn)。光伏技術(shù)的進(jìn)步,特別是光電轉(zhuǎn)換效率的提升,為光伏建筑一體化的應(yīng)用推廣帶來(lái)了新機(jī)遇。隨著綠色建筑標(biāo)準(zhǔn)的推行,對(duì)建筑的能耗要求進(jìn)一步降低,具有發(fā)電作用的光伏幕墻將建筑從能源的消耗者轉(zhuǎn)為能源的生產(chǎn)者,對(duì)于綠色建筑的評(píng)級(jí)帶來(lái)積極作用。
4.2產(chǎn)品的多樣化
建筑光伏的應(yīng)用對(duì)于組件產(chǎn)品規(guī)格的多樣化提出了新要求,一方面,建筑設(shè)計(jì)對(duì)于光伏組件的色彩、透光度、耐熱、抗酸堿、安全等要求進(jìn)一步多樣化,對(duì)產(chǎn)品的適用性要求也有提高;另一方面,光伏組件在建筑中的應(yīng)用場(chǎng)景要不斷擴(kuò)展,深入研究光伏組件與建筑設(shè)計(jì)結(jié)合的情況,使光伏建筑從展示性向?qū)嵱眯赃^(guò)渡;再就是目前光伏幕墻的設(shè)計(jì)實(shí)施參照現(xiàn)有建筑電氣、幕墻玻璃及光伏組件等標(biāo)準(zhǔn)[6],光伏組件建材適應(yīng)性的規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)也有待深化。
5結(jié)語(yǔ)
光伏幕墻替代傳統(tǒng)幕墻和砌體維護(hù)墻體,既滿(mǎn)足建筑外立面的封閉、美化及實(shí)用功能,又可為建筑提供清潔能源。在能源環(huán)保與綠色建筑評(píng)價(jià)的雙重壓力下,銅銦鎵硒光伏技術(shù)在建筑設(shè)計(jì)中的應(yīng)用,可以更有效的利用太陽(yáng)能,將成為我國(guó)建筑業(yè)發(fā)展的重要方向之一。銅銦鎵硒光伏幕墻相關(guān)施工標(biāo)準(zhǔn)的建立與完善,對(duì)于光伏幕墻技術(shù)的推廣將帶來(lái)顯著的指導(dǎo)作用。
參考文獻(xiàn)
[1]龍文志.太陽(yáng)能光伏建筑一體化[J].中國(guó)建筑金屬結(jié)構(gòu),2009(7):36-44.
[2]施光輝,楊正虎,張家維,等.100kWp光伏幕墻并網(wǎng)系統(tǒng)性能分析[J].太陽(yáng)能,2018(1):67-70.
[3]李永亮.新疆吐魯番中控樓光伏幕墻設(shè)計(jì)與施工要點(diǎn)[J].建筑技術(shù)開(kāi)發(fā),2017(21):23-24.
[4]李星魁,宋曉帆.天津某光伏玻璃幕墻實(shí)例介紹與分析[J].建筑節(jié)能,2016(8):72-74.
[5]張樹(shù)君.《建筑銅銦鎵硒薄膜光伏系統(tǒng)應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》簡(jiǎn)介[J].建設(shè)科技,2019(8):90-93.
[6]余國(guó)保,羅多,王曉丹,等.光伏建筑一體化技術(shù)應(yīng)用與展望[J].太陽(yáng)能,2015(3):62-66.
作者:王亮 郭輝 單位:中國(guó)節(jié)能減排有限公司北京建筑光伏科技分公司