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光电幕墙及光电屋顶

来源:中国建筑装饰网  作者:龙文志  日期:2007-1-15
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  【摘  要】本文论述了光电幕墙(屋顶)的基本原理、结构、设计计算、安装维护。
【关键词】光电池、光电板、光电幕墙、光电屋顶。
1  前  言
  光电幕墙(屋顶)是将传统幕墙(屋顶)与光生伏打效应(光电原理)相结合的一种新型建筑幕墙(屋顶)。主要是利用太
  光线的波长λ或频率f :在非单色光的照射下,太阳电池的效率和光谱特性有关。由于地球表面上日照光谱既取决与测量瞬间的天气条件(云、雾、空气、湿度等)。因为在每一天中对应的时间不同,太阳光线与地球表面的夹角即日照投射的倾角θ不同,因此地球表面的日照光谱取决于日照投射的倾角θ。当θ不同的时候,太阳光在大气中所经过的距离不同,即大气质量AM不一样,则太阳光谱曲线就不一样。因此,需要给定太阳电池在某一光谱下的效率时,应该在相应的大气质量下给定。

太阳电池的效率还和温度有关。太阳电池具有负的温度系数,即太阳电池的效率随着温度的上升而下降。图7给出了日照强度为1kw/㎡,而温度变化范围为20~70℃时效率变化的情形。可用下面的公式近似表示:

η=ηO•[1-α(T-TO)]
上式中,ηO=0.1,TO =0℃;α=0.0049/℃。可以看出,温度每升高10℃,其效率大约降低5%。由上述我们可以看出,太阳电池的效率和很多因素有关。当我们定义太阳电池的效率的时候,必须确定它的工作环境才能够得出明确的效率值。


3  光电板

3.1  基本结构
  上层一般为4mm白色玻璃,中层为光伏电池组成光伏电池阵列,下层为4mm的玻璃,其颜色可任意,上下两层和中层之间一般用铸膜树脂(EVA)热固而成,光电电池阵列被夹在高度透明,经加固处理的玻璃中,在背面是接线盒和导线。模板尺寸:500mm×500mm至2100mm×3500mm。从接线盒中穿出导线一般有两种构造:照片所显示的构造,是从接线盒穿出的导线在施工现场直接与电源插头相连,这种结构比较适合于表面不通透的建筑物,因为仅外片玻璃是透明的;照片所显示的构造是导线从装置的边缘穿出,那样导线就隐藏在框架之间,这种结构比较适合于透明的外立面,从室内可以看见此装置。


3.2  光电幕墙的基本结构
  光电模板安装在建筑幕墙(屋顶)的结构上则组成光电幕墙,一般情况下,建筑幕墙的立柱横梁都是采用断热铝型材,除了要满足JGJ102规范和JG3035标准要求之外,刚度一般高一些为好,同时,光电模板要能够便于更换。


4  光电幕墙(屋顶)光电面积设计计算

4.1  光电幕墙(屋顶)一般电学结构
  光学幕墙(屋顶)结构设计可按照玻璃工程技术规范(JGJ102)、建筑玻璃应用技术规程(JGJ113)等有关标准和规范进行,这里简介其电学设计。光电幕墙(屋顶)电学结构一般采用单路自然能——单蓄电池结构,

  光电幕墙(屋顶)所产生的电能,经过输入电能变换器,转换成能蓄电池组要求的充电电压和充电电流,向蓄电池充电,蓄电池容量按用户要求的无太阳天气连续供电天数进行设计;输出电能变换器,将蓄电池组中的直流电能转换成负载要求的电压和电流及电能形式,向负载供电。有些国家由于光电幕墙(屋顶)发出电量,经过逆变器后可并入电网,可以不设蓄电池组,中国目前还做不到这一点,所以建议采用电池组。在阴雨天气或太阳光少的情况下,也能保证一段时间的连续供电,由于输入电能变换器和输出电能变换器互相独立,其设计更为容易,光能的波动对供电质量几乎没有影响。


4.2  光电幕墙(屋顶)产生电能的计算公式:

PS=H×A×η×K  ————————————(1)
PS——光电幕墙(屋顶)每年生产的电能(MJ/a);

H——光电幕墙(屋顶)所在地区,每1㎡太阳能一年的总辐射能(MJ㎡/•a),可参照图3查取;

A——光电幕墙(屋顶)光电面积(㎡);

η——光电电池效率,建议如下:

单晶硅:η=12%
多晶硅:η=10%
非晶硅:η=8%
K——参正系数;

K=K1•K2•K3•K4•K5•K6
分项系数建议值如下:

K1——光电电池长期运行性能参正系数,K1=0.8;

K2——灰尘引起光电板透明度的性能参正系数,K2=0.9;

K3——光电电池升温导致功率下降参正系数,K3=0.9;

K4——导电损耗参正系数,K4=0.95;

K5——逆变器效率,K5=0.85;

K6——光电模板朝向修正系数,其数值可参考表4选取。

          光电板朝向与倾角的修正系数K6         表4
幕墙方向 光电阵列与地平面的倾角
     0°  30° 60°  90°
东    93%  90%  78%  55%
南-东  93%  96%  88%  66%
南    93%  100% 91%  68%
南-西  93%  96%  88%  66%
西    93%  90%  78%  55%
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