WAP手機(jī)版 RSS訂閱 保存到桌面加入收藏設(shè)為首頁
文章論文
當(dāng)前位置:首頁 > 綠建知識 > 文章論文

太陽能光伏系統(tǒng)在德國居住建筑上的應(yīng)用

時間:2019-08-04 02:27:07   作者:GBWindows   來源:行業(yè)網(wǎng)站   閱讀:5627  
內(nèi)容摘要:一、概況德國是首批促進(jìn)光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展的歐洲國家之一。自20世紀(jì)90年代末起,德國的光伏產(chǎn)業(yè)就開始快速發(fā)展。由于政府對于光伏補(bǔ)貼政策的鼓勵,2008年到2010年期間德國新增加的太陽能光伏電池裝機(jī)容量更是成倍增長,2013年德國議會開始討論光伏補(bǔ)p削減法案,當(dāng)年新增加的太陽能光伏電池......

太陽能光伏系統(tǒng)在德國居住建筑上的應(yīng)用

 

一、概況

德國是首批促進(jìn)光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展的歐洲國家之一。自20世紀(jì)90年代末起,德國的光伏產(chǎn)業(yè)就開始快速發(fā)展。由于政府對于光伏補(bǔ)貼政策的鼓勵,2008年到2010年期間德國新增加的太陽能光伏電池裝機(jī)容量更是成倍增長,2013年德國議會開始討論光伏補(bǔ)p削減法案,當(dāng)年新增加的太陽能光伏電池裝機(jī)容量僅為2012年的43%(圖1.1)。盡管如此,光伏發(fā)電在德國對可再生能源的利用中占舉足輕重的作用,僅2012年,德國對可再生能源的投資中,光伏系統(tǒng)就占了57.6%(圖1.2)。

太陽能光伏系統(tǒng)在德國居住建筑上的應(yīng)用

 

由于氣候和地理等因素的限制,德國的自然條件對于發(fā)展太陽能光伏并不優(yōu)越,單位面積的年輻射量不到1500kWh/m2(圖1.3),相當(dāng)于中國的三類和四類地區(qū)。測量統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明,德國太陽能光伏電池最理想的朝向和角度是正南向且與水平面的夾角30°;當(dāng)太陽能光伏電池的安裝朝向為南偏東45°且與水平面的夾角50°時,太陽能光伏電池的光電轉(zhuǎn)換效率將降低5%;當(dāng)太陽能光伏電池安裝在南立面上時,即正南向且與水平面的夾角90°,太陽能光伏電池的光電轉(zhuǎn)換效率則降低20%。因此,利用南向坡屋面安裝太陽能光伏系統(tǒng),在德國尤為常見,這也是許多示范性低碳居住區(qū)的重要標(biāo)志之一(1.4)。

太陽能光伏系統(tǒng)在德國居住建筑上的應(yīng)用

 

二、德國太陽能光伏系統(tǒng)的分類和比較

1. 按太陽能光伏電池的材料分類

根據(jù)太陽能光伏電池的制作材料可分為硅基半導(dǎo)體電池、CdTe薄膜電池、CIGS薄膜電池、染料敏化薄膜電池、有機(jī)材料電池等。其中,硅基半導(dǎo)體電池又分為單晶硅電池、多晶硅電池、非晶硅電池。各種電池的生產(chǎn)成本、光電轉(zhuǎn)換效率,以及安裝工藝等各有利弊,因此使用的場合也不同。由于多晶硅電池的價格較單晶硅電池便宜,性能優(yōu)于非晶硅和碲化鎘電池,所以目前德國居住建筑多采用比較多。近幾年,薄膜太淠芄夥電池因它相對輕巧的自重和簡單的安裝工藝,其市場份額也有所增加。表2.1對居住建筑中,較為常用的幾種太陽能光伏電池進(jìn)行了比較。

 

2.1 常用太陽能光伏電池的比較

太陽能光伏系統(tǒng)在德國居住建筑上的應(yīng)用

 

通過在太陽能光伏電池表面增加一道抗反光涂層,或者在制作太陽能光伏電池時混入抗反光玻璃,可以得到不同顏色和圖案的太陽能p伏電池(圖2.2);而“透明”光伏電池則是改變了太陽能光伏電池板上光伏電池的大小和電池之間的距離(圖2.3)。雖然,彩色光伏電池和透明光伏電池的光電轉(zhuǎn)換效率會有所降低,但它們的誕生,賦予太陽能光伏電池在建筑設(shè)計上更多的可能性。

 

太陽能光伏系統(tǒng)在德國居住建筑上的應(yīng)用

 

2. 按安裝系統(tǒng)分類

根據(jù)太陽能光伏電池的安裝系統(tǒng),可分為非一體化安裝系統(tǒng)(BAPV)(圖2.3)和一體化安裝系統(tǒng)(BIPV)(圖2.4)。前者是將太陽能光伏系統(tǒng)安裝在已經(jīng)完成的建筑外圍護(hù)結(jié)構(gòu)的外側(cè),后者則用光伏器件代替建筑外圍護(hù)結(jié)構(gòu),與建筑融為一體。兩者的特點(diǎn)和比較見表2.2。

 

2.2 非一體化安裝系統(tǒng)(BAPV)和一體化安裝系ǎBIPV)的比較

太陽能光伏系統(tǒng)在德國居住建筑上的應(yīng)用

 

三、應(yīng)用案例

1. 實(shí)驗性項目,Darmstadt——2007Solar Decathlon一等獎作品(圖3.1-3.3):

結(jié)構(gòu)形式:木框架結(jié)構(gòu);

被動式外圍護(hù)結(jié)構(gòu)節(jié)能設(shè)計:屋面、外墻和地面均采用60mm厚真空保溫板,屋面、外墻傳熱系數(shù)0.1W/m2K,地面?zhèn)鳠嵯禂?shù)0.4W/m2K,外窗傳熱系數(shù)0.7W/m2K

主動式太陽能設(shè)計:建筑遮陽采用了可完全開啟的百葉遮陽扇,由可調(diào)節(jié)角度的非晶硅太陽能光伏電板作為遮陽百葉材料,將太陽能利用、遮陽和美觀結(jié)合在一起,光伏遮陽百葉峰值總功率為2.1kWp;屋頂設(shè)置了單晶硅太陽能光伏系統(tǒng),峰值總功率為11.2kWp;所產(chǎn)生的電能并入公共電網(wǎng);屋面上同時還設(shè)有3平方米太陽能熱水系統(tǒng)。

太陽能光伏系統(tǒng)在德國居住建筑上的應(yīng)用

      2. 坡地別墅, Me?stetten-Tieringen(圖3.4-3.5

 

太陽能光伏系統(tǒng)在德國居住建筑上的應(yīng)用

     太陽能光伏系統(tǒng)在德國居住建筑上的應(yīng)用

                                                                                                                       3.5

空間特色:別墅建筑依山就勢,建筑師利用地勢將住宅分為上下兩層,下層相對封閉是私密的居住空間,上層幾乎透明是廚房和餐廳。

結(jié)構(gòu)形式:鋼框架結(jié)構(gòu),提高可再循環(huán)材料利用比例的同時,減少了建筑施工期的濕作業(yè)時間

被動式的外圍護(hù)結(jié)構(gòu)節(jié)能設(shè)計:所有的外窗采用充氬氣的三玻兩腔玻璃,傳熱系數(shù)0.7W/m2K,由于上層透明玻璃面積非常大,玻璃采用了low-e鍍膜以及內(nèi)置織物窗簾。

主動式節(jié)能設(shè)計:夏季制冷和冬季采暖采用地源熱泵。屋面上安裝了建筑一體化光伏系統(tǒng),設(shè)有41組單晶硅光伏電板,其峰值總功率n9kWp光伏電板產(chǎn)生的電n并入公共電網(wǎng),太陽能光伏系統(tǒng)所產(chǎn)生的電能足夠抵消這棟住宅本身所需的年耗電量。

3.
學(xué)生公寓,Munik(圖3.6

                  太陽能光伏系統(tǒng)在德國居住建筑上的應(yīng)用

慕尼黑某學(xué)生宿舍,可供588個學(xué)生居住。

被動式節(jié)能設(shè)計:推拉式活動外遮陽,色彩亮麗的遮陽構(gòu)件隨著使用者的需求產(chǎn)生無窮的組合變幻,在抵擋太陽輻射熱的同時,極大地豐富了建筑立面效果。

主動式太陽能設(shè)計:所有屋面均設(shè)置太陽能光伏和光熱系統(tǒng)。設(shè)置在屋頂?shù)奶柲芄夥姲迮c水平屋面成30度角,采用多晶硅光伏電池,峰值總功率為22.3kWp;屋頂還布置有130平方米的太陽能熱水系統(tǒng),可滿足60%的生活熱水需求量。

4.
集合式住宅,Tübingen——2009年歐洲太陽能獎(圖3.7-3.8

太陽能光伏系統(tǒng)在德國居住建筑上的應(yīng)用

 

這是一棟滿足被動式住宅標(biāo)準(zhǔn)的集合式住宅,包括十個大小不同的公寓,建筑面積從30平方米到150平方米不等,以滿足不同家庭組成的需求=

結(jié)構(gòu)形式:鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu),外墻采用輕型木框填充墻。

主動式太陽能設(shè)計:南向外墻裝有20組吸附式太陽能空調(diào)系統(tǒng),總面積達(dá)54平方米。南向和西向設(shè)置了多晶硅光伏電板,總面積達(dá)78平方米。立面上的太陽能系統(tǒng)均采用一體化安裝系統(tǒng)。屋頂布置有87平方米的多晶硅光伏電板,與屋頂平面夾角呈30°,采用非一體化(BAPV)安裝系統(tǒng)。太陽能光伏發(fā)電所產(chǎn)生的電能并入公共電網(wǎng),建筑立面、屋頂產(chǎn)生的電量可滿足整個住宅樓的照明和家用電器的用電需求。

5.
獨(dú)立別墅,Falkenberg(圖3.9-3.10

 

太陽能光伏系統(tǒng)在德國居住建筑上的應(yīng)用

 

這是一棟鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)的獨(dú)棟別墅建筑。

主動式太陽能設(shè)計:南向立面除結(jié)構(gòu)框架外均為透明玻璃,冬季可最大限度利用太陽輻射熱。屋頂上設(shè)置了10組太陽能空調(diào)系統(tǒng)和22組單晶硅光伏電板,為非一體化(BAPV)安裝系統(tǒng)。光伏電板的峰值總功率為360Wp可滿足該建筑70%的用能需求。采暖期,光伏電板產(chǎn)生的電主要用于地源熱泵設(shè)備;非采暖期,光伏電板產(chǎn)生的電能則并入公共電網(wǎng)。

其他可;生能源利用:地源熱泵熱水系統(tǒng)。

6.
既有建筑改造項目,Darmstadt(圖3.11-3.12

太陽能光伏系統(tǒng)在德國居住建筑上的應(yīng)用

 

Darmstadt市中心的改擴(kuò)建項目。

被動式外圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計:老樓加建了屋頂層,沿街立面為保持建筑原有風(fēng)貌增加了墻體內(nèi)保溫,朝向內(nèi)院的外墻增加了墻體外保溫。

主動式太陽能設(shè)計l沿街的建筑主要朝向非南北向,盡管朝向不利于太陽能的利用,但新加建的坡屋頂上還是設(shè)置了東西朝向的太陽能熱水系統(tǒng)和光伏電池,屋面斜度與水平面呈33度,屋面與太陽能光伏系統(tǒng)成一體化(BIPV)。太陽能光伏電池產(chǎn)生的電能并入公共電網(wǎng)。

其他節(jié)能措施:回收的雨水用于沖廁和花園灌溉。

 

四、思考與啟示

1、被動式的建筑節(jié)能設(shè)計:

1)建筑以南北朝向為主,建筑造型簡潔,無復(fù)雜的凹凸變化,便于 控制體形系數(shù);

2)東、西、北向控制外"面積,以減少外圍護(hù)的熱量損失;南向透 明外窗面積較大,使采暖期白天可通過玻璃獲得更多的太陽熱輻 射,降低采暖能耗;

3)屋面、外墻和外窗的傳熱系數(shù)比較小,外窗采用三玻兩腔中空玻 璃,窗框采用塑鋼和木質(zhì)型材,以提高外窗的熱工性能;

4)建筑外墻采用木制低碳材料,熱工性能好,可循環(huán)重復(fù)利用;

5)設(shè)置建筑活動外遮陽,充分利用太陽輻射特點(diǎn),夏季有遮蔽,冬 季有日照。

2、主動式的建筑節(jié)能設(shè)計充分利用太陽能和其他可再生能源:

1)利用建筑x墻和屋頂,綜合采用太陽能光伏發(fā)電和太陽能熱水系 統(tǒng);

2)采用排風(fēng)熱回收,提高能源利用a;

3)屋面的太陽能光伏和光熱系統(tǒng),根據(jù)建筑特點(diǎn)分別采用太陽能BA PV一體化安裝系統(tǒng)或BIPV非一體化安裝系統(tǒng);但建筑立面必須采 用BAPV太陽能一體化安裝系統(tǒng)p

4)安裝在居住建筑上的太陽能光伏系統(tǒng)所產(chǎn)生的電能均可并入公共 電網(wǎng);

5)利用地源熱泵制冷和采暖,合理利用太陽能產(chǎn)生的電量。

3、德國雖然不具備發(fā)展太陽能光伏的優(yōu)越條件,其太陽能資源與上海地區(qū)相似,但它成功的經(jīng)驗值得上海地區(qū)借鑒:

1)政府對于光伏補(bǔ)貼政策的鼓勵和允許多余電量并入公共電網(wǎng),大 大激發(fā)了民間居住建筑利用太陽能的積極性;

2)應(yīng)結(jié)合居住建筑的特點(diǎn),合理設(shè)置太陽能光伏或光熱集熱構(gòu)件位 置,太陽能構(gòu)件與建筑設(shè)計、安裝一體化、與外表面裝飾一體化 ;

3)太陽能光伏產(chǎn)品的多樣化,除了類型的多樣還有色彩的多樣變r ,為建筑設(shè)計提供了創(chuàng)造想象的空間;

4)既有建筑改造在保持原有建筑風(fēng)貌的同時,不但可z高圍護(hù)結(jié)構(gòu) 的熱工性能,還可充分利用太陽能資源和其它可再生能源。


聲明:本站所有內(nèi)容,凡注明來源:綠建之窗”或“本站原創(chuàng)”的文字、圖片等,版權(quán)均屬本網(wǎng)所有,其他媒體、網(wǎng)站等如需轉(zhuǎn)載、轉(zhuǎn)貼,請注明來源為“綠建之窗”。凡注明"來源:XXX"的內(nèi)容,為本網(wǎng)轉(zhuǎn)載自其他媒體,轉(zhuǎn)載目的是傳遞更多信息,并不代表本網(wǎng)贊同其觀點(diǎn)和對其真實(shí)性負(fù)責(zé)。如有侵權(quán),也請第一時間聯(lián)系我們。對不遵守聲明或其他違法、惡意使用本網(wǎng)內(nèi)容者,本站保留追究其法律責(zé)任的權(quán)利。管理員QQ:  4993067 32533240,緊急聯(lián)系方式:13693161205。


標(biāo)簽:光伏  太陽能  電池  建筑  安裝  

綠建知識

本欄最新更新

本欄推薦

閱讀排行

通信地址 北京市豐臺區(qū)汽車博物館東路1號諾德中心2期6號樓1201   郵編:100070 網(wǎng)站合作QQ:1658253059  電話: 13693161205 18501126985

綠建之窗網(wǎng)站已運(yùn)行:
  京公網(wǎng)安備11010602007284號  京ICP備14061276號-3 51LA統(tǒng)計