光伏系统在建筑中的应用与展望西安20110510.ppt
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1、光伏系统在建筑中应用现状与展望,主要内容,光伏发电基本概念 光伏系统与建筑结合的方式 国外光伏在建筑中的应用现状 国内光伏在建筑中的应用现状 国外光伏建筑实例与评价 广东光伏在建筑中的应用现状 存在问题与解决方法 发展趋势与前景展望 结束语,光伏发电基本概念,光伏发电基本概念,太阳能技术主要内容: -光热技术 - 光热转换 - 集热器(光谱选择性吸热表面) 热水器、制冷空调、取暖、干燥、海水淡化 -光伏技术 光电转换 - 光伏组件(太阳电池 - 半导体光电转换器件) 独立系统(海岛、通讯、抽水)、并网发电 太阳能技术推广市场: - 城市与农村:建筑结合、市政建设、 - 沙漠电站 : 美国、西班
2、牙、我国敦煌10 MW - 太空电站:不受气候、季节影响,光伏电池满功率全时间发电,光伏发电基本概念,原理: 利用半导体材料的光伏效应产生电流 材料:硅、锗、砷化镓等,最为广泛使用的是各种形式的硅:单晶硅、多晶硅、非晶硅薄膜 器件:太阳电池或光伏电池 系统:太阳电池与电力电子设备通过组合形成发电系统。 应用:从太空到地面;从无电地区到城市并网发电 问题:价格昂贵;原因:高纯材料和工艺复杂 发展:降低成本;提高效率 未来:光伏电力将与化石电、核电和风电并驾齐驱,光伏发电基本概念,光伏发电具有巨大的市场发展空间,光伏发电基本概念,光伏发电基本概念,光伏发电在不就得将来可实现平价上网,2010年8月
3、30日-9月5日全球光伏产品价格,光伏系统与建筑结合的方式,光伏系统与建筑结合的方式,屋顶系统 已有建筑,附着式(简单、初期形式) 幕墙结构 已有建筑,附着式(简单、初期形式) 建筑小品 新建筑、概念性、展示性 光伏建筑 光伏建筑构件、色彩、材料、功能、建筑规范 老建筑改造 古迹、教堂、纪念建筑,光伏系统与建筑结合的方式,光伏与建筑结合技术 - 光伏屋顶- 利用原有建筑和标准光伏组件,实现发电 - 光伏幕墙 - 利用标准组件或双玻璃组件,实现发电 - 光伏建筑构件 -光伏电池与建筑材料结合,成为建筑构件 光伏与建筑结合方式 - 附着式(BAPV),简单、当前常用方式、适用已有建筑 - 镶嵌式(
4、BIPV),复杂、适用 新建筑、未来发展趋势 光伏组件的寿命:20年?30年?50年?,光伏系统与建筑结合的方式,光伏建筑结合概念 - 光伏发电技术与建筑本身的结合 - 普通结合采用标准组件和附着式安装方式 - 紧密结合采用光伏建筑构件和镶嵌式安装方式 光伏建筑集成(或称一体化) - 主要采用光伏建筑构件和镶嵌式安装方式,是光伏技术与建筑紧 密结合形式,光伏电池作为建筑元素融入建筑本身。 相关标准 户用光伏建筑关键技术规范 - 中国住宅中心,光伏系统与建筑结合的方式,光伏建筑组件: 双玻璃叠层:根据透光要求,调节电池片之间间隔 中空玻璃:要考虑光线折射损失与散热问题 光伏电池瓦片:电池可与陶瓷
5、、金属、聚合物等结合 光伏外墙瓷砖:通过真空层压或硅酮胶粘接 光伏集成屋顶: 可用标准组件,通过集成技术形成发电屋顶结构,光伏组件现状与发展,标准光伏组件类型;(以材料成分分类) Si : 单晶硅、多晶硅、HIT (Sanyo) 封装结构: (玻璃/EVA/电池/EVA/TPT) 非晶(微晶)硅、CSG(多晶硅薄膜, Q-Cells) CIGS (CIS) (CuInSe or CuInGaSe , CuInGaS or CuInS) CdTe (First Solar ) 封装结构 :(玻璃/TCO/薄膜电池/EVA or PVB/PE or 玻璃),光伏组件现状与发展,全世界光伏组件分析(
6、216家企业,2008年11-12月统计) 种类 晶体硅 2587, 93% 其中多晶 1506,54%;单晶 1039,37%;EFG 34,HIT 8 薄膜 196, 7% 其中非晶硅 107;非晶硅/微晶硅 26; CIGS 43;CdTe 14; CSG 6 组件最高效率 单晶硅背面电极 19.6%,210 W, 美国Sun Power CIGS 11.3%, 第一,85 W, 德国Solibro CdTe 11.1%, 第二,80 W,美国First Solar,光伏组件现状与发展,建设部项目关于太阳电池组件效率的要求指标? 单晶 16%;多晶 14%,非晶 6% 国内企业组件效率
7、尚德 58种, 非晶硅9,无 6%;单晶27,无16%;多晶22,5 种14% 英利 19种, 多晶硅,5种14%:14.3%,15.8%,17.3%,17.7,18.1,18.5 林洋 72种,单晶硅37,无16%;多晶硅35,5种14% 天合 40种,单晶硅23,无16%;多晶17,2种14% 阿特斯 66种,多晶硅,6种14% Sun Power 单晶硅, 14种, 全部16%以上,最高19.6%,光伏组件现状与发展,光伏建筑组件: 双玻璃叠层:根据透光要求,调节电池片之间间隔 中空玻璃:要考虑光线折射损失与散热问题 光伏电池瓦片:电池可与陶瓷、金属、聚合物等结合 光伏外墙瓷砖:通过真空
8、层压或硅酮胶粘接 光伏集成屋顶:可用标准组件,通过集成技术形成发电屋顶结构,光伏系统与建筑结合的方式,一般组件:单层结构: 玻璃/TPT; 玻璃/玻璃 建筑组件:双层结构:玻璃/玻璃隔热;玻璃/玻璃-隔热-安全玻璃,光伏系统与建筑结合的方式,与建筑结合,光伏组件必须在发电的同时满足以下条件: 代替幕墙或起到屋顶的功能; 遮阳、隔音、挡风、遮雨、隔冷、隔热、防火等等 光伏建筑集成或光伏建筑一体化(BIPV): 即光伏组件除了发电同时满足作为建筑外表面的建筑构件的功能,德国标准-DIN VDE 0126-21 这样的组件可以完美地用于建筑,当然还有安全与外观问题,价格是不是可以接受和寿命能不能与传
9、统建材相比,仍需发展和评估,但是它可以发电产生利润并保护环境。,国外光伏在建筑中的应用现状,国外光伏在建筑中的应用现状,太阳电池主要产品 主流产品仍是晶体硅电池,薄膜电池技术也在不断发展 主要生产国:中国、德国、日本、美国 应用情况 屋顶计划, BIPV(城市发展主要形式) 大型光伏电站开始规模化发展(远离城市),太阳电池产量增长图(1999 - 2009 ),2009年全球太阳电池产量比例 注:本页数据来自Photon2009年第3期,世界光伏产业现状-2009,2009年太阳电池世界总产量12 GW,其中 我国大陆+台湾占50% 我国仅大陆产量超过欧洲、日本和美国总和。 我国大陆生产占40
10、%! 德国光伏应用占40%!,世界光伏市场现状-2009,直至2009年底,世界光伏安装总量22 GW,其中: 欧盟27国为16 GW,占70% 德国9 GW 2009年光伏安装排行榜: 德国 3800 MW 意大利 780 日本 484 美国 470 捷克 411 比利时 308,德国光伏发展历程回顾,1990.9.1 千户屋 顶计 划,提供系统70%建设资金 1990.12.1 通过上网电价法(8.5欧分/kWh),安装总量 2 MW 1995 千户屋顶计划完成,安装总量18 1998 一直是8.5欧分/kWh补贴(直到2000),总量54 1999 十万屋顶计划,总量67 2000 可再
11、生能源法 ,总量111 2001 50.6欧分/kWh补贴,181 2003 十万屋顶计划完成, 45.7欧分/kWh ,432 2004 可再生能源修正法, 57.4欧分/kWh,1053 2007 49.2欧分/kWh,4017 2008 46.75欧分/kWh,5950 2009 43.01欧分/kWh,9000 2010 39 .14欧分/kWh,上半年已经安装3000以上!,德国光伏发展历程回顾,德国至今保持光伏应用大国(2005-) 2008年安装的太阳电池2/3来自德国厂家; 2009年德国生产太阳电池1700 MW,进口2000 MW,安装3800 MW,即一半为进口; 原因:
12、生产成本 德国最大太阳电池企业 Q-Cells:0.44 美元/W 我国企业如尚德、天合等:0.30 美元/W 我国晶澳: 0.20 美元/W,德国光伏上网电价 -来源 Gestore dei Servizi Elettrici (GSE),PHOTON,光伏与建筑结合的发展现状与趋势,德国“十万屋顶”计划 (一千、二万屋顶) 德国太阳房或零能耗建筑,1983年一个农村光伏建筑运行至今,情况良好 十万屋顶项目,跟踪调研分析 政府机构推进发展 - 德国环境部 研究机构强大、研究前沿与实用、与企业合作紧密、 产业配套齐全、创新能力强 政策有远见、到位、可操作性强,德国5千瓦并网光伏系统成本分布(屋
13、顶),电池组件 55% 逆变器 13% 安装材料 16% 安装工程 11% 设计与文件 5%,德国光伏上网电价 -来源 Gestore dei Servizi Elettrici (GSE),PHOTON,日本光伏发展历程回顾,第一阶段(19741984): 这项被命名为“阳光计划”的国家R&D项目,是对第一次石油危机作出的响应。当初设立的目标是要在2000年提供相当量的非石化能源(2006年日本石油依赖度已降到50,政府的目标是到2030年降到40),这一雄心勃勃的计划构成了全国上下开发新能源技术的主心骨,其中太阳能就是一大热点,在1979年第二次石油危机后,其经费稳步上升。 第二阶段(19
14、841994): 完成了很多光伏示范项目,“阳光计划”进展顺利。Sanyo首先在计算器上实现了a-Si光伏电池的商业化,其他企业也随之而来,但缺乏应用需求,总体市场还很小。 第三阶段(19942005): 1994年后,在国家政策的鼓励下,住宅光伏系统的安装量迅速增加。这些鼓励政策包括简化安装步骤、提供并网技术支持、投资补贴和电量监控系统(PV发电可使电表反转,市价卖低价买)等。现在日本安装的PV系统中,94都是享受政府补贴的并网系统。,日本光伏发展历程回顾,在日本,作为太阳光发电技术开发的长期战略方针,新能源产业技术综合开发机构(简称NEDO)在2004年制定并发表了2030年的路线图(PV
15、2030)。 到2030年的目标是,太阳光发电成本由现在的每度46日元(家庭用电价格的大约2倍),降低到与市电同等水平的每度7日元,累计安装量达到102 GW。 如果太阳电池的安装量达到102 GW,一年的发电量将会达到1100亿千瓦时(度),约占日本总用电量的10%,这样天气变动引起的输出变动和对电网的影响将随之而来。 因此把太阳电池和蓄电技术相结合组成相对独立的发电系统,或者和其他的分散性能源相结合组成混合型系统,从更长远看,氢能源的利用也将会变得更重要。,日本光伏发展历程回顾,2004 安装光伏272 MW 2005 290;2006 287;2007 210 2008 225 累计 2
16、150 MW 2009 490, 总计 2600 MW 2010年预计产能 4.5 GW 2012年预计产能 7 GW 2010年预计安装总量 500-1200 MW 2030年预计安装总量100 GW 长期的第一生产大国地位被我国超越,应用大国被德国超过,日本光伏发展PV2030,太阳电池生产用于:(GW/年) 2010 2020 2030 2050 国内 0.5-1 2-3 6-12 25-35 出口 1 3 30-35 300,美国光伏发展历史回顾,1954年贝尔实验室的研究人员首先开发出转换效率4.5的单晶硅太阳电池,美 国是世界光伏技术和光伏 产业的发源地 1997克林顿签署“One
17、 Million Solar Roof”计划。该项计划的发起宗旨和基本目标包括有效减少CO2等温室气体的排放、保持 美 国在世界光伏工业的竞争力和创造更多的高技术就业职位,到2010年要求发电成本降到7.7 美 分/千瓦时,光伏系统总安装容量达3025 MW,CO2的排放量每年减少351 万吨。 2006年施瓦辛格在加州签署“ Million Solar Roofs Plan” 千万屋 顶 计划 至今为止在高效晶体硅电池和薄膜电池研发和生产方面占领先地位 SunPower; First Solar,美国光伏发展历史回顾,2008年 美国为第三大光伏市场342 MW(其中并网292 MW) 到2
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- 系统 建筑 中的 应用 展望 西安 20110510
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