技术讲座赏析《薄膜电池在BIPV的应用优势分析》

【编者按】这是深圳市创益科技发展有限公司李志坚先生,在第八届中国国际门窗幕墙博览会光电建筑应用论坛上,发表的《薄膜电池在BIPV的应用优势分析》。该论文显示了创益科技作为硅基薄膜太阳电池的制造商和光伏应用系统解决方案的提供商,具有强大的技术实力和丰富的工程经验。我们希望引起建设方和设计单位的关注,加强与创益科技的合作。

一、光伏行业发展现状

●全球市场规模

全球市场规模

●中国市场发展

中国市场发展

●薄膜电池竞争格局

薄膜电池竞争格局

●光伏产品应用

目前安装的光伏组件85%是屋顶(ROOF-TOP),10%是地面电站,5%BIPV。

光伏产品应用

●我国光伏产品应用

到2010年的光伏市场分布

市场

累计安装

(MWp)

市场份额

(%)

农村电气化

80

32.0

通信和工业

40

16.0

光伏应用产品

30

12.0

光伏建筑并网

50

20.0

大型光伏(荒漠)电站

50

20.0

累计安装总量

250

100

二、光伏产品与建筑的结合

●安装方式

安装方式

●光伏组件安装在斜屋顶

光伏组件安装在斜屋顶

●光伏组件镶嵌于斜屋顶

光伏组件镶嵌于斜屋顶

●光伏组件附着于平屋顶

光伏组件附着于平屋顶

●光伏组件作为平屋顶的构件

光伏组件作为平屋顶的构件

●光伏组件附着于墙面

光伏组件附着于墙面

●光伏组件作为建筑幕墙

光伏组件作为建筑幕墙

●光伏组件作为建筑遮阳

光伏组件作为建筑遮阳

三、薄膜电池应用于建筑的优势

●薄膜太阳能电池的种类

 非晶硅薄膜太阳能电池

 微(多)晶硅薄膜太阳能电池

 铜铟硒薄膜太阳能电池

 铜铟镓硒薄膜太阳能电池

 碲化隔薄膜太阳能电池

 染料敏化薄膜太阳能电池

 有机薄膜太阳能电池

●薄膜电池技术发展分析

薄膜电池技术发展分析

●非晶硅薄膜与晶体硅相比的优点

 材料和制造工艺成本低,易于形成大规模生产能力;

 品种多,用途广;

 具备弱光发电的性能;

 非晶硅薄膜电池透光性好,透光度可从5%到75%;

 高温性能好,高温对非晶硅发电性能的影响比晶体硅的小很多;

 晶体硅具有“热斑效应”,而阴影对非晶硅的影响很小;

 非晶硅电池的板块能更好的配合建筑分格。

●同功率同倾角下晶体硅与非晶硅发电量比较

测试部位:屋顶最佳倾角

测试地点:深圳龙岗

测试时间:2010年9月

屋顶最佳倾角

●同功率同倾角下晶体硅与非晶硅发电量比较

测试部位:南立面及东立面

测试地点:深圳龙岗

测试时间:2010年9月

南立面及东立面

●温度对输出功率的影响

当工作温度为25℃时,两者均无功率损失;

随着工作温度的不断上升,晶体硅的实际输出功率会出现大幅度下降,下降幅度约为非晶硅的3倍;

高温环境下,非晶硅材料的优势尤为明显。

温度对输出功率的影响

组件类别 温度系数(%/℃)
开路电压 短路电流 最大功率
非晶硅 -0.34 0.018 -0.19
晶体硅 -0.34 0.065 -0.43

●“热斑效应”的影响

对于晶体硅太阳电池,小遮挡即可引起大功率损失,即“热斑效应”;

阴影遮挡对于薄膜电池的影响要小得多。

热斑效应

●薄膜电池在建筑上的效果优势

薄膜电池在建筑上的效果优势

晶体硅太阳电池制作的玻璃幕墙

(光线欠柔和,影像也不太美观)

非晶硅太阳电池制作的玻璃幕墙

非晶硅太阳电池制作的玻璃幕墙

(光线柔和,投影也很和谐)

四、薄膜电池应用于建筑的设计方法

●设计路线

设计路线

●BIPV系统设计内容

BIPV系统设计内容

●朝向与发电量的关系

测试地:深圳龙岗

测试时间:2010年9月

朝向与发电量的关系

五、应注意的问题

●组件的安全性

光伏建筑一体化组件的安全性问题主要来源于两方面,一是结构设计和封装是否符合使用要求;二是因电池本身的特性体现出的安全问题。

薄膜电池本身特性不存在安全问题,而对于晶体硅组件来说,由于晶体硅本身成小块状单体,存在着局部热斑效应,当某晶体硅单体被长时间严重遮挡后,这块晶体硅单体就会变成负载被加热,当到一定程度后就有可能产生过热,存在爆炸可能,因此对晶体硅组件的设计来说特别要注意这一点,对可能存在的遮挡尽量避免和采取清除措施。

●组件的气密性、水密性

组件的气密性和水密性问题与封装材料和工艺有关,同时也与设计结构有关,对于薄膜电池来说,由于边缘膜层的存在会使气密性、水密性程度降低,因此必须将边缘膜层去掉到足以满足要求的宽度,严防由于气密性或水密性的缺陷导致脱层、脱膜现象发生,特别对于大尺寸组件需要薄膜电池进行拼接时,必须将拼接缝隙处进行密封处理,需要将薄膜电池尺寸设计小于内外层封装玻璃尺寸,在四周留有一定间隙,以供封装后在间隙处填充耐候密封胶,满足组件的气密性、水密性要求。

●组件的建筑节能

在组件的使用过程中太阳能电池的发热成为节能设计的一个重要问题,不能因为组件的发热而产生新的能源消耗现象,因此对组件的发热必须采取有效的措施来解决散热问题,比如采用主动呼吸式幕墙结构,通过利用太阳能电池发电实现主动换气,达到节能功效。工作原理是:太阳能组件发电供给横流风机将新鲜空气从立柱的进气通道进入中空层内,再通过立柱的出气通道将空气带出中空层,实现新鲜空气的不停循环运动,达到降温和换气作用。

●分区问题

应用于光伏建筑一体化的组件具有安装位置多、间隔远,光照条件、光照时间不一样的特点,合理的分区进行串并联线是保证获取最大发电量的首要条件。

●高电压、低电流传输原则

为了减少电力传输过程中的线损耗,采用高电压、低电流传输是一般原则,但注意为了防止因其中一块组件出现故障而影响整个系统运行,需要在串联线路上加旁路二极管、在并联线路上加防反二极管,由于二极管有一定的压降,所以有些是安装在每一块组件上,而有些可以安装在电路上已减少压降损失。

●隐蔽布线、方便安装原则

对于光伏一体化幕墙来说与普通幕墙最根本的区别就是光伏一体化幕墙是一个较高电压的带电墙,它的安全性非常重要,任何电缆的裸露都可能造成漏电、触电危险,因此隐蔽布线是必须的要求,这就需要我们在幕墙设计时考虑走线方式和设计走线槽以及测试点,而走线槽的设计要考虑方便施工与维护,避开因建筑结构影响接线处,不会因为建筑本身立柱或横梁的遮挡影响施工 。

隐蔽布线节点图例

隐蔽布线节点图例

六、创益科技BIPV系列产品

●产品类型

1. 非晶硅太阳能光伏夹层玻璃(全遮式、百叶式、点透式、线透式)

2. 非晶硅太阳能光伏中空玻璃(夹层—中空、内置中空)

●点透式非晶硅太阳能光伏夹层玻璃

点透式非晶硅太阳能光伏夹层玻璃

●百叶式非晶硅太阳能光伏夹层玻璃

百叶式非晶硅太阳能光伏夹层玻璃

●点透式非晶硅太阳能光伏夹层 - 中空玻璃

点透式非晶硅太阳能光伏夹层

●百叶式非晶硅太阳能光伏中空玻璃

百叶式非晶硅太阳能光伏中空玻璃

七、创益工程BIPV案例

●深圳建科大楼

安装组件:点透式非晶硅夹层玻璃

总安装面积:621平米

安装功率:16.8KWp

深圳建科大楼

●广州电视塔

组件:点透式异型非晶硅光伏夹层-中空玻璃

安装面积:364平米

安装功率:10KWp

广州电视塔

●长沙中建大厦

组件:内置百叶光伏中空玻璃

安装面积:2000平米

安装功率:100KWp

长沙中建大厦

●上海轻轨隔音障

组件:全遮式非晶硅太阳能光伏夹层玻璃

总安装面积:320平米

安装功率:9.6KWp

上海轻轨隔音障

●深圳高原社区

遮阳棚组件:非晶硅光伏夹层玻璃

安装面积:100平米

功率:6KWp

非晶硅光伏夹层玻璃

●创益产业园

组件:非晶硅百叶式光伏夹层玻璃

安装面积:2200平方米

安装功率:60KWp

创益产业园

《光电建筑资讯》技术栏目主编

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