毕业论文-太阳能光伏发电与建筑一体化

学生毕业设计（论文）题 学 专 班 姓 学 目 太阳能光伏发电与建筑一体化 院 业 级 名 号 2085110112 光伏工程 材料加工与应用技术 08光伏(1)班指导教师 完成日期2010-10-18目录摘要 .............................................................. 2 引言 .............................................................. 2 第一章 太阳能光伏发电............................................. 3 1.1 太阳能热发电 ......................................... 4 1.2 第二章 太阳能光伏发电 ...................................... 5建筑一体化 ............................................... 8 2.1 太阳电池原理 ..................................... 8 2.2 光伏发电系统 .................................... 9 2.3 BIPV 建筑一体化 ................................ 102.4 BIPV 在国外 ................................................... 14 2.5 BIPV 在中国 .................................................. 14 2.6 太阳能利用与建筑一体化的优点 ................................. 15 致 谢 ............................................................ 16 参考文献 ......................................................... 171摘要 太阳是能量的天然来源。地球上每一个活着的生物之所以具有发挥作用的能 力 , 甚至于是它的生存，都是由于直接或间接来自于太阳的能量。我们的地球处在 离太阳差不多有一亿英里的地方。它所截取的辐射能少到难以置信 （大约千万分 之三），这么小的一点能量， 实际上比整个世界目前现有的发电能力还大十万倍。 目前全世界尤其是工业发达国家开始感到能量短缺，因此，人们开始求助于 太阳 能，以解决能源危机。 太阳能每天都能无限供应，而且数量庞大。如果在大的电厂利用，就减少了 温室效应，有些能源专家和环境保护的专家则认为，在满足人类今后能量需要方 面，太阳能的热影响比任何其他替换品的热影响要小得多。作为一种不污染环境 ， 又取之不尽的新能源，它无处不在。尤其是在电力供力方面，有专家认为太阳能 发电最终将在电力供应中占 20% 。 太阳能是一种辐射能，太阳能发电意味着 --- 要将太阳光直接转换成电能，它必须 借助于能量转换器才能转换成为电能。将光能直接转换成电能的过程确切地说应 叫光伏效应。不需要借助其它任何机械部件，光线中的能量被半导体器件的电子 获得，于是就产生了电能。这种把光能转换成为电能的能量转换器，就是太阳能 电池。太阳能电池也同晶体管一样，是由半导体组成的。它的主要材料是硅，也 有一些其他合金。用于制造太阳能电池的高纯硅，要经过特殊的提纯处理制作。 太阳能电池只要受到阳光或灯光的照射，就能够把光能转变为电能，使电流从一 方流向另一方，一般就可发出相当于所接收光能的 10~20% 的电来。一般来说，光 线越强，产生的电能就越多。为了使太阳能电池板最大限度地减少光反射，将光 能转变为电能，一般在它的上面都蒙上一层可防止光反射的膜， 使太阳能板的表 面呈紫色。它的工作原理的基础是半导体 PN 结的光生伏打效应。所谓光生伏打效 应就是当物体受光照时，物体内的电荷分布状态发生变化而产生电动势和电流的 一种效应。当太阳光或其他光照射半导体的 PN 结时，就会在 PN 结的两边出现电 压（叫做光生电压）。这种现象就是著名的光生伏打效应。使 PN 结短路，就会产 生电流。 引言中国太阳能资源非常丰富，理论储量达每年 17000 亿吨标准煤。太阳能资源 开发利用的潜力非常广阔。中国光伏发电产业于 20 世纪 70 年代起步， 90 年代中 期进入稳步发展时期。太阳电池及组件产量逐年稳步增加。经过 30 多年的努力，2已迎来了快速发展的新阶段。在“光明工程”先导项目和“送电到乡”工程等国 家项目及世界光伏市场的有力拉动下，中国光伏发电产业迅猛发展。 2007 年，中国光伏电池产量首次超过德国和日本，居世界第一位。 2008 年的 产量继续提高，达到了 200 万千瓦。近 5 年来，中国光伏电池产量年增长速度为 1-3 倍，光伏电池产量占全球产量的比例也由 2002 年 1.07 ％增长到 2008 年的近 15％。 商业化晶体硅太阳能电池的效率也从 3 年前的 13 ％ -14 ％提高到 16 ％ -17％。 因美国次贷问题而引发的金融危机，从华尔街迅速向全球蔓延，致使部分金融机 构轰然倒塌，证券市场持续低迷，石油价格大幅下滑。中国光伏发电产业近年发 展迅速，成为政府重视、股市活跃、风投青睐、各行各业蜂涌相聚的世界太阳谷。 由于设备、原料和市场三头在外，它对美国、欧洲和日本等国际市场存在很大依 存度。随着这场金融危机特别是国际油价的大幅下挫，对中国光伏发电业的投资 资金、出口订单等方面产生重大影响，但金融危机对光伏产业的巨大影响一定会 在未来的某个时间得到消化。长远来看，世界光伏市场的政策推动力依然存在， 光伏产业的市场成长依然强劲。第一章太阳能光伏发电阐述了当前太阳能热发电系统和太阳能光伏发电系统的结构、原理和特点。同时对太阳 能发电的现状和发展进行了介绍。关键词：太阳能热发电太阳能光伏发电槽式碟式塔式 光伏 20 世纪以来，随着社会经济的发展和生活水平的提高，使人们对能源的需求量不 断增长。同时由于化石能源资源的有限性，以及他们在燃烧过程中对全球气候和环境所 产生的影响日益为人们所关注，因此从资源、环境、社会发展的需求来看，开发和利用 新能源和可再生能源是必然的趋势。 太阳能发电的主要优点在于：太阳能电池可以设置在房顶等平时不使用的空间， 无噪音、寿命长，而且一旦设置完毕就几乎不要需要调整。现在只要将屋顶上排 满太阳能电池，就可以实现家中用电的自给。现今太阳能的主要用途已不再是小 规模的，从性质上来说，是专业化的。它从军事领域、通信领域到城市建设领域 等都起到了重大的作用。委内瑞拉还推出廉价太阳能车、欧洲科学家研制出轻便 的可穿在身上的太阳能电池。目前 , 太阳能的利用存在着巨大的发展空间，有关的 技术有可能在短时间内实现突破。它已被许多发达国家作为其能源战略的一个重3要组成部分。 在新能源和可再生能源家族中，太阳能是最引人注目，开展研究工作最多，应 用最广的成员。太阳能是一种清洁能源，这对于当前人类对环境污染的重视尤为重要。 太阳能还属于无限的能源。据专家预测，太阳的寿命有 600 亿年，而地球的寿命只有 50 亿年，因此太阳能相对于我们人类来说是无限的。而且它也不受任何人的控制和垄断。 这些优点都是常规能源所无法比拟的。当然太阳能也有不足的地方，比如太阳辐射的强 度受到气候、昼夜、纬度、季节、海拔的影响，往往需要配备储能设备。又如它的能流 密度低，实际利用时需要较大的太阳能收集装置，占地面积大，投资大。这些因素也都 制约了太阳能的利用。到本世纪以来，随着新材料的应用、电子技术等高科技的高速发 展，为太阳能的有效利用提供了条件。人们将太阳能辐射通过收集和转换变为可直接利 用的能源，使太阳能的利用得到相当大的发展。其中利用太阳能发电就是对太阳能最好 的利用。 目前太阳能发电有两种方法。一种是将太阳能转换为热能，然后按常规方式发 电，称为太阳能热发电。另一种是通过光电器件利用光生伏打原理将太阳能直接转换为 电能，称为太阳能光伏发电。1.1 太阳能热发电1、太阳能热发电系统太阳能热发电也叫做太阳能聚光发电，是将太阳辐射从面积上浓 缩产生高温发电的装置。由于太阳光聚集后可以产生高温，因此该技术用于与热发电机 相 连 来 构 成 发 电 系 统 。 太 阳 能 聚 光 技 术 最 早 可 以 追 溯 到 140 年 前 (D.Mills,2003),Mouchot 和 Pifre 于 1882 年在法国所做的研究工作。其后，在 1888 年 Ericsson，1901 年 Eneas，1913 年 Shuman 和 1968 年 Francia 在该方面也进行了大 量的研究工作。最值得一提的是在上世纪 80 年代，由于 70 年代的石油危机，太阳能热发电得到了重视，一批大规模的太阳聚光器在世界各国安装。如发电总功率 354MW 的槽 式太阳能热电站在美国加洲建成，在十几年间已经发电超过 5000GWh。 当前太阳能热发电按照太阳能采集方式可划分为（1）太阳能槽式发电； （2）太 阳能碟式发电； （3）太阳能塔式发电； （1）太阳能槽式发电槽式发电是最早实现商业化 的太阳能热发电系统。它采用大面积的单轴槽式太阳能追踪采光板，通过对太阳光的聚 焦，把太阳光聚集到安装在抛物线形反光镜焦点上的线形接收器上，并加热流过接收器4的热传导液，使热传导液汽化，同时在能量区的热转换设备中产生高压、过热的蒸汽， 然后送入常规的蒸气涡轮发电机内进行发电。通常接收太阳光的采光板采用模块化布 局，许多采光板通过串并联的放置，均匀的分布在南北轴线方向。为了保证发电的稳定 性，通常在发电系统中加入化石燃料发电机。当太阳光不稳定的时候，化石燃料发电机 补充发电，来保证发电的稳定性和实用性。一些国家已经建立起示范装置，对槽式发电 技术进行深入的研究。到 2000 年，随着先进技术和设计的提出，减少了槽式发电在热 收集方面的损耗和电的寄生效应，使槽式发电得到了较大的提高。可使一个 80MW 的发 电站的光电转换效率达到 12.9。当前，随着热能存储设备的加入，可使槽式发电的效率 比最初提高 7。热能存储设备可以存储剩余的热量，保证发电的平稳，同时它也为独立 的太阳能发电提供了保障。有了热能存储设备的加入，可使一个 80MW 的发电站的光电 转换效率达到 13.8。如表 1 所示为目前世界上太阳能槽式发电站列表。 当前正在发展的技术方向为直蒸汽（DSG）技术。典型的 PTC 发电厂动力范围为 30-150MW，工作温度约为 400°C。表 1 世界太阳能槽式热发电站列表（2）太阳能碟式 发电碟式发电是目前利用太阳能发电效率最高的太阳能发电系统，最高可达到 29.4％ [1]。因此它有潜力成为最廉价的利用太阳能发电的系统。它利用双轴跟踪技术，采用 一组反光镜聚集太阳光，同时利用接收器进行有效地热转变工作，之后利用常规发电机 进行发电。通常接收器的接收面被放置于聚光焦点的后面以减小激烈的高温熔化。碟式 发电系统具有高效率、多功能、可和化石燃料混合发电等特点。高效率来自于它的低成 本和高能量密度。 和其它太阳能技术比较依赖场地和高费用来说,碟式发电每 MW 大约需 要 1.2 到 1.6 公顷的占地。对于系统的安装成本，尽管当前为＄12000/kW，但是由于它 具有的高效率,因此潜力巨大[2]。同时碟式发电系统功率较小，一般为 5～50kW，因此 它即可以单独分散发电，也可以组成较大的发电系统。研究表明，碟式太阳能热发电系 统在空间上的应用，与光伏发电系统相比，具有气动阻力低、发射质量小和运行费用便 宜等优点，因此目前世界各国也都在对碟式发电进行积极的研究和利用。如表 2 所示为 目前世界上太阳能碟式发电站列表。[NextPage]表 2 世界太阳能碟式热发电站列表(3) 太阳能塔式发电太阳能塔式发电又叫做高温太阳能热发电，它利用独立跟踪太阳光的定 日镜群把太阳光聚集到塔顶的能量转换器（接收器）上，通过能量的转换把热量传递给 热传导液，再由蒸汽发生器产生蒸汽带动蒸汽涡轮发电机产生电能，同时利用冷却塔进 行冷却再进入接收器进行循环发电。塔式太阳能发电系统是利用定日镜来实现对太阳光 的反射和聚集，由于塔式发电系统中定日镜的数量众多，因此可实现大功率的发电，实5际应用上可达到 30-400MW 之间。而且接收器的散热面积相对较小，因而可以得到较高 的光电转换效率。同时由于储能槽的加入，使系统可以一天内连续发电 13 小时。 在美国的西南部，由于充足的日照强度和相对便宜的土地价格，使这里成为了建 设塔式发电站的理想区域，同样北非、墨西哥、南美、中东和印度等地，也都是理想的 塔式发电站建设地[3]。如表 3 所示为目前世界上太阳能塔式发电站列表。目前正在发 展的技术方向为直加热空气发电技术。表 3 世界太阳能塔式热发电站列表 2、太阳能热发电系统的发展与展望 1950 年，前苏联设计了世界上第一座太阳能塔式电 站，建造了一个小型试验装置。70 年代，太阳能电池价格昂贵，效率较低。相对而言， 太阳能热发电效率较高，技术比较成熟，因此当时许多工业发达的国家都将太阳能热发 电作为重点，投资兴建了一批试验性太阳能热发电站。据不完全统计，从 1981～1991 年，全世界建造的太阳能热发电站（500kw 以上）约有 20 余座，发电功率最大达 80MW。 80 年代中期， 人们对建成的太阳能热发电站进行技术总结后认为， 虽然太阳能热发电在 技术上可行，但投资过大，且降低造价十分困难，所以各国都改变了原来的计划，使太 阳能热发电站的建设逐渐冷落下来。正当人们怀疑太阳能热发电的时候，美国和以色列 联合组成的 LUZ 太阳能热发电国际有限公司，自 1980 年开始进行太阳能热发电技术研 究，开发槽式太阳能热发电系统，并成功地进入了商品化阶段。于 1985 年至 1991 年间 在美国加州沙漠建成了 9 座槽式太阳能热发电站， 总装机容量达到了 353.8MW[4]。 并使 发电成本逐渐下降，预期能达到 5～6 美分／kWh。LUZ 热发电站的成功实践，激发起人 们对太阳能热发电继续进行研究开发的热情。 为此，以色列、德国和美国几家公司进行合作，继续推动太阳能热发电的发展， 并成功的在美国内华达州建造了两座 80MW 槽式太阳能热发电站，两座 100MW 太阳能与 燃气轮机联合循环电站， 在西班牙和摩洛哥分别建造了 135MW 和 180MW 太阳能热发电站 各一座。我国对太阳能热发电领域的研究也逐渐重视起来。在“六五”期间建立了一套 功率为 lkW 的太阳能塔式热发电模拟装置和一套功率为 lkW 的平板式太阳能低温热发电 模拟装置。此外，我国还与美国合作设计并试制成功功率为 5kW 的碟式太阳能发电装置 样机。并在 2005 年与以色列合作，在江苏省南京市建成了第一座功率为 75kW 的太阳能 塔式热发电示范电站，并成功运行发电。太阳能热发电具有巨大的潜力，因此对于太阳 能热发电未来的发展，应着眼于市场应用的开发，使太阳能热发电真正溶入到我们的生 活当中。研究低成本的反射材料、接收器和发电设备成为了降低热发电成本的关键，也 是当前热发电领域研究的重点。61.2 太阳能光伏发电太阳能光伏发电太阳能光伏发电是利用太阳能光伏电池的光生伏打原理把太阳光能直 接转化为电能的发电方式。 （1）太阳能光伏发电系统的组成太阳能光伏发电系统由太阳 能光伏电池组、太阳能控制器、蓄电池（组）组成。如输出电源为交流 220V 或 110V， 还需要配置逆变器。 太阳能光伏电池板是太阳能光伏发电系统中的核心部分，也是太 阳能光伏发电系统中价值最高的部分。其作用是将太阳的辐射能转换为电能，或送往蓄 电池中存储起来，或推动负载工作。太阳能光伏电池板的质量和成本将直接决定整个系 统的质量和成本。太阳能控制器控制着整个系统的工作状态，并对蓄电池起到过充电保 护、过放电保护的作用。在温差较大的地方，合格的控制器还应具备温度补偿的功能。 蓄电池一般为铅酸电池，小微型系统中，也可用镍氢电池、镍镉电池或锂电池。其作用 是在有光照时将太阳能电池板所发出的电能储存起来，到需要的时候再释放出来。在很 多场合，都需要提供 220VAC、 110VAC 的交流电源。由于太阳能的直接输出一般都是 12VDC、24VDC、48VDC。为能向 220VAC 的电器提供电能，需要将太阳能发电系统所发出 的直流电能转换成交流电能，因此需要使用 DC-AC 逆变器。在某些场合，需要使用多种 电压的负载时， 也要用到 DC-DC 逆变器， 如将 24VDC 的电能转换成 5VDC 的电能。 [NextPage] （2）太阳能光伏电池的原理太阳能电池内部存在 P-N 结，当 P-N 结处于平衡状 态时，在 P-N 结处形成耗尽层，存在由 N 区到 P 区的势垒电场。当太阳光入射的能量大 于硅禁带宽度的时候，射入电池内部的太阳光子，把电子从价带激发到导带，产生一个 电子-空穴对。电子-空穴对随即被势垒电场分离，电子和空穴被分别推向 N 区和 P 区， 并向 P-N 结交接面处扩散， 当到达势垒电场边界时， 受势垒电场的作用， 电子留在 N 区， 空穴留在 P 区，形成内建电场。而由于内建电场的作用，N 区中的空穴和 P 区中的电子 被分别推向对方区域，使 N 区积累了过剩的电子，P 区积累了过剩的空穴，即在 P-N 结 两侧形成了与势垒电场方向相反的光生电动势，当接入负载后，就会产生电流流出。 （3）太阳能光伏发电系统的分类当前太阳能光伏发电系统大致可分为三类：独 立蓄电系统、反馈式发电系统、市电并联系统。独立蓄电系统(图 4-a)：这是比较原始 的一种太阳能应用方式。在国内外应用已有若干年。系统比较简单、造价低。只因其一 系列的电池维护困难，而限制了使用范围。反馈式发电系统(图 4-b)：当用电负载较大 时，太阳能电力不足就向市电网络购电，而负载较小或不使用电器时，就可以将多余的7电力卖给市电。这种方式的实施意义重大。适用于电网己全面改造的城市。市电并联系 统(图 4-c)：这是介于上述两种方案之间的系统。常常是太阳能发电的中期运用形式。 由于城市电网改造尚未进行，只好采用此灵活的做法。图 4 光伏发电系统的分类 （4）太阳能光伏发电的现状和发展趋势①国外太阳能光伏发电现状和发展趋势 太阳能光伏发电产业是 20 世纪 80 年代以来世界上增长最快的高新技术产业之一。到 2004 年,世界太阳能光伏发电装机总容量达到 964.9MW,到 2006 年底,达到 4961.69MW。 已经商品化、实用化的太阳能光伏电池主要有单晶硅电池、多晶硅电池、非晶硅电池、 聚光电池、带状硅电池及薄膜电池等几类。在国际市场上 ,目前太阳能光伏电池的价格 大约为 3.15 美元/W,并网系统价格为 6 美元/W,发电成本为 0.25 美元/(kW•h)[5]。光伏 电池的光电转化效率也不断提高,晶体硅光电池转化率达到 15,单晶硅光电池转化率是 23.3,砷化镓光电池是 25,在实验室中特制的砷化镓光电池已达 35～36[5]。同时太阳能 光伏电池/组件的使用寿命也大大增长,最多可达到 30 年。目前,光伏发电主要集中在日 本、 欧盟和美国,其光伏发电量约占世界光伏发电量的 80[6]。 今后光伏发电系统主要围 绕高效率、低成本、长寿命、美观实用等方向发展。专家们预测到 2050 年,太阳能光伏 发电在发电总量中将占 13-15,到 2100 年将约占 64[9]。②国内太阳能光伏发电现状和发展趋势 20 世纪 90 年代以来是我国光伏发电快速发展的时期。在这一时期我国光伏组 件生产能力逐年增强,成本不断降低,市场不断扩大,装机容量逐年增加,2006 年累计装 机容量达 35MW,约占世界份额的 3[7]。10 多年来,我国光伏产业长期平均维持了全球市 场 1 左右的份额。到 2020 年前,我国光伏技术产业将会得到不断的完善和发展,成本将 不断下降,光伏市场会发生巨大的变化:预计 2005—2010 年,我国的太阳能电池主要用于 独立光伏发电系统,发电成本到 2010 年将约为 1.20 元/kWh； 2010—2020 年,光伏发电将 会由独立系统转向并网发电系统,发电成本到 2020 年将约为 0.60 元/kWh。到 2020 年我 国光伏产业的技术水平有望达到世界先进行列[8]。（5） 太阳能光伏发电产业进一步发展需要解决的问题目前,世界太阳能光伏发电 产业还处于初级阶段，为了保证太阳能光伏发电产业的健康发展,需要做好以下工作:a 继续研制太阳能电池新材料,提高电池的光电转化效率； b 研究太阳能光电电池最大功率 跟踪算法,实现太阳光最大功率跟踪；c 研究太阳能光电池阵列的优化组合算法,实现太 阳能光电电池阵列的优化组合； d 研究太阳能光伏发电的软并网技术,减少光伏电能对电 网的冲击； e 探索并实现太阳能光伏发电与建筑物建设相结合,实现建筑物绿色发电与自8我供电； f 探索并出台保护太阳能光伏发电发展的政策与法律、 法规,对太阳能发电电价 实行保护政策,促进太阳能发电产业的发展。三、结束语随着全世界能耗的不断上升， 滥用化石能源导致的环境污染日益严重，人类在应对经济持续发展的同时，还要着重关 注生态平衡的问题。无论是太阳能热发电还是太阳能光伏发电，都是人类未来能够持续 生存和发展的重要手段之一，因此人类对于太阳能利用方面的探索和研究将更加积极， 同时也预示着太阳能发电将在未来的社会中扮演越来越重要的角色。第二章 建筑一体化 简介：太阳能作为一种洁净的可再生能源，有着矿物能源不可比拟的优越性。中国 的太阳能资源十分丰富，为各种太阳能利用系统提供了巨大的市场。由此，建筑界提出 “21 世纪建筑”的一个概念即由建筑物自己产生能源， 太阳能光伏建筑物一体化 （BIPV） 便成为 21 世纪建筑及光伏技术市场的热点。 随着 2005 年 2 月 16 号限制各国排放工业废气以控制全球气候变暖的《京都议定书》 的正式生效，如何实现环境保护的可持续发展成为全球最强的呼声。中国作为发展中国 家，能源消耗逐年以惊人的速度增长，而建筑作为能耗大户(发达国家的建筑能耗一般 占到全国总能耗的 1／3 以上)，其节能效益则变得尤其重要。 2.1 太阳电池原理 半导体根据导电机理的不同可分为 P 型半导体和 N 型半导体。当太阳光照射到半导 体时，半导体中的电子被激发而移动，失去电子的地方就形成空穴。P 型半导体和 N 型 半导体结合在一起在半导体中形成“势垒”。由 P 型半导体产生的电子向 N 型层移动， 由 N 型层中产生空穴向 P 型层移动。 P 型层中由于带有正电荷的空穴数目增多而带正电； N 型层中由于带负电荷的电子数目增多而带负电。当达到稳定状态时，在半导体两端产 生电压，称为太阳电池的开路电压。当用导 线连接半导体两端时，光电流在外部回路中流动，称为短路电流[2]。 最基本的太阳电池是由 P—N 结构构成的。图 1 为典型光电池的剖面图。9图 1 典型光电池的剖面图[1] （光线的光子产生自由电子，顶部金属网格和底部金属板通过外电路收集和返还自 由电子） 2.2 光伏发电系统[1] 光伏发电系统统按其系统配置可分为独立式 （stand—alone） 连接电网式 （grid—alone） 2 种。 当不可能或没必要与电网连接时， 独立式光电系统 （stand—alone systems） 较适用 （图 2） 。这种系统白天产生的多余电能储存在电池组中，以备夜间及昏暗多云天使用。图 2 独立式光电系统[1] （一个独立式系统需要电池储存电力以供夜间使用，还需要一个将直流电变成交流 电的反用换流器） 当有电网时，就不需电池组储能了。因为电网已经充当了一个大的蓄电池的作用。 连接电网式如图 3 所示。当太阳能电池板供电不足时，由电网向用户供电，相反的，若 太阳能电池板供电大于用户需求，剩余的电可通过直交流逆变换器输送到电网。只需在 连接电网时安装一块双向计量电度表即可解决电力收费的问题。这种系统特别适合于已 有电网供电的用户，不仅可省去蓄电他的设置，减少初投资和运行维护费用，而旦有利 于削减因采用空调设备而造成的夏季白天用电高峰的问题。10图 3 一个典型的电网连接充电系统[1] （白天，多余的电流将流入电网，计量表会倒转） 2.3 BIPV 建筑一体化 太阳能光伏—建筑一体化 BIPV(Building Integrated Photovoltaics,)是应用太阳能发电的一种新概念：在建筑为维护结构外表面铺设光伏阵列提供电力。可以说在众 多可再生能源发电技术中，光伏发电是最绿色最环保也是最值得期待的一项技术。 1、BIPV 的优越性 1）可原地发电、原地使用，减少电流运输过程的费用和能耗 2）避免了放置光电阵板的额外占用宝贵的建筑空间与建筑结构合一，省去了单独 为光电设备提供的支撑结构 3) 使用新型建筑维护材料， 节约了昂贵的外装饰材料 （玻璃幕墙等） ， 减少建筑 物 的整体造价，且使建筑外观更有魅力 4) 因日照处在高压电网用电高峰期，BIPV 系统除保证自身建筑内用电外，还可以 向电网供电，舒缓了高峰电力需求，解决电网峰谷供需矛盾，具有极大的社会效益； 5) 杜绝了由一般化石燃料发电所带来的严重空气污染，这对于环保要求更高的今 天和未来极为重要； 6) 由于光伏陈列安装在屋面和墙面上，并直接吸收太阳能，避免了墙面温度和屋顶温 度过高，降低了空调负荷，并改善了室内环境。 2、BIPV 的形式与特点[5] 在 80 年代，光伏地面系统除大量用于偏僻无电地区、游牧家庭、航海灯塔、孤岛 居民供电以及某些特殊领域外，已开始进入一般单独用户、联网用户和商业建筑。进入 90 年代后，随着常规能源的日益枯竭而引起的发电成本上升和人们环境意识的日益增 强，一些国家纷纷开始实施、推广 BIPV 系统。 光伏与建筑的结合有两种方式：一种是建筑与光伏系统相结合；另外一种是建筑与 光伏器件相结合。 1) 建筑与光伏系统相结合11把封装好的的光伏组件（平板或曲面板）安装在居民住宅或建筑物的屋顶上，再与 逆变器、蓄电池、控制器、负载等装置相联。光伏系统还可以通过一定的装置与公共电 网联接。这点内容在上一节光伏发电系统已介绍过。 2) 建筑与光伏器件相结合 建筑与光伏的进一步结合是将光伏器件与建筑材料集成化。一般的建筑物外围护表 面采用涂料、装饰瓷砖或幕墙玻璃，目的是为了保护和装饰建筑物。如果用光伏器件代 替部分建材，即用光伏组件来做建筑物的屋顶、外墙和窗户，这样既可用做建材也可用 以发电，可谓物尽其美。 目前光伏与建筑结合总结起来大约有 8 种安装方式，如表 1 所示。下面将分别从光 电设备作屋面板、光电设备作建筑立面、玻璃窗与光电设备、光电设备与遮阳设备四方 面分别介绍[1]。 表 1 光伏与建筑结合的 8 种形式[10] 1） 光电设备作屋面板[1] 用光电设备作屋面板时的理想屋顶应为斜屋顶。因为可以获得理想的倾角，相对于 平屋顶而言，少了附加支撑带来的不协调。锯齿形的高侧窗也要比平屋顶好得多，因为 南向坡被建筑光电一体式设备占据了，北向玻璃窗就可用于昼光照明。 如果光电板与屋顶成为一体，则其夏天需要通风以降温，冬天则可以收集这些余热 以采暖。结构图如图 3 所示。12图 4 光电板与屋顶的结合[1] （光电设备下面通风，夏天可避免光电元件过热，冬天可用于加热建筑） 美国著名的 UNl—SOLAR 的太阳能屋顶产品则另外一番特色，他是直接将非晶薄膜 太阳能电池生成在薄钢片上，钢片可以任意裁剪。所以，一片太阳能电池板长度可以做 到屋顶的宽度。另外，没有玻璃，不易破损；弱光性好；轻便易装。 2）光电设备作建筑立面 由于大尺度新型彩色光伏模块的诞生，将其安装在立面不仅节约了昂贵的外装饰材 料（玻璃幕墙等） ，减少建筑物的整体造价，且使建筑外观更有魅力；如果建筑有凸窗 棂，必须保证窗棂较薄，使光电板不至于产生太多阴影。在保持玻璃幕墙的外观整洁方 面， 德国 RWE 的非晶太阳能玻璃幕墙做得非常优秀， 为了防止电池片之间的连线有碍观 瞻，他们的专利技术专门解决了电池片之间的“无线”连接[4]。 如果光电设备安装在屋顶，则最好在设备下部留下一定量的空气层以供设备降温， 同时冬天可以收集热空气采暖。具体结构如图 4 所示。13图 4 光电设备安装在屋顶[1] 双层墙可使空气在夏季流溢出来以给光电设备及建筑降温。冬天可用热空气加热建 筑北部 3） 玻璃窗与光电设备 这里介绍两种典型的玻璃窗系统。一种是半透明的更像浅色玻璃窗；另一种是由透 明玻璃窗上安装不透明光电元件，这些元件的排列间距决定了玻璃窗的透光率，就像我 们在玻璃窗上涂上井字网一样。 太阳电池可以和不同的玻璃结合制成各种特殊的玻璃幕墙和天窗，如：隔热玻璃组 件、防紫外线玻璃组件、防盗或防弹玻璃组件、防火组件等等。 目前有一种仅用红外辐射发电的光电玻璃窗正在研制中。这样，既可以发电又可降 低昼光温度，相信正是多数向南的办公大楼所需要的。 4） 光电设备与遮阳设备 光电系统即可整体组合于入口雨篷中， 也可组合与一些独立式遮阳结构中。 就目前而言， 虽然巴光电板用于露天停车场遮阳上的费用较高，但遮阳结构与光电发电器相结合终究 物有所值。随着电力汽车的数量增加，这些结构最终会成为理想的充电站。 3、BIPV 对太阳电池的特殊要求[10] 1） 颜色方面 当太阳电池作为南立面的幕墙或天窗时，考虑到电池板的反光而造成光污染的现 象，就会对太阳电池的颜色和反光性提出要求，即可采用具有不均匀反光的多晶硅太阳 电池组件做幕墙或是安装在人们视角之内的大坡度屋顶。对于晶体硅电池则可以用腐蚀 绒面的办法将其表面变成黑色或在蒸镀减反射膜的时候加入一些微量原色来改变太阳 电池表面的颜色。 2）透光要求 当太阳电池用作天窗、遮阳板和幕墙时，对于它的透光性有一定要求。一般选用非 晶硅太阳电池，因为它可制作成茶色玻璃一般的效果，透光好而且投影十分均匀柔和。 而对于本身不透光的晶体硅太阳电池，需要透光时只能将组件用双层玻璃封装，通过调14整电池片之间的空隙来调整透光量。 2） 尺寸和形状的要求 因为考虑到与建筑的结合，一般正规的方形很难满足特殊造型的需求。这方面还有 待制作工艺的进一步提高。 2.4 BIPV 在国外 太阳光发电是 21 世纪科学技术的前沿阵地，世界各地的政府都支持太阳光发电事 业。欧盟可再生能源白皮书和“起飞运动”是欧洲太阳光发电的里程碑；德国政府的 “十万个光伏屋顶计划”和德国新的“可再生能源法”保证私人的太阳光发电系统用 不完的电，可以上电力网卖给国家电力公司；美国政府的“克林顿总统百万太阳光发电 屋顶计划”即在 2001 年前将要为 100 万个美国家庭的每一户安装 3~5KW 太阳光发电屋 顶；日本政府在“阳光规划”执行后，2000 年又推出《新阳光规划》 ，对光伏屋顶系统 实行强有力的补贴政策，使居民光伏屋顶系统最近 5 年平均年增产率为 96.7%，成为目 前世界光伏发电的最大市场[8]。 有人作过乐观估计，在今后太阳能发电随着技术的不断改进将更加迅猛的发展，到 010 年发电量将达到 4.6GWp，累计容量将达到 20GWp。到 21 世纪中也，阳光发电量将占 世界总发电量的 15%~20%，超过核能，成为人类的基本能源之一。 2.5 BIPV 在中国 虽然目前还没有并网发电的法律依据， 以及技术标准， 也没有鼓励补贴措施， 然而， 许多公司正在积极建设城市并网发电示范工程。悉尼奥运会是迄今为止最“绿”的一届 奥运会。中国的奥运会和世博会，将肯定更“绿”。就在去年 12 月份召开的 2004 上海 市金属学会年会上，太阳能电池专家殷秒廷透露，为配合世博会的召开和应对能源的紧 缺， 上海正在筹备一项名为“十万屋顶计划”的工程即在上海十万户家庭的房顶上安装 太阳能发电装置，届时上海的“十万屋顶计划”将为我国的太阳能源发展起到表率作 用。 另外据了解 2008 年北京奥运场馆外墙也将贴上太阳能电池， 周围 80%~90%的路灯和 洗浴热水将来自太阳能光伏技术[8]。 总之，光伏与建筑集成的 BIPV 产品作为庞大的建筑市场和潜力巨大的光伏市场两 者的结合点，必将存在着无限广阔的发展前景。 2.6 太阳能利用与建筑一体化的优点（1）有利于人们生活环境的生态保护，不但降低了日益严重的生态污染，而且有效地 减少常规能源的使用量，降低了能耗。15（2）解决了目前单台太阳能热水器各户自行安装不规范、不统一，且先建筑后设置， 特别是设置在坡屋面上，对城市的景观、建筑维护等带来不利影响。 （3）太阳能热水器是一种绿色环保的产品，不但具有明显的节能效果，而且使用安全， 寿命长，为人们创造一个安全、高舒适性的生活环境，提高了生活水平。 （4）太阳能与建筑一体化，采用“瓦片式”可替代坡屋面上部分建筑瓦片，既减少建 筑成本，又达到防水、遮阳的效果，与建筑融为一体，外观独特美观。 （5）分户计量，按表收费，便于管理；集中供水可进行上下水、水温、水位的自动控 制，定温输水采用自然循环，使用方便。16致 谢 四月维夏，山有嘉卉。初春的绿城早已艳阳朝天，花满枝头，欣欣向荣。在这个美好 的季节里，我在电脑上敲出了最后一个字，心中涌现的不是想象已久的欢欣，却是难以 言喻的失落。是的，随着论文的终结，意味着我生命中最纯美的学生时代即将结束，尽 管百般不舍，这一天终究会在熙熙攘攘的喧嚣中决绝的来临。 三年寒窗，所收获的不仅仅是愈加丰厚的知识，更重要的是在阅读、实践中所培养的 思维方式、表达能力和广阔视野。很庆幸这些年来我遇到了许多恩师益友，无论在学习 上、生活上还是工作上都给予了我无私的帮助和热心的照顾，让我在诸多方面都有所成 长。感恩之情难以用语言量度，谨以最朴实的话语致以最崇高的敬意。 感谢我的恩师赖国胜老师。三年来，赖国胜老师对我的学习和研究都非常严格，并给 予了悉心的指导，使我受益菲浅。从恩师身上我体味到了丰富的学养、严谨的作风、求 实的态度，勤奋的精神，这都成为了我不断前行的动力和标杆。感谢三年来那些教过我 的老师们„„„„„„一路有你们的陪伴使我变得更加坚强，更加懂得做人和做事的方 法。至此向你们致敬！ ！ 还要感谢我的父母，给予我生命并竭尽全力给予了我接受教育的机会，养育之恩没齿 难忘；感谢我的同窗好友王明，在我最困难的时候总能给予我安慰和鼓励，让我重拾信 心。 还有许多人，也许他们只是我生命中匆匆的过客，但他们对我的支持和帮助依然在我 记忆中留底了深刻的印象。在此无法一一罗列，但对他们，我始终心怀感激 最后，我以《瓦尔登湖》里的一句话结束我的论文，并以此作为未来乘风破浪的心灵 脚注：使我们视而不见的光亮，对于我们就是黑暗。但我们清醒时，曙光才会破晓。来 日方长，太阳只是颗启明星。以此为记。17参考文献 1 诺伯特.莱希纳.张利等译， 董务民校.2004.建筑师技术设计指南——采暖.降温.空调[M].第二 版.北京：中国建筑工业出版社，174—182. 2 西安建筑科技大学绿色建筑研究中心.1999.绿色建筑[M].北京：中国计划出版社,223—224. 3 何伟，季杰. 2003.光伏建筑一体化对建筑节能影响的理论研究[J].暖通空调 .33(6):8—11. 4 马树生.2003.建筑一体化太阳能光伏发电技术（BIPV）与中国.阳光能源[J].6:18—19. 5 袁煦东，魏湘渊.2001. 光伏—建筑一体化的研究[J]. 新建筑.2:67—69.18为你提供优秀的毕业论文参考资料，请您删除以下内容，O(∩_∩)O 谢谢！ ！ ！ Shanghai’s Suzhou Creek has witnessed much of the city’s history. Zhou Wenting travels this storied body of water and finds its most fascinating spots. Some lucky cities can b oast a great body of water, like London with the river Thames and Paris with the river Seine. Shanghai is privileged enough to have two great bodies of water: Huangpu River and Suzhou Creek.Huangpu River became famous when colonists established clusters of grand buildings on its banks on what became known as the bund. Today, the bund overlooks the breathtaking skyline of Lujiazui financial district. Shanghai’s other body of water, however, Suzhou Creek, has been somewhat overshadowed. Suzhou Creek links the inland cities of Jiangsu province with Shanghai. When the British colonists, who arrived in the city after it was opened as a commercial port in 1843 found they could reach Suzhou, Jiangsu province, via the creek, they named it Suzhou Creek. Thanks to its location, a large amount of cargo and travelers were transported via the creek before rail links were established. But after a century of being utilized as a waterway to transport goods and labor, the creek grew dark and smelly. Industrial factories were established along the banks. In the 1990s it became a key task of the city government to clean the creek. Suzhou Creek, which snakes 17 km from the iconic Waibaidu Bridge downtown to the outer ring road in west Shanghai, maps the changing periods of the city’s history, including the imprints of the concessions, the beginning of industrialization and the improvement in people’s living conditions. Where the Bund began In-between the shopping street of East Nanjing Road and the Bund, are a cluster of streets that give me the illusion that I am no longer in modern Shanghai. The streets are narrow and old and criss-cross each other. Any old residential house may turn out to be a former office of the British, constructed in the 1880s. Pawnshops and hardware stores that are hard to find elsewhere, are plentiful here. This area, at the confluence of Huangpu River and Suzhou Creek, is called the Bund Origin. Countless tour buses stop at the site every day and visitors from around the world get off to see this place, the starting point of the concessions in the city. It all started in 1872, when the former British Consulate General was constructed and the Bund began its transformation into an the financial street of the East. Now the site of the former consulate is called “No 1 Waitanyuan”, which translates to “the Bund Origin”, to honor its beginnings. The entire complex of this historical site comprises of five buildings, the former British Consulate General, the official residence of the consul, the former Union Church, the church apartments and the former Shanghai Rowing Club. The size of the courtyard is equivalent to that of four standard soccer fields. The building of the former consulate is a two-storey masonry building on an H-shaped plan in typical English renaissance style. The building is designed with a five-arch verandah on the ground floor with a raised terrace facing the garden, while the facade features an entry portico beneath a colonnaded loggia. It has been turned into a caféwhere dinner and afternoon tea are available. Visitors can choose to sit indoors or outdoors to enjoy the magnificent gardens with nearly 30 ancient trees. Yuanmingyuan Road behind the complex is also a historical site. The road has been revamped as a pedestrian shopping street and high-end brands have seized the best spots. Altogether, 14 old buildings, including those used for offices and residences constructed during 1920s and 1930s, remain. Today, it is a popular location for commercial fashion photo shoots. New Tian’an Church, or Union Church, stands at the intersection of Yuanmingyuan Road and Suzhou Creek. The church, designed in the style of the English countryside, has a capacity of 500 people. It was very popular during the concession period but was converted into factory offices after 1949. The church we see today is a replica, the original burned down in 2007. There used to be an outdoor swimming pool, the first of its kind in Shanghai, beside the church but has been filled-in and is now a small garden. Bridge of romance There is perhaps no other place that’s more representative of Shanghai than this bridge, which appears in quite a lot of movies about the city. Dozens of couples visit every day to pose for their pre-wedding photos on the bridge where Suzhou Creek begins and interconnects with Huangpu River. This is Waibaidu Bridge, or the Garden Bridge. The soon-to-be-wed couples pose in splendid attire on the bridge, leaning against the railing or sitting on the wooden floor. Some even risk walking into the middle of the road to get the perfect shot.Colorful lights illuminate the bridge throughout the night, making it a picturesque place for pre-wedding portraits and lovers to meet. Constructed in 1873 and designed by a British company, the 106-meter-long bridge was the first-ever major bridge in Shanghai. In 1856, the first large wooden bridge, Wells Bridge, was built over Suzhou Creek but the bridge toll led to complaints from citizens. So 17 years later, another wooden bridge, which did not require tolls, was built. People called it Waibaidu, which means “going across for free”. The bridge was renovated as a steel truss structure in 1907. Because nearly 40 bridges have now been built over Suzhou Creek, the bridge is no longer a traffic artery but is more of an observation deck for tourists. It is a tradition in Shanghai for a grandmother to walk across a bridge with their grandchild when he or she reaches one month. This represents that the newborn has overcome all the twists and turns and its journey will be safe and smooth throughout his or her life. it is named sihang, or four banks. The warehouse, built in 1931, was used for the storage of food, first-aid supplies and ammunition during the years of war. The building, which is also a masterpiece left by the Hungarian architect Laszlo Hudec in the 1930s, has been recently transformed into a center of creative industry workshops. Address: 1 Guangfu Road, Zhabei district20