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光电光热建筑一体化(BIPVT)概论

来源:中国幕墙网收集整理  作者:龙文志  日期:2012-10-12
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  摘要:简介了光电光热建筑一体化(BIPVT)的概念、分类及结构,探讨了BIPVT 效率及回收年限,论述了BIPVT 的优越性和必要性。光电光热建BIPVT 是BIPV 概念的延伸和拓展。是新一代太阳能光电建筑。
  关键词:光电光热一体化、BIPV、BIPVT、通水式、通气式.


  带通风流道的光伏光热复合墙体得热的改善明显。在夏秋季通过复合墙体的总得热为78. 21 kWh/㎡ ,相对于常规墙体(混凝土墙)的总得热189. 31 kWh/㎡ ,减少了58. 7 %。由于光伏—热水系统紧附于混凝土墙上,因此相对于常规的太阳能热水器50mm 的绝热层,本案例中只需采用20 mm 左右的绝热层就可达到理想效果,从而降低了投资成本。

  3.BIPVT投资回收年限
  BIPVT系统、BIPV系统和太阳集热器系统的投资回收年限比较如图所示。对BIPV系统,采用多晶硅(pc-Si)材料电池的系统比采用非晶硅(a-Si)材料的系统投资回收年限短。对BIPVT系统,结论相反,原因是由于非晶硅BIPVT系统输出的热量大于多晶硅BIPVT系统。太阳集热器系统的投资同收年限低于BIPV系统,而BIPVT系统的投资回收年限介于二者之间,采用两种材料的BIPVT系统的投资回收年限都低于10年。根据这一结果得到的结论是,回收BIPV系统的热量可以缩短BIPV系统的投资回收年限,这一点说明BIPVT系统能够比BIPV系统更快地收回投资,因此对于投资者来说更具有吸引力。

  一般太阳能系统的使用寿命可达20年,也可能时间更长,因此投资回收期小于20年的系统被认为在经济上是可行的。

  (六)光电光热光冷建筑一体化
  1.建筑物用能是一个耗能大户,其中用于照明、供热和空调就占了一半以上,太阳能在建筑上的应用不仅可以节省能源,更重要的是有利于保护环境。利用太阳能供电、供热、供冷、照明,最终实现所谓绿色能源源的房子,热-电-冷联供系统的光电光热光冷建筑是世界上许多发达国家的热研究课题,也将是21世纪一个应用面很广、需求量很大的多学科交叉的综合性课题。是应用的一个引人注目的发展趋势。

  2.太阳能热电冷联供建筑—光电光热光冷建筑
  将各种太阳能利用技术结合建筑一体化设计,建立具有分布式能源供应能力的绿色节能建筑的思路,也已经成为国内外研究的热点。

  1995年, 美国Argonne 国家实验室的Choi等人首次提出了一个崭新的概念—纳米流体:纳米流体介质是指把金属或非金属纳米粉体分散到水、醇、油等传统换热介质中,制备成均匀、稳定、高导热的新型换热介质,这是纳米技术应用于热能工程这一传统领域的创新性的研究。纳米技术的热电联用集成:上层纳米流体工质透过太阳光可见光波段,吸收其红外波段能量进行热利用;下层纳米流体强化太阳能电池板背面的传热,防止温度过高使电池效率下降。

  光电光热光冷建筑组成方案包括纳米流体太阳能式集热器、太阳能热电联供、蜂窝热管太阳能集热器、太阳能空调在内的一系列新技术,结合智能控制系统以实现全楼的智能化和节能环保,下图为组成方案示意图。该设计方案使得建筑在生活用水、夏季空调、冬季供暖采光照明、通风换气等方面都大大降低了能耗,并且实现了太阳能发电,可以作为分布式的太阳能冷、热、电三联产能源供应基点。

  (七)聚光分频太阳能光伏光热电联用系统
  1.太阳能光热光电的综合利用技术是将聚光、分光、热电联用等技术集成,通过对太阳能全波段能量进行一体化地利用,可极大地提高太阳能的利用效率,降低成本,具有重要的研究价值和市场应用价值,太阳能热电联用系统(PV/T)与建筑的结合 ,以及与聚光系统的结合更是成为应用研究的热点。在太阳能聚光系统中引入太阳辐射分频技术,可以提高能量利用率和系统效率。

  2.聚光、分光、热电联用技术
  目前,虽然我国太阳能光伏电池生产迅速发展,但在国内的规模化应用还很不理想。其主要制约因素就是光伏电池价格昂贵且光电转化效率低,使得光伏发电的成本过高。同时,不论是聚光光伏技术还是聚光热发电技术,都是将全波段太阳能不加区分的利用,而实际的发电组件对太阳能不同波段的响应和发电效率是存在很大区别的。比如,常规的太阳光伏发电主要利用了太阳可见光波段附近的能量,其余的能量无法高效率使用;同时,几乎无法利用的红外波段引起的热效应更会明显降低电池的光电转化效率。以硅电池为例,目前其在应用中光电转换效率约为15%,大部分的太阳能转换成的热能散失而无法利用。

  太阳能热电联用系统是将电池无法利用的太阳能以及电池发电中产生的热能集中利用,在供应热水的同时,可降低电池温度,提高光伏效率。分别为地表太阳辐射光谱与晶体硅电池光伏响应匹配的情况以及分光谱利用太阳能的概念示意图。

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