1、摘要 I 硕士学位论文 太阳能 光伏 建筑 构件的 设计 与分析 华南理工大学硕士学位论文 II 摘要 太阳能利用目前主要分为光伏和光热两部分。 本文前部分对太阳电池发电、太阳能集热器的基本原理、制造工艺 ，并概述了国内国际的太阳能 建筑材料 的发展情况。 随后的四个章节设计了一些新型太阳能建筑材料并对光伏、光热建筑材料的设计提出了相应的看法。 首先， 对光伏建筑材料的总体设计进行了初步的探讨。 提出 了光伏建材的总体设计思想与原则；对光伏建材的各个设计环节进行了 逐项说明， 提出了针对不同情况下光伏建材的设计方法与安装结构；最后对光伏建筑材料 进行了经济性分析，同时对比于当今普通建筑材料，分
2、析光伏建筑材料的发展趋势与前景。 其次， 对 中山大学太阳能实验室的光伏屋顶和光伏长廊并网发电系统 的设计及安装进行了说明 ，通过上述两个光伏与建筑结合的示范工程说明我国已经具备了在城市中进行光伏建筑一体化建设的技术条件和一定的经济基础，在我国推广使用这种光伏屋顶与光伏长廊并网发电系统有着重要的现实意义和指导意义。 再次，针对目前光伏建材在里面上的应用，开发了两种新型的光伏建材 单元式光伏幕墙模块、 光伏百叶 。它们各具有不同的功能 .通过特殊的结构设计，达到了与普通建材 相同的建筑性能。为我国光伏建筑一体化建设提供了两种合格的光伏建筑材料。 最后，介绍了光电主动循环雨蓬式平板太阳能热水器的结
3、构设计、配件选型及其工作原理，包括集热器选型、面板玻璃、板芯、板芯涂层、保温材料等。并采用了光电主动循环设计，分析了这种循环方式的经济性。 关键词： 太阳能；光伏； 光热； BIPV； 建筑材料 Abstract III Abstract The utilization of solar energy is mainly divided into two partses (photovoltaic and photo-heat) currently. The forepart of text introduced the basic principle and making technics
4、of solar cell generating electricity and solar energy heat gathering ,and also introduced the home and oversea development of solar building materials.The following four parts intrduced some new solar energy building materials,and bring forward some opinions about design of these building materials.
5、 At first ,some primary discusss about the whole design of photovoltaic building materials had been discussed. the main idea and principia in designing photovoltaic building materials had been brought forward; After discussing every designing tache, author brought forward some design methods and str
6、uctures for different situations;At last, some economic analysis had been done,and at meantime, contrasted with the normal building materials , photovoltaic building materials were analysised the future development. Secondly,introduced the design and install methods of the photovoltaic roof and phot
7、ovoltaic veranda building on the roof of the solar energy lab.These two demonstrate projects explained that we have owned some technic conditions and economic basic to develop BIPV in city.Extending the using of these projects in our country is very important,and has very important realistic and coa
8、ching meanings. Again,for extending the usage of photovoltaic building materials, two kinds of materials which are unit photovoltaic faade module and photovoltaic shutter had been designed .they have different functions and achieved the same building performance by special structure design.These job
9、 offered two kinds of regular photovoltaic building materials for the BIPV construction in our country. At last, the flat solar water heater as canopy with photovoltaic circle had been introduced.The introduction concluded the design of structure, choice of 华南理工大学硕士学位论文 IV fittings and working princ
10、iple of heat gathering、 faceplate glass、 board core、the coat on board core and heat preservation. The design of otovoltaic circle had been used,and analysis its economy. Key word:solar energy ,BIPV,building material,photovoltaic， photo-heat 目录 目 录 摘要 . II Abstract . III 第一章 绪论 . 1 1.1 光伏发电基本原理 . 1 1
11、.1.1 太阳电池原理 . 1 1.1.2 光伏发电系统的组成 . 2 1.2 光伏产业的发 展现状以及问题 . 3 1.2.1 世界光伏产业的发展现状以及问题 . 3 1.2.2 我国光伏产业的发展现状以及前景 . 5 1.3 光伏建 筑材料的发展概况 . 6 1.3.1 光伏建筑材料概念及构成 . 6 1.3.2 光伏建筑材料的发展形势 . 7 1.3.3 光伏建筑材料发 展展望 . 9 1.4 我国光热利用发展状况 . 10 1.5 光热建筑材料 . 10 1.5.1 光热建筑材料的优点 . 10 1.5.2 光热建筑材料设计中存在的问题 .11 1.6 本论文的研究内容 . 12 第二
12、章 光伏建筑材料设计方法 . 13 2.1 光伏建筑材料 设计理论与方法 . 13 2.2 光伏建筑材料的设计 . 14 2.2.1 基本原则 . 14 2.2.2 电池板设计 . 15 2.2.3 边框材料的选择 . 15 2.2.4 安装构件设计 . 16 2.2.5 电池材料的选择 . 16 2.2.6 组件的基本物理与电性能考虑 . 17 2.3 光伏建筑材料的安装设计 . 18 华南理工大学硕士学位论文 2.3.1 安装结构 . 18 2.3.2 倾角设计 . 20 2.3.3 电路设计 . 21 2.3.4 接地防雷设计 . 21 2.3.5 通风设计 . 22 2.3.6 防火设
13、计 . 23 2.4 光伏 建筑材料的经济性分析 . 23 2.5 本章小结 . 25 第三章 光伏屋顶设计、性能测试及经济性分析 . 27 3.1 光伏屋顶设计 . 27 3.1.1 系统介绍 . 28 3.1.2 系统原理图 . 28 3.1.3 光伏组件及安装 . 28 3.1.4 逆变器工作方式、特点以及参数 . 31 3.1.5 系统监测 . 33 3.1.6 理论发电量分析 . 33 3.2 光伏长廊系统成本经济性分析 . 34 3.3 社会环境效益分析 . 36 3.3.1 是解决能源危机的重要手段 . 36 3.3.2 促进能源的多样化、提高国家的能源安全 . 37 3.3.3
14、 产生良好的社会效益和环境效益 . 37 3.4 系统工作情况 . 37 3.5 本章小结 . 40 第四章 单元式光伏幕墙模块、光伏百叶系统的设计以及性能测试 . 41 4.1 南玻科技大厦光伏幕墙改造工程 . 41 4.1.1 方案介绍 . 41 4.1.2 结构设计 . 41 4.1.3 光伏阵列设计 . 42 4.1.4 光伏系统配置设计 . 42 4.1.5 经济、社会和环境效益分析 . 43 目录 4.2 单元式光伏幕墙模块设计 . 44 4.2.1 光伏幕墙材料的分类 . 44 4.2.2 单元式光伏幕墙模块材料的选择与性能参数 . 45 4.2.3 单元式光伏幕墙模块方案的特点
15、和创新点 . 48 4.3 光伏遮阳百叶设计 . 49 4.3.1 光伏遮阳百叶介绍 . 49 4.3.2 光伏遮阳百叶的主要设计思想 . 49 4.3.3 材料的选择和性能参数 . 49 4.3.4 本光伏遮阳百叶的特点和创新点 . 53 4.3.5 性能测试 . 54 4.4 本章小 结 . 56 第五章 光电循环平板雨篷式太阳能集热器设计 . 57 5.1 集热器结构设计说明 . 57 5.1.1 集热器形式的选择 . 58 5.1.2 玻璃盖板的选择 . 59 5.1.3 板芯材料的选择 . 60 5.1.4 吸热涂层的选择 . 61 5.1.5 结构框架与保温材料的选择 . 62 5
16、.2 光电主动循环设计方案 . 62 5.3 经济性分析和前景展望 . 64 5.4 本章小结 . 65 结论 . 67 参考文献 . 69 致谢 . 73 华南理工大学硕士学位论文 第一章 绪论 1 第一章 绪论 自从上世纪末，本世纪初以来，由于化石燃料的日趋枯竭，造成能源形势日趋紧张。加之与日俱增的化石燃料的燃烧所造成的环境污染，已经对地球生态平衡和人类的生存带来严重的危害。 太阳能是已知的最原始的能源，具备清洁、可再生的特点，丰富而且遍布全世界，几乎所有已知的其它能源都直接或间接地来自太阳能。 目前太阳能利 用方式主要有热利用和 光 电利用两种 ， 而利用的趋势就是将太阳能利用与建筑结合起来，发展太阳能建筑材料，既能作为一种建筑材料替代常规材料，降低太阳能利用的成本，又能充分节省空间利用太阳能。太阳能建筑材料按光、热两种利用方式可以分成：光伏建筑材料和光热建筑材料。 1.1 光伏发电基本原理 1.1.1 太阳电池原理 太阳电池的基本原理是光生伏特效应 1，如图 （ 1 1） 所示，在光照下 PN 结附近产生大量的电子、空穴对，它们如果在 PN 结附近的一个扩散长度范围内，就有可能在复合前扩散运动到 PN 结的内建电场区域。在内建电场 的作用下 P 区的光生电子漂移到N 型区， N 区的空穴漂移到 P 型区，使 N 区带负电， P 区带正电，如同一化学电池。
