光伏钢结构集成体系研究及嵌入模块式光伏组件研发与应用

摘要

随着全球能源危机的加剧以及工业化生产对能源依赖性加强，世界各国都投入大量人力、物力和财力进行可再生能源的研究。太阳能作为绿色、清洁的可再生能源主要应用形式有光热应用、光伏应用和光导照明三类，其中光伏应用是利用半导体硅材料制作的太阳能电池将光能转换成电能。
　　 本文首先从光伏应用着手，重点研究光伏技术在钢结构建筑中的集成形式。依据光伏组件与钢结构建筑的连接和施工方式，将光伏钢结构集成体系分成倾斜方阵式、幕墙框式、外挂式、单点式、平卧式和贴合式六类集成体系。集成程度最高的是贴合式，最差的是倾斜方阵式。
　　 随后，提出一种嵌入模块式光伏组件设计思想，其基本思路是利用纵横向连接支架形成网格区域，将每块光伏组件直接嵌入到单个网格内，实现模块式安装，便于操作与维护。在此思路指导下，对嵌入模块式光伏组件边框、连接支架等部件进行了详细设计，研发出组件尺寸为1646mm×874mm×50mm。
　　 针对所研发的光伏组件进行了力学性能试验、发电效率与受力间关系试验以及静态水密性试验。在光伏组件中的力学性能试验中加载到第5级(2400Pa)时电池板中心点的挠度值为19.505mm，满足要求；在发电效率试验中光伏组件受力后功率最大衰减达到4.65％，小于规范中规定的5％；静态水密性试验反应了嵌入模块式光伏组件具有良好的水密性性能。
　　 最后在试验论证的基础上将嵌入模块式光伏组件应用于实际示范工程中，对其光伏系统进行了详细的设计与论述。示范工程共安装548块嵌入模块式光伏组件，系统峰值功率为98.28KW，年均发电量达到9.92KWh，25使用寿命期内节约标准煤达967.5吨。

目录

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致谢

第1章绪论

1.1太阳能

1.2太阳能的利用

1.2.1太阳能利用分类

1.2.2光伏技术和太阳能电池

1.2.3太阳能光伏技术在建筑中的应用

1.3太阳能光伏组件

1.3.1光伏组件构成

1.3.2光伏组件电气特性

1.3.3光伏组件现状

1.4本文主要研究内容

第2章太阳能光伏钢结构集成体系研究

2.1引言

2.2太阳能光伏钢结构集成体系的概念

2.2.1太阳能光伏钢结构集成体系的定义

2.2.2太阳能光伏钢结构集成体系的特点与优势

2.3太阳能光伏钢结构集成体系的形式

2.4太阳能光伏组件与钢结构的连接集成技术

2.4.1光伏钢结构倾斜方阵式集成系统

2.4.2光伏钢结构幕墙框式集成系统

2.4.3光伏钢结构外挂式集成体系

2.4.4光伏钢结构单点式集成系统

2.4.5光伏钢结构平卧式集成体系

2.4.6光伏钢结构贴合式集成体系

2.5太阳能光伏钢结构集成体系设计技术

2.6太阳能光伏钢结构集成体系施工技术

2.7太阳能光伏网架实验模型

2.8本章小结

第3章嵌入模块式光伏组件设计研发

3.1前言

3.2嵌入模块式光伏组件系统设计

3.2.1基本要求

3.2.2组件边框设计

3.2.3组件边框连接角码设计

3.2.4组件边框连接支架设计

3.2.5径流槽设计

3.2.6组件边框压板设计

3.2.7封边板设计

3.3嵌入模块式光伏组件系统施工

3.3.1施工基本流程

3.3.2各部件施工工艺

3.3.3施工连接图

3.4本章小结

第4章嵌入模块式光伏组件试验研究

4.1前言

4.2试验试件

4.2.1嵌入模块式光伏组件

4.2.2支架

4.3嵌入模块式光伏组件力学性能试验

4.3.1试验架及试件的连接

4.3.2试验测试内容

4.3.3试验仪器与仪表的选用

4.3.4加载方案及测量

4.3.5试验数据与分析

4.4嵌入模块式光伏组件发电效率试验

4.4.1试验架及试件的连接

4.4.2试验测试内容

4.4.3试验仪器与仪表的选用

4.4.4加载方案及测量

4.4.5试验数据与分析

4.5嵌入模块式光伏组件静态水密性试验

4.5.1试验钢框架制作及试件的连接

4.5.2试验测试内容与仪表选用

4.5.3测试方案及测量

4.5.4试验结论

4.6本章小结

第5章嵌入模块式光伏组件工程应用

5.1前言

5.2工程概况

5.2.1杭州市科技馆概况

5.2.2杭州气象概况

5.3嵌入模块式光伏系统设计

5.3.1系统基本要求

5.3.2嵌入模块式光伏组件选型

5.3.3光伏系统布置和日照分析

5.3.4光伏系统并网逆变器配置

5.3.5光伏系统阵列设计

5.3.6光伏系统配电设备配置

5.3.7防雷设计

5.3.8监测通讯方式

5.4嵌入模块式光伏系统效益分析

5.4.1光伏系统效率

5.4.2理论发电量分析

5.4.3节能减排分析

5.5嵌入模块式光伏系统连接

5.5.1支撑钢架设计

5.5.2嵌入模块式光伏组件连接

5.6嵌入模块式光伏系统的施工

5.7本章小结

笫6章结论与展望

6.1本文主要结论

6.2下一步工作与展望

参考文献

作者简介