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光伏发电与建筑相结合(BIPV)是光伏发电大规模推广应用的重要发展方向,而与建筑遮阳相结合是其主要实现形式之一,对于节约建筑能耗、改善室内环境及以可再生能源替代传统石化能源等具有重要意义。
目前对建筑遮阳的研究大多从建筑学的角度来进行,缺乏全面的、系统的具备工程指导意义的研究。一般仅以传统的单片遮阳板为研究对象进行理论分析,对以百叶形式为代表的现代遮阳技术的理论分析及具体的系统设计、制造、安装研究很少,特别是对代表遮阳发展趋势的智能控制遮阳系统的研究更是少见,与现代建筑遮阳的发展要求有一定的差距。而作为新生的概念,光伏发电与遮阳相结合的研究才刚刚起步。
针对目前的研究状况及市场需求,本文系统地进行了理论方面的分析,设计了一种可用于工程上的光伏-智能遮阳系统,既有智能遮阳功能又具备光伏发电能力。主要完成了如下工作:
1.系统分析了遮阳、光伏发电原理,全面阐述了工程应用中需涉及到的材料、安装与布置方式、可调性、叶片角度与遮阳系数问题。探讨了光伏-遮阳叶片封装方法、遮阳效率与发电效率关系问题。这些分析、探讨的内容与结论可直接指导工程的设计与应用。
2.以上述分析的内容和结论为指导,设计了一种可用于工程上的光伏-智能遮阳系统。该系统由光伏-遮阳叶片组成阵列,可根据外界环境气候及一年四季太阳运行的变化而自动调整叶片角度,取得符合设计要求的遮阳效率及发电量。所有叶片均由单片机集中统一控制,同时每列叶片又可单独接受手动或遥控控制。单片机外接光敏电阻器测试室外光强变化,也可根据设计要求外接风速及风向传感器、烟雾传感器、雨雪传感器等组成微气候站,为叶片运行提供输入信号。叶片由直流线性电机驱动,采用开环控制,通过调节运行时间来控制叶片角度。光伏阵列所产生的电能可为电机执行器提供电力,并可组成独立供电系统为其他设备供电,条件允许时可直接并入电网。设计包含四个部分:支撑结构及遮阳板(叶片)设计、电机及传动机构设计、控制系统设计、光伏发电系统设计。
3.分析了由于叶片之间在一些时间内存在相互遮挡现象所造成的电池间失配而对发电能力的影响,认为传统的光伏组件中各单个电池间均采用串联的电路不适合用于光伏—遮阳系统,设计了符合具体应用情况的电池电路,并估算了阵列所接受的太阳辐射量及输出的发电量。
4.经实验,叶片可根据室外光强变化而自动调节角度,运行平稳,角度精确,噪音小,符合设计要求。
希望本文的研究能对建筑节能及BIPV技术的发展有所启示和帮助。