光伏建筑一体化在校园环境中的应用潜力研究

【摘要】：当今社会，巨大的能源需求量和化石燃料日益短缺之间的矛盾凸显，可再生能源的利用势在必行。太阳能是一种安全清洁、发展迅速、潜力巨大的新兴可再生能源。光伏建筑一体化技术因具有占地少、利用效率高、距离用电负荷近、综合成本低等优点而极具应用和推广的价值。世界各国政府都出台了相应的推广政策，带动了光伏建筑一体化技术的发展。21世纪以来，我国各地兴起了规划建设高校园区的浪潮，各高校纷纷新建扩建校区，校园建筑在社会建筑存量中所占比率大幅提升；但校园科研、办公和生活用电量都很大，校园人均能耗水平相比城市居民平均能耗水平较高，高校校园成为了社会用能大户。因此，研究分析光伏建筑一体化在校园环境中的应用潜力迫切而必要。 本文针对校园环境下的光伏建筑一体化应用，从建筑设计的角度结合工程实例，阐述了光伏系统与校园建筑一体化的适宜方法。以天津大学新校区为例，通过Autodesk Ecotect软件的模拟分析，利用Excel平台，得到区域内建筑外围护结构全年太阳辐射模型，确定出适宜发展BIPV的具体区域。在此基础上，选定适宜的光伏发电组件，利用PVSIST软件进行系统全年发电模拟，求得区域内光伏发电潜能。由对光伏组件全生命周期的能耗研究得到两种光伏配置方案——年发电量优先配置方案和能量指标优先配置方案。进行校园能耗的分析，选取典型建筑利用DesignBuilder软件模拟其全年逐月能耗指标，从而估算整个区域的逐月电耗，进而对区域内两种配置方法的潜在光伏电力贡献率进行了计算。结合IPCC和国内工业数据，对两种配置方案分别进行温室气体减排量的公式计算和RETScreen International模拟，量化考察其环境效益。 本文中对区域光伏建筑一体化应用潜力的评估方法具有一定普遍适用性，可为类似研究课题提供借鉴与参照；也从利用太阳能资源、发展光伏建筑一体化的角度对规划师、建筑师的工作提出了建议。 【关键词】：光伏建筑一体化 潜力研究 发电指标 环境效益
【学位授予单位】：天津大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TU984.14;TU18
【目录】：

• 中文摘要2-3
• ABSTRACT3-6
• 第一章 绪论6-23
• 1.1 研究背景6-18
• 1.1.1 世界能源形势与光伏发展6-8
• 1.1.2 光伏建筑一体化（BIPV）定义8
• 1.1.3 国内外光伏建筑一体化技术的发展研究现状8-13
• 1.1.4 国内外光伏建筑一体化潜能评估的研究现状13-18
• 1.2 研究的内容与意义18-20
• 1.2.1 发展校园光伏建筑一体化的意义18-20
• 1.2.2 校园光伏建筑一体化研究中存在的问题20
• 1.3 研究方法与技术路线20-23
• 1.3.1 研究方法20-21
• 1.3.2 技术路线21-23
• 第二章 校园光伏建筑一体化的影响因素与设计方法23-41
• 2.1 国内光伏建筑一体化的影响因素23-27
• 2.1.1 政策形势对光伏建筑一体化的影响23-24
• 2.1.2 经济成本对光伏建筑一体化的影响24-26
• 2.1.3 地域气候对光伏建筑一体化的影响26-27
• 2.2. 校园光伏建筑一体化的设计方法27-33
• 2.2.1 校园建筑屋面光伏建筑一体化的设计方法27-29
• 2.2.2 校园建筑立面光伏建筑一体化的设计方法29-33
• 2.3 校园光伏建筑一体化的工程实例33-41
• 2.3.1 香港理工大学校园光伏建筑一体化实践33-35
• 2.3.2 南开大学光伏并网发电示范电站35-36
• 2.3.3 清华大学校园光伏建筑一体化实践36-39
• 2.3.4 美国洛杉矶市某中学建筑立面光伏建筑一体化工程39-40
• 2.3.5 英国诺丁汉大学朱比利校区光伏建筑一体化实践40-41
• 第三章 校园光伏建筑一体化系统电力指标计算模拟41-67
• 3.1 概述41-43
• 3.1.1 天津地区太阳能资源概况41
• 3.1.2 天津大学新校区概况41-43
• 3.2 全年太阳辐射模型的求取与分析——以天津大学新校区为例43-52
• 3.2.1 树木对建筑立面全年太阳辐射量的影响研究44-45
• 3.2.2 区域内建筑外围护结构全年太阳辐射模型的求取45-52
• 3.3 天津大学新校区光伏建筑一体化系统多方案计算52-67
• 3.3.1 概述及计算条件设定52-53
• 3.3.2 初步计算与结果检验53-58
• 3.3.3 光伏发电组件全生命周期能耗研究58-60
• 3.3.4 校园 BIPV 系统年发电量优先配置方案的计算60-64
• 3.3.5 校园 BIPV 系统能量指标优先配置方案的计算64-67
• 第四章 校园光伏建筑一体化潜在电力贡献率研究67-81
• 4.1 校园能耗的定义与分类67-69
• 4.2 天津大学新校区校园能耗模拟与统计69-78
• 4.2.1 面积统计核算及典型建筑的选取69-70
• 4.2.2 典型建筑的全年能耗模拟70-76
• 4.2.3 天津大学新校区的全年电耗统计计算76-78
• 4.3 校园光伏建筑一体化系统潜在电力贡献率计算78-81
• 第五章 校园光伏建筑一体化的环境效益评估与BIPV系统计算表的建 立81-88
• 5.1 校园光伏建筑一体化系统环境效益初步评估81-83
• 5.2 基于 RETScreen International 的环境评估83-86
• 5.3 天津大学新校区光伏建筑一体化系统计算表的建立与使用86-88
• 总结88-90
• 主要研究成果88-89
• 存在的不足及今后研究方向89-90
• 参考文献90-94
• 发表论文和科研情况说明94-95
• 致谢95

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