1、第第9章章 可再生能源的建可再生能源的建筑应用筑应用 第第9章章 可再生能源的建筑应用可再生能源的建筑应用 化石能源比例很高化石能源比例很高 90%煤炭能源比例最高煤炭能源比例最高 70%非水可再生能源比例极低非水可再生能源比例极低不可持续不可持续化石能源及核能可利用期限化石能源及核能可利用期限高碳排放及全球气温上升高碳排放及全球气温上升1太阳能太阳能2风能风能3生物质能生物质能4地热能地热能5海洋海洋/潮汐能潮汐能6水能水能优点优点可再生，储量几乎无限大可再生，储量几乎无限大环境友好，清洁，无（低）污染环境友好，清洁，无（低）污染 可离网、并网，使用方便可离网、并网，使用方便能源安全能源安全
2、可再生能源可再生能源我国可再生能源年可开发量我国可再生能源年可开发量类类 别别 可开发量可开发量（亿吨标准煤）（亿吨标准煤）太阳能太阳能17000风能风能8水能水能4.8-6.4生物质生物质4.6地热地热331 除地热能外，其他可再生能源直接或间接来自太阳能除地热能外，其他可再生能源直接或间接来自太阳能2 太阳能远远超过其他所有可再生能源的总和太阳能远远超过其他所有可再生能源的总和1 无需燃料无需燃料2 基本无活动部件基本无活动部件3 模块化系统，安装方便，机动灵活模块化系统，安装方便，机动灵活4 无噪声、无有害排放和污染气体无噪声、无有害排放和污染气体5 维护简单维护简单6 成本较高，能量输
3、出不稳定成本较高，能量输出不稳定太阳能光伏发电的特点太阳能光伏发电的特点2050年年PV所发的电能占全部电能的所发的电能占全部电能的10%左右左右未来能源结构预测未来能源结构预测光伏发电系统的分类光伏发电系统的分类独立独立/离网光伏发电系统离网光伏发电系统1 带有储能系统带有储能系统2 不与大电网连接不与大电网连接3 比并网系统造价高比并网系统造价高4 在无电网地区，造价比铺设电网低在无电网地区，造价比铺设电网低BatteryDC/DCInverterAC LoadDC Load离网光伏发电系统的应用离网光伏发电系统的应用并网光伏发电系统并网光伏发电系统1 与大电网连接与大电网连接2 所有电能
4、直接馈入电网所有电能直接馈入电网3 不需要储能，降低了造价不需要储能，降低了造价光伏发电系统的分类光伏发电系统的分类InverterGrid并网光伏发电系统并网光伏发电系统4 发电高峰与负荷高峰对应，发电高峰与负荷高峰对应，可以起到削峰作用可以起到削峰作用光伏发电系统的分类光伏发电系统的分类并网光伏发电系统的应用并网光伏发电系统的应用1 光伏与建筑结合可有效地降低建筑物电网供电需求光伏与建筑结合可有效地降低建筑物电网供电需求2 发电上网方便，不需要输电线路，减少了电能损失；发电上网方便，不需要输电线路，减少了电能损失；3 发电无需额外占地；发电无需额外占地；4 安装方便，机动灵活安装方便，机动
5、灵活建筑结合光伏发电系统建筑结合光伏发电系统系统组成：光伏阵列、并网逆变器、售电表、用电表、显示屏等系统组成：光伏阵列、并网逆变器、售电表、用电表、显示屏等并网原则：光伏发出的大部分电能由低压配电网内的本地负载就地消耗并网原则：光伏发出的大部分电能由低压配电网内的本地负载就地消耗上网电价：实行光伏发电和住户用电两种电价上网电价：实行光伏发电和住户用电两种电价建筑结合光伏发电系统建筑结合光伏发电系统建筑结合光伏发电系统安装方式建筑结合光伏发电系统安装方式屋顶屋顶建筑结合光伏发电系统安装方式建筑结合光伏发电系统安装方式南立面、遮阳设备南立面、遮阳设备Residential systems:20 k
6、W 的建筑的建筑Commercial systems:1MW 的PV电站不同光伏发电系统比例预测不同光伏发电系统比例预测光伏电池、组件及阵列光伏电池、组件及阵列单晶硅太阳电池、多晶硅太阳电池单晶硅太阳电池、多晶硅太阳电池 微晶硅太阳薄膜电池微晶硅太阳薄膜电池 多晶硅太阳薄膜电池多晶硅太阳薄膜电池 纳米晶硅薄膜太阳电池等纳米晶硅薄膜太阳电池等硫化镉太阳电池、铟铜硒太阳电池硫化镉太阳电池、铟铜硒太阳电池碲化镉太阳电池、砷化镓太阳电池碲化镉太阳电池、砷化镓太阳电池磷化铟太阳电池磷化铟太阳电池硅基薄膜硅基薄膜太阳能电池太阳能电池化合物半导体薄膜化合物半导体薄膜太阳能电池太阳能电池晶体硅太阳电池晶体硅太
7、阳电池光伏电池的分类光伏电池的分类电池类别电池类别单晶硅单晶硅多晶硅多晶硅硅基薄膜硅基薄膜碲化镉碲化镉(CdTe)铜铟硒铜铟硒(CIS)实验室实验室效率效率(%)24.720.31316.519.5商业化商业化效率效率(%)14-2013-156-99-1110-12光伏电池的效率光伏电池的效率光伏电池的特性光伏电池的特性影响光伏输出的主要因素：影响光伏输出的主要因素：太阳辐射太阳辐射,温度温度IcellPower cellVcell开路开路短路短路I shortUopen05101520Vcell_1020406080Power1Power2Power3Power405101520Vcell
8、_1012345Icell1Icell2Icell3Icell4太阳辐射增强太阳辐射增强太阳辐射增强太阳辐射增强太阳辐射对光伏太阳辐射对光伏电池特性的影响电池特性的影响0510152025Vcell_101234Icell1Icell2Icell3Icell40510152025Vcell_1020406080PowerPower2Power3Power4温度升高温度升高温度升高温度升高温度对光伏电温度对光伏电池特性的影响池特性的影响BatteryDC/DCInverterAC LoadDC Load并网光伏发电系统框图并网光伏发电系统框图DC/DCInverterGrid电力电子变流器：电力
9、电子变流器：1 电流源逆变器电流源逆变器 2 DC/DC 非隔离、隔离非隔离、隔离微电网实验系统介绍微电网实验系统介绍该系统由该系统由1台台15kW异步电动机异步电动机和和1台台22kW驱动变频器共同驱动变频器共同模拟同步风力发电系统的风机，模拟同步风力发电系统的风机，异步电动机经变频器从公共电异步电动机经变频器从公共电网网380V取电，带动同步风力发取电，带动同步风力发电机转动产生电机转动产生380V交流电，交流电，经同期并网装置接入微电网经同期并网装置接入微电网380V交流母线。交流母线。通过调整变频器参数来调节异通过调整变频器参数来调节异步电动机的转速，从而模拟实步电动机的转速，从而模拟
10、实际风力发电系统中的风速变化，际风力发电系统中的风速变化，实现同步风力发电系统的仿真模拟。实现同步风力发电系统的仿真模拟。模拟同步风力发电系统模拟同步风力发电系统 该系统由该系统由1 1台台7.5kW7.5kW异步异步电动机和电动机和1 1台台15kW15kW驱动驱动变频器共同模拟直驱风变频器共同模拟直驱风力发电系统的风轮机，力发电系统的风轮机，异步电动机从公共电网异步电动机从公共电网380V380V取电，带动永磁同取电，带动永磁同步风力发电机转动产生步风力发电机转动产生交流电能，再经交流电能，再经1 1台台10kW10kW风力并网控制器及风力并网控制器及1 1台台10kW10kW风力并网逆变
11、器风力并网逆变器进行整流逆变后，实现进行整流逆变后，实现稳定的稳定的50Hz50Hz、380V380V交流交流电能接入到微电网电能接入到微电网380V380V交流母线。交流母线。模拟直驱风力发电系统模拟直驱风力发电系统 微电网系统配置微电网系统配置1套套5kW 模拟光伏发电系统；模拟光伏发电系统；PV光伏模拟器输出直流电源后，经光伏并网光伏模拟器输出直流电源后，经光伏并网逆变器逆变成交流电源接入到微电网逆变器逆变成交流电源接入到微电网380V交交流母线。通过调整流母线。通过调整PV模拟器参数模拟不同温模拟器参数模拟不同温度及光照强度下度及光照强度下I-V曲线，从而实现光伏发电曲线，从而实现光伏
12、发电系统的仿真模拟。系统的仿真模拟。模拟光伏发电系统模拟光伏发电系统 稳定控制系统稳定控制系统微电网系统中稳定控制微电网系统中稳定控制系统由系统由30kW稳定控制器，稳定控制器，100AH铅酸电池组组成。铅酸电池组组成。电池组有电池组有18节单节电节单节电池电压池电压12V的铅酸电池的铅酸电池串联组成，接入稳定控串联组成，接入稳定控制器直流侧输入回路，制器直流侧输入回路，并配置电池巡检仪。并配置电池巡检仪。正常运行状态下的功率跟踪正常运行状态下的功率跟踪孤岛运行方式下的标准源孤岛运行方式下的标准源同期并网同期并网稳定控制系统的主要功能稳定控制系统的主要功能主从式（主从式（Master-Slav
13、e）微电网与大电网的公共耦合点（微电网与大电网的公共耦合点（PCC）Point of Common Coupling配置快速开关，结合微电网保护，配置快速开关，结合微电网保护，不论是市电故障，还是微电网故障，不论是市电故障，还是微电网故障，通过快速开关配合快速保护，实现快速隔离（通过快速开关配合快速保护，实现快速隔离（10ms）使二者都不会互相影响，使二者都不会互相影响，也不会改变现有市电的继电保护配置。也不会改变现有市电的继电保护配置。可独立可并网，可独立可并网，实现微电网不同运行模式之间无缝切换。实现微电网不同运行模式之间无缝切换。1 RLC可调负载可调负载2 能量再生负载能量再生负载 负荷负荷对微电网保护装置、智能仪表、中央控制单元及快速测控、对微电网保护装置、智能仪表、中央控制单元及快速测控、光伏逆变器、风力逆变器、稳定控制器（光伏逆变器、风力逆变器、稳定控制器（PCS）、电池）、电池巡检仪等智能设备的自动化系统集成，通过后台监控系统，巡检仪等智能设备的自动化系统集成，通过后台监控系统，实现对微电网系统运行状态的监视与控制，以及实现对实现对微电网系统运行状态的监视与控制，以及实现对储能系统、负荷以及模拟新能源电源的协调与优化控制。储能系统、负荷以及模拟新能源电源的协调与优化控制。系统通讯结构系统通讯结构
