太阳能光伏建筑一体化中光伏幕墙设计研究

作     者：李鹏程 

作者单位：西安科技大学 

学位级别：硕士

导师姓名：邸芃

授予年度：2018年

学科分类：08[工学] 081302[工学-建筑设计及其理论] 081304[工学-建筑技术科学] 0813[工学-建筑学] 

主      题：光伏幕墙 太阳能 发电量 优化设计 

摘      要：太阳能的开发和利用成为了人类关注和研究的重点,太阳能光伏幕墙具有提供绿色电能、缓解城市用电高峰、有效利用建筑物立面空间、降低建筑物能耗等优点,光伏幕墙作为太阳能光伏建筑一体化中的重要研究方向,有效利用了建筑的立面空间,对于高层和超高层而言,研究意义重大。对于人口密集、用电需求大的高层建筑,具有重要的应用价值和前景。本文以光伏幕墙设计为出发点,提出一种光伏板件,综合考虑光伏组件的目标功率和室内采光需求,得出合理的光伏组件布置方案;通过进行荷载计算,得出A、B、C、D四个地区不同建筑高度的风荷载标准值和地震作用,并在考虑地震作用的情况下,进行荷载最不利效应组合,最终给出光伏组件相关检测要求的适用范围;从结构计算角度考虑,参照荷载规范、抗震规范以及幕墙规范等相关规范对光伏幕墙进行设计,得出光伏组件边框的截面尺寸及双玻光伏幕墙的厚度尺寸;最后将设计的双玻光伏组件进行热工分析,得出比普通玻璃幕墙的节能效果提高50%左右。本文通过结构计算的方法,合理得出光伏幕墙组件的尺寸,对光伏幕墙组件的开发起到指导作用。考虑到太阳能电池材料工作温度与发电效率的关系,为了使光伏幕墙有更高的发电效率,本文以吐鲁番光伏发电项目的中控楼为研究对象,对光伏幕墙通风道进行热环境分析,运用数值模拟的分析方法,建立不同尺寸的几何模型,得出不同几何模型的温度场和空气速度矢量场,并与实测数据进行对比分析;通过对通风道空气流体进行分析,进而得出光伏幕墙的高度、宽度、透光率及对通风道热环境的影响规律,进一步对中控楼提出结构优化设计方案。为了对光伏幕墙年均发电量、节能减排效果等方面进行应用效果分析,本文以吐鲁番光伏发电项目中控楼光伏系统为例;在光伏幕墙整个生命周期内,光伏系统的发电量、建筑节能效果以及环境保护等综合效益十分可观。因此,将光伏系统与建筑立面结合,对于高层、超高层建筑具有非常大的应用价值和推广前景。