太阳能光伏系统与建筑墙体间相互影响研究

【摘要】：近年来，随着环境问题和能源枯竭问题的日益严重，以及建筑能耗在社会总能耗中比例的逐年上涨，如何利用清洁可再生能源来降低建筑耗能成为社会共同话题。太阳能光伏建筑一体化技术成功利用光伏发电来给建筑物提供电力达到降低建筑能耗的效果。太阳能光伏组件与建筑外墙结合后，组件工作时背部产生的高温会打破原有维护结构的能量平衡。本文依托交通运输部科技项目《寒冷地区高速公路沿线设施低碳关键技术研究及示范》项目，主要针对太阳能光伏系统应用于建筑外墙上时，所引起的墙体温度应力、室内热环境的改变，以及不同的建筑墙体对光伏系统发电效率的影响进行研究。 当太阳能电池板应用在不同建筑外墙上时，因墙体材料热物性的差异会对组件的工作性能产生影响。论文通过背部墙体试验对光伏组件在钢筋混凝土墙和普通粘土砖墙上的光电转换效率、方阵平均效率等进行评价。得出夏季放置在混凝土墙体上光伏组件的光电转换效率比放置在普通粘土砖墙上高出4.8%。 论文通过试验与有限元模拟相结合的方法，研究光伏系统对钢筋混凝土墙体内部温度场和温度应力的影响。研究表明光伏组件的遮光性会降低墙体内部温度，平均降低0.58℃，变化不明显；但是由于改变了原有墙体内温度分布情况，使得光伏板背部墙体内沿墙体宽度方向的温度拉应力平均增大1.1-1.4倍，作用时间延长2-4小时。有可能降低结构的正常使用性能。 利用DeST软件对一拟应用光伏技术的建筑进行全年室内热环境模拟，得出冬夏两季典型房间自然室内温度分布情况、以及建筑全年负荷情况。得出光伏组件能使建筑全年节省空调耗能25%。并对有太阳能电池板覆盖的南立面墙体进行有限元温度应力模拟。 【关键词】：光伏发电 墙体 温度应力 室内热环境
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TU18
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 第1章 绪论10-23
• 1.1 课题研究的背景和意义10-12
• 1.1.1 课题研究的背景10-11
• 1.1.2 课题研究的意义11-12
• 1.2 太阳能光伏建筑一体化发展概况12-22
• 1.2.1 太阳能资源的开发利用12-15
• 1.2.2 太阳能光伏建筑一体化15
• 1.2.3 国内光伏发展之路15-18
• 1.2.4 国外光伏发展之路18-20
• 1.2.5 国内外关于太阳能光伏建筑一体化理论与实验研究20-21
• 1.2.6 我国太阳能光伏建筑一体化未来发展趋势21-22
• 1.3 本文主要研究内容22-23
• 第2章 背部墙体对光伏组件发电效率影响研究23-44
• 2.1 试验台设计23-35
• 2.1.1 实验装置23-24
• 2.1.2 实验监测系统24-27
• 2.1.3 实验测点布置27-28
• 2.1.4 温度传感器标定28-33
• 2.1.5 墙体材料导热系数测定33-35
• 2.2 不同背部墙体对光伏组件发电效率影响研究35-40
• 2.2.1 不同墙体对光伏组件工作温度的影响36
• 2.2.2 不同墙体对光伏组件电流、电压的影响36-38
• 2.2.3 不同墙体对光伏组件光电转换率的影响38-39
• 2.2.4 不同墙体对光伏方阵平均输出效率的影响39-40
• 2.3 光伏组件对墙体得热影响研究40-42
• 2.3.1 墙体得热与建筑室内空调冷负荷40
• 2.3.2 建筑墙体得热量计算方法40-41
• 2.3.3 夏季光伏墙体得热量计算41-42
• 2.4 本章小结42-44
• 第3章 光伏组件对混凝土墙体温度及温度应力影响研究44-61
• 3.1 混凝土温度应力概述44-45
• 3.1.1 混凝土温度应力44
• 3.1.2 混凝土温度应力分类和特点44-45
• 3.2 光伏组件对墙体内部温度和温度应力影响实验研究45-52
• 3.2.1 光伏组件对墙体内部温度的影响45-49
• 3.2.2 光伏组件对墙体温度应力的影响49-52
• 3.3 光伏墙体温度应力有限元应力分析52-60
• 3.3.1 ANSYS 热分析概述52
• 3.3.2 ANSYS 热分析单元类型52-53
• 3.3.3 ANSYS 边界条件的确定53-56
• 3.3.4 ANSYS 模型及计算结果56-60
• 3.4 本章小结60-61
• 第4章 光伏建筑室内环境与墙体温度应力模拟61-77
• 4.1 建筑环境系统模拟分析方法—DeST 介绍61-62
• 4.2 DeST 建筑动态热过程模型介绍62-66
• 4.2.1 建筑物室内热过程模型62-63
• 4.2.2 建筑热过程中的数学模型63-65
• 4.2.3 建筑热过程中的环境参数65-66
• 4.3 光伏建筑室内热环境模拟与分析66-73
• 4.3.1 建筑模型介绍66-68
• 4.3.2 模拟结果与分析68-73
• 4.4 光伏建筑南立面墙体温度应力有限元分析73-76
• 4.5 本章小结76-77
• 第5章 结论和展望77-79
• 5.1 结论77-78
• 5.2 展望78-79
• 参考文献79-85
• 攻读学位期间发表的学术论文及取得的科研成果85-86
• 致谢86

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