基于全生命周期理论的光伏系统能耗分析

【摘要】：太阳能光伏建筑一体化已经成为“绿色建筑”发展的方向之一,与传统的化石能源相比,光伏发电系统具有节约能源、零污染零排放、节省空间、便于安装的特点,已经得到了广泛的应用,但是,在光伏发电系统的应用过程中除了产生发电效益还会在生产、安装、运行、拆除阶段产生能耗,其运用中的经济性对比以及光伏系统对室内热环境的影响情况等问题值得探讨。本文基于科学的理论依据并通过建立数学模型进行模拟计算对以上问题进行了分析和探讨。本文首先确立了光伏建筑一体化的全生命周期分析,将太阳能光伏系统分为生产、装配、运行、拆除四个环节,涵盖了光伏系统的整个生命周期。选取西咸航空港保税区半球形建筑为模型,通过光电转换模型以及各个环节的能耗消耗统计得出该航空港应用光伏系统后25年生命周期内总发电量达到575.07万kWh。再将建筑的四个方向的光伏系统进行对比,西向和南向使用光伏发电系统时,收益率高达70.32﹪,只需要14年即可收回投资,同时减少了约291.80t标煤的化石能源的消耗。而北向和东向收益率为-42.16﹪和-25.45﹪,不宜使用光伏系统。最后,通过数值模拟计算确定光伏玻璃幕墙对室内热环境的影响,其相比收益而言可以无需考虑。说明了光伏系统的应用是合理可行的。 【关键词】：太阳能光伏建筑一体化 全生命周期理论 数值模拟 室内热环境 收益率 发电量
【学位授予单位】：西安建筑科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TU18;TM615
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-9
• 1.绪论9-17
• 1.1 课题研究背景目的及意义9-11
• 1.2 太阳能光伏简介及优势11-12
• 1.2.1 太阳能光伏技术简介11
• 1.2.2 太阳能光伏技术的优势11-12
• 1.3 太阳能光伏技术在国内外的研究现状12-14
• 1.3.1 太阳能光伏发电技术的发展历史12-13
• 1.3.2 国外太阳能光伏发电技术的应用及研究现状13-14
• 1.3.3 国内太阳能光伏发电技术的应用及研究现状14
• 1.4 当前研究中存在的问题14-15
• 1.5 本课题研究内容、方法15-17
• 1.5.1 研究内容15-16
• 1.5.2 研究方法16-17
• 2.生命周期评价17-27
• 2.1 生命周期评价的概念及其发展17-18
• 2.1.1 生命周期评价的概念17
• 2.1.2 生命周期评价的起源和发展17-18
• 2.2 生命周期评价的基本原则及应用18-19
• 2.3 生命周期评价的总体框架19-22
• 2.3.1 目的与范围的确定20-21
• 2.3.2 生命周期清单分析21
• 2.3.3 生命周期影响评价21-22
• 2.4 评价方法的特点、意义及局限性22-24
• 2.4.1 生命周期评价的特点22
• 2.4.2 生命周期评价的意义22-23
• 2.4.3 生命周期评价的局限性23-24
• 2.5 全生命周期理论与光伏系统的理论结合24-27
• 3.太阳能光伏发电系统27-37
• 3.1 太阳能光伏发电系统的组成27
• 3.2 太阳能光伏发电系统的分类27-29
• 3.2.1 独立供电的光伏发电系统27-28
• 3.2.2 并网光伏发电系统28
• 3.2.3 混合型光伏发电系统28-29
• 3.3 太阳能光伏电池的原理29-30
• 3.4 太阳能光伏电池的分类30-31
• 3.4.1 单晶硅太阳能光伏电池30
• 3.4.2 非晶硅薄膜太阳能光伏电池30
• 3.4.3 多晶硅薄膜太阳能光伏电池30-31
• 3.5 太阳能光伏幕墙发电量计算31-36
• 3.5.1 光伏发电应用系统31
• 3.5.2 建筑光伏发电量原理预测法31-32
• 3.5.3 太阳能建筑光伏玻璃幕墙发电量计算32-36
• 3.6 小结36-37
• 4.类球型办公建筑光伏系统全生命周期评价37-47
• 4.1 建筑基本信息37-38
• 4.2 生命周期内各阶段能耗清单38-43
• 4.2.1 光伏组件生产阶段38-40
• 4.2.2 光伏玻璃幕墙运输阶段40-41
• 4.2.3 光伏玻璃幕墙施工阶段41-42
• 4.2.4 光伏玻璃幕墙运行阶段42
• 4.2.5 光伏玻璃幕墙拆除、废物处理阶段42-43
• 4.3 全生命周期能耗清单结果分析43-44
• 4.3.1 光伏系统全生命周期内耗能分析43-44
• 4.3.2 光伏系统全生命周期内耗能与发电量比较分析44
• 4.4 小结44-47
• 5.半球形建筑光伏系统铺设方案生命周期分析47-57
• 5.1 建筑北面使用光伏系统可行性分析47-51
• 5.1.1 全生命周期能耗47-50
• 5.1.2 建筑北向使用光伏系统可行性分析50-51
• 5.2 建筑东向使用光伏系统可行性分析51-54
• 5.2.1 全生命周期能耗51-53
• 5.2.2 建筑北向使用光伏系统可行性分析53-54
• 5.3 小结54-57
• 6.光伏系统对室内热环境影响的数值模拟计算57-65
• 6.1CFD模拟基础知识57-58
• 6.1.1CFD简介57
• 6.1.2 Fluent软件介绍57-58
• 6.2 光伏系统对室内热环境影响的模拟58-60
• 6.2.1 物理模型的建立58-59
• 6.2.2 数学模型的建立及边界条件的设置59
• 6.2.3 模拟结果59-60
• 6.3 负荷计算分析60-63
• 6.3.1 房间设计条件60-61
• 6.3.2 冷负荷计算61-63
• 6.4 计算结果63
• 6.5 小结63-65
• 7.总结与展望65-67
• 7.1 结论65-66
• 7.2 展望66-67
• 参考文献67-71
• 研究生学习阶段发表论文71-73
• 致谢73

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