点支承薄膜硅光伏幕墙实际案例分析

文 // 孙杰 张远南 刘广斌 陈大英 陈文华 汉能控股集团有限公司

近年来，能源危机和环境危机日益加重，光伏应用技术引起了人们的广泛关注。光伏应用形式主要分为大型地面电站和分布式光伏电站，其中分布式电站由于具有不额外占用土地、分散接入电网以及就近消纳等特点，得到了国家的大力推广（国家能源局确定2014年光伏装机目标为14GW，其中8GW的分布式应用）。同时，国家也出台了一系列政策保证了分布式光伏发电的健康有序发展，如2014年9月国家能源局发布的《国家能源局关于进一步落实分布式光伏发电有关政策的通知》，在项目规划、实施、备案管理以及并网运行等方面做出了明确的指示。

光伏建筑一体化（BIPV）作为分布式光伏发电的一种重要应用形式，近年来取得了长足的发展，尤其光伏幕墙的应用。但是光伏幕墙同样存在很多问题，如安全可靠性、同幕墙分格尺寸匹配性、电气走线、通风散热等，尤其对于大尺寸点支承薄膜光伏幕墙的实际案例还非常少。本文详细介绍了一个大尺寸点支承薄膜光伏幕墙的实际案例，包括光伏构件的结构设计、电气走线的优化、光伏系统配置以及发电量的预测，为BIPV的发展提供了一定的技术依据。

1 项目介绍

北京市年平均日照峰值小时数为4h左右，是太阳能辐照资源较丰富的地区之一。汉能集团某光伏连廊幕墙项目坐落于北京市，连廊东、西两侧立面安装透光率为20%的光伏组件，光伏装机容量约为11kW。

2 光伏组件的选取和制备

项目采用非晶硅/微晶硅叠层光伏组件，为满足幕墙分格尺寸及建筑功能（如热工性能）要求，先采用两种不同尺寸的6片电池芯片（同尺寸芯片间的电学参数要求一致）进行拼接，层压成三夹层结构，然后再制作成中空结构，整个光伏构件共采用四层玻璃，其中有三层尺寸为3376mm×1438mm×8mm的大片钢化玻璃，第二层为6片3.2mm厚的电池芯片。光伏构件的整体厚度为42.24mm。

光伏构件上共有6个玻璃支承孔，室内侧孔直径为45mm，室外侧孔直径为40mm，为保证支承孔处的电气安全，对其进行双道绝缘。当电池芯片制备完成后在孔位置进行激光扫边绝缘，然后在中空构件制备完成后，在孔的截面处采用绝缘性能好的硅胶进行处理。整个光伏构件的设计、制备过程中，完美的体现了BIPV光伏构件的客户定制化特征。光伏构件的平面图和截面图如图1和图2所示。

在光伏构件的制备过程中，通过3A级太阳能模拟器对其进行功率监测。未打孔的6片电池芯片的功率总和为312W，打孔后功率下降到295W（理论计算值为297W），而将芯片封装成构件后功率为292W，相比于打孔芯片功率下降仅为1%左右，说明芯片间的电压一致性较好，并且汇流带引入的串联电阻也比较低，构件制备工艺控制良好。而光伏构件的功率相比于原始未打孔芯片的功率也仅仅下降了6.4%左右，此功率损失对于这类特殊项目来说是完全可以接受的。

3 安装方式和电气布线

光伏连廊采用点支承幕墙安装方式，安装节点横向剖面图如图3所示。按照玻璃幕墙工程技术规范进行光伏构件的安装。

图1 光伏构件平面图

图2 光伏构件截面图

为了保证项目的安全性、美观性，此项目对组件结构、安装形式以及电气布线进行了深入优化。对于组件结构，如图1所示，光伏构件长边方向上三片发电芯片并联后通过同一个接线盒输出，这样只需在光伏构件的顶端出线即可，避免在构件间的胶缝中走线，安全性较高且便于安装及日后维护。

对于线缆的敷设，在顶层玻璃和立面光伏构件之间采用铝包板进行包封，电缆桥架隐蔽固定在有足够存放空间的铝包板内，当组件彼此间电气连接后，通过预分支电缆进行汇流，汇流线通过50mm×50mm铝合金桥架连接到逆变器的直流输入端，电缆敷设示意图如图4所示。

4 系统配置和发电量预测

本项目在东、西两个不同建筑立面安装光伏构件，因此采用具有两路MPPT跟踪的10kW组串型光伏逆变器，组串型逆变器由于具有多路MPPT跟踪功能，可以对每路光伏组件进行功率跟踪优化，提高光伏方阵的发电效率，十分适合应用在安装朝向和安装倾角比较复杂的BIPV项目。

为实时监控电站的光照强度、温度、风速、直流电压、直流电流、交流电压、交流电流、并网功率、当日发电量、累计发电量等，电站配有监控显示系统，监控显示系统由辐照计、温度传感器、风速传感器、工控机、通讯模块、监控软件及通讯线等组成。

根据加拿大Retscreen软件收集的气象数据，北京地区东、西立面年平均辐照强度大约为每天2.5kWh/m2，预计此项目平均每年大概发电8000kWh。

5 结语

图3 点支承光伏幕墙安装节点图

图4 电缆敷设示意图

相比于地面大型光伏电站而言，光伏构件同建筑的结合是对有限土地资源的充分利用，有着广阔的前景和巨大的潜力。本文重点介绍了通过拼接方式有效解决光伏构件同点支承幕墙分格尺寸的不匹配问题，通过对构件进行双道绝缘处理，确保了幕墙的电气安全性，同时安装孔的存在带来的构件功率的降低也在可接受的范围之内。此外，通过优化光伏构件的结构以及电气布线，提高了BIPV项目的安全性和美观性。