浅析光电建筑一体化技术的实际应用

朱国军

【摘要】近些年来，大屋面建筑如雨后春笋般大范围出现，特别是公共建筑，比如大型剧院、大型体育场馆，大型交通枢纽集散中心、大型卫生机构、大型商业综合体等等。它们有一个共同点——大屋面。从本世纪初开始，随着经济全球化，中国的光伏产业逐渐成为崛起的新秀，但光伏发电技术，虽然具有众多优势，但在民用方面，才刚刚兴起。如果能将光电建筑一体化（BIPV）技术广泛应用，则不仅能产生经济效益，还能社会效益。可以进一步指明清洁能源才是未来能源技术的趋势。

【关键词】光伏发电 清洁能源 太阳能

0、引语

近些年来，大屋面建筑如雨后春笋般大范围出现，特别是公共建筑，比如大型剧院、大型体育场馆，大型交通枢纽集散中心、大型卫生机构、大型商业综合体等等。它们有一个共同点——大屋面。从本世纪初开始，随着经济全球化，中国的光伏产业逐渐成为崛起的新秀，但光伏发电技术，虽然具有众多优势，但在民用方面，才刚刚兴起。如果能将光电建筑一体化（BIPV）技术广泛应用，则不仅能产生经济效益，还能社会效益。可以进一步指明清洁能源才是未来能源技术的趋势。

1、光电建筑一体化技术的原理

1.1 概论

光伏发电就是利用半导体界面的光生伏特效应而将光能直接转变为电能的一种技术。具有较少受地域控制、安全可靠、无噪音、低污染、节能无消耗、绿色环保、安装简便、自动控制免维护等优点。

光电建筑一体化（BIPV）技术即将太阳能发电（光伏）产品集成到建筑上的技术。BIPV即Building Integrated PV，PV即Photovolta-ic。光伏建筑—体化（BIPV）不同于光伏系统附着在建筑上（BAPV：Building Attached PV）的形式。

1.2 光电与建筑一体化技术的特点

光电与建筑一体化系统由太阳能电池板、太阳能控制器、蓄电池（组）、组件支架、汇流箱、配电柜、逆变器、变压器、环境监测仪、工控机组成。太阳能电池板是太阳能发电系统中的核心部分，也是太阳能发电系统中价值最高的部分。其作用是将太阳的辐射能力转换为电能，或送往蓄电池中存储起来，或推动负载工作。太阳能控制器在温差较大的地方，具备温度补偿的功能。

2、 实际应用

2.1 项目情况

该项目建设地点位于浙江省南部某地级市，为浙江省属三级甲等综合医院，占地500余亩、建筑面积约35万平方米，医院为框架结构组成，属于新建、公建建筑。

2.2 光伏建筑一体化技术应用情况

该项目可安装光伏组件的面积为21950.6平米米，4幢楼顶共计安装光伏组件11592块，峰值功率2.03MWp。工程总造价约8000万。

2.3 目标及主要内容

本项目的主要特点：1.光电材料与医院建筑结构相结合，开辟了一条在公共建筑大规模利用可再生能源的新途径；2.建设光电项目，应尽最大可能提高系统发电量，用可再生能源取代常规电力，节省开支和保护生态环境。本项目的技术要点和示范目标主要有：

1、光伏电站生产的电力直接为医院消耗，达到“自产自用”就近消费，避免远距离送电的损耗和对电网的干扰。

2、采用WINFAST技术，系统的监控设备将监控到每一块电池组件的运行状况。这比国内现有太阳能发电系统仅监控到每一串（18块组件串联）的监控方式更为先进，也更有效。WINFAST技术是国际上光伏领域中最新技术之一，本项目的应用将提升我国光电建筑的技术水平。

3、 技术方案

3.1 设计原则

①光伏与建筑的完美结合

在光伏并网电站的建设中运用了光电建筑组件作为医院屋顶的一部分，充分体现了材料的无重复利用，即节约了常规的屋顶建设材料又节约了光伏建筑用地。该光电建筑组件在符合光电转换效率的同时又完全符合建筑结构的强度。

②美观性

太阳能与建筑一体化是建设在市区，故有一定的公众影响力，美观与否非常重要；光伏组件的安装均与医院屋顶结构密切配合，保持整个光伏系统的风格和美观，保持建筑的整体性与统一性，将光伏组件与屋顶结构相结合，形成统一的整体，在视觉美观性上达到和谐统一。

③光电建筑的牢固性

该光伏系统建筑应充分考虑光电建筑组件自身负荷和抗风、抗冰雹冲击能力等应用问题；还要考虑其发电功能以及其建筑结构功能，如防水，遮阳，承重等，保证光伏系统与建筑的安全可靠。

3.2 光伏阵列设计和配置方案

3.3 太阳能电池方阵的主要特点：

（1）采用高效率晶体硅太阳电池片，转换效率高：≥16.5%；

（2）使用寿命长：≥25年，衰减小；

（3）采用角键紧固铝合金边框，便于安装，抗机械强度高（符合风/雪压要求）；

（4）采用高透光率钢化玻璃封装，透光率和机械强度高；

4、系统能效分析

4.1 太阳能电池方阵的效能衰减：

由于晶体硅太阳能电池組件安装运行以后，会持续的出现效率衰减情况，预计太阳能光电系统效率约为80%。年发电量估算约2140305（KWh）

4.2 技术经济分析

火电煤耗按2007年全国平均值334g/kWh计算，本项目装机容量为2.0286MWp，年平均上网电量为2140305kWh；若采用本太阳能发电系统25年可节约标煤：714.9吨×25= 17872.5吨。

5、结束语

太阳能光伏发电在城市推广利用的最佳形式就是与公共电网并网并且与建筑结合：即光伏建筑一体化。并网光伏发电系统比离网的独立光伏系统更科学和环境友好；从屋顶系统到与建筑结合或光伏建筑一体化：从单纯的将光伏组件安装在屋顶上发展成为太阳电池组件作为建筑材料的一部分。

光电建筑并网发电系统是城市太阳能发电的发展方向之一，代表了二十一世纪最具吸引力的能源利用技术。目前国家财政部和建设部推出的光伏系统补贴政策，将会极大的促进太阳能与建筑一体化的发电项目的推广。

参考文献：

[ 1] 王文静主编.中国光伏产业发展研究报告[ R] .北京：中国可再生能源发展项目办公室， 2004 .

[2] 马胜红，赵玉文.光伏发电在我国电力能源结构中的战略地位和未来发展方向[J] .太阳能， 2005（4）：10-16.

[ 3] 罗运俊，何梓年， 王长贵.太阳能利用技术[ M] .北京：化学工业出版社， 2005.