光伏发电与建筑一体化应用实践

郭均柳

摘 要：光伏玻璃幕墙是一种新型的生态建筑材料;可用于将双层钢化玻璃（特别是夹层玻璃）中的太阳能转化为二氧化硅。本文通过对光伏发电和建筑一体化设计的研究;总结了项目设计中的几个关键点，供业内人士参考。

关键词：光伏发电与建筑一体化;幕墙设计

光伏玻璃幕墙产品可广泛应用于建筑遮阳系统，建筑幕墙，光伏屋顶，光伏门窗等光伏发电。它还可用于偏远山区，交通运输，通信，气象，军事和其他部门，如电视中继站，卫星地球站，微波中继站，公路和铁路信号灯，农业光伏系统，导航灯，灯塔。在国际上，太阳能电池在建筑物上的使用和光伏玻璃幕墙的制造的组合特别快，其市场发展前景非常看好。虽然这种新型生态建材-光伏玻璃幕墙的开发，生产和应用在中国起步较晚，美国光伏建筑计划，欧洲百万屋顶光伏计划，朝日计划日本和中国光明工程中国节能生态建材的开发和应用热潮将启动，这将极大地促进光伏建材的发展和推广。

1 建筑节能和BIPV技术

建筑能耗（包括建筑能耗，能源消耗，如供暖和空调）约占总能耗的30%。此外，生产建筑材料所消耗的能源，与建筑能耗相关的能源消耗占社会总能耗的46-47%。据专业机构预测，如果我们能够在全国实现50%的建筑节能，到2020年，我们可以控制建筑能耗7.54亿吨标准煤，相当于英国和法国的能源消耗。

建筑节能消费中的可再生能源应用可以转化为新能源的能源生产。是在关键领域和关键环节创造资源节约型和环境友好型社会。

目前，建筑节能最广泛的应用是建筑集成光伏（BPV）技术，该技术将太阳能利用整合到建筑总体设计结构中，集成建筑，技术和美学，由这种集成的太阳能新安装形式产生了建筑能源的新概念，是建筑节能技术的热门研究课题。

2 国家能源政策和十一五规划要求

据国际能源署称，到本世纪末，太阳能发电将占总发电量的50%，这表明太阳能未来发展的重要性。中国政府的光伏发电政策给予了大力支持，并采取了相应的措施。

2.1 主要从事技术开发和支持示范，支持产业化项目，培育光伏市场和产业，实施非电光伏建设财政补贴，开展国际合作，促进市场发展。更重要的是，国家非常重视光伏机构。《中华人民共和国可再生能源法》明确支持光伏发电和离网光伏发电。与此同时，国家在十一五规划（草案）中明确指出，到2010年，根据《可再生能源法》的实施，在十一五节能期间，中国的单位GDP能耗应减少20%和减排目标规划期间，建设部和财政部就可再生能源在建筑中的应用提出了意见，指出促进可再生能源在建筑中的应用是为了宣传仅仅是能源结构，是保障国家能源安全的重要措施，是实现两种重要社会可持续发展的战略措施。

2.2 光伏建筑一体化技术的定义是将太阳能（PV）产品整合到建筑中。该技术的应用是建筑一体化光伏发电，光伏建筑中的光伏（BIPV）与系统结构相连（BAPV：建筑附加光伏）。

它采用多项专利技术，解决了光伏组件的散热问题和双层玻璃组件的应力问题，同时保持了原有的建筑立面效果。

BIPV建筑屋顶的光伏照明，由多个多晶硅光伏模块和双支撑结构构成。光伏幕墙立面也是由多个多晶硅光伏模块和支撑结构构成，数量上更多。太阳能电池板是建筑围护结构的一部分，可以阻止风和雨，发电和遮阳。

在BAPV建筑物中，使用相同的太阳能电池模块，并且太阳能电池模块通过支架安装在最初构造的屋顶上。卸下此BAPV建筑物上的PV模块不会影响原始建筑物的基本功能。在建立BAPV系统之前，首先要考虑建筑物的结构应力及其对建筑风格的影响。并非所有建筑都适合BAPV系统，大型BAPV项目施工只能经有关部门批准后进行。

3 BIPV建筑设计问题

3.1 机械性能

普通的光伏组件，需要通过IEC61215的认证，可以满足130公里/小时（2400帕）和25毫米直径23米/秒的电阻抗冲击要求.PV模块用作幕墙板和照明屋顶板不仅满足光伏组件的性能要求，而且满足幕墙试验和施工安全性能要求，因此需要更高的机械性能和不同的结构。例如，尺寸为1200 mm x 530 mm的典型光伏组件通常使用3.2 mm厚的钢化超白玻璃和铝框架，以满足应用要求。但是，在BIPV建筑物中不同尺寸，不同地板高度和不同安装方法对玻璃的机械性能要求可能完全不同。通过严格计算，在CSG塔外部的圓形双层幕墙中使用的部件是两个PV模块，6mm厚的回火超白玻璃层压板

3.2 建筑美学

BIPV建筑是首要的是建筑物，这是建筑师的杰作。它犹如音乐家的音乐，画家的画作，而灯光是建筑的灵魂，因此建筑对光影有很高的要求。然而，传统光伏模块中使用的大多数玻璃是布图案的超白钢化玻璃，并且布具有磨砂玻璃以阻挡视线。如果BIPV组件安装在建筑物的观光区域，则该位置需要透明。这时，双层玻璃单元由光滑的超白钢化玻璃制成，以满足建筑物的功能。同时，为了节省成本，面板背面的玻璃可以由普通的光滑钢化玻璃制成。建筑物成功的关键在于建筑物的外观，很小的瑕疵都是无法接受的。然而，传统光伏模块的分线盒通常粘在面板的后面，同时接线盒体积很大，很容易破坏建筑物的整体协调对建筑师而言通常是不被接受的。因此，BIPV建筑将接线盒做隐藏式设计，或直接取消使用，通过其他方式，将旁路二极管和连接电线隐藏在幕墙结构中，同时该种方式也可防止电气元件受到阳光直射和雨水淋浸。

3.3 结构和电气性能匹配

建筑在设计之初就考虑BIPV时，有必要考虑BIPV本身的电压和电流是否有利于光伏系统设备的选择。建筑物的外观包括不同尺寸和形状的几何形状，会导致不同电压的光伏组串，或者不同的电流。设计师可以考虑拆分和调整建筑物立面的网格，使BIPV组件更接近标准组件的电气性能，也可考虑使用不同大小的单元来满足网格要求，以最大限度地提高建筑满意度。

3.4 隔热和隔音

传统的光伏组件一般简单地安装在建筑物或支撑组件中，并且结构均匀。而BIPV组件的使用通常会给房间带来大量的热量，导致能耗与节能之间的矛盾，不符合建筑的隔热要求。采用CSG幕墙形式的双循环系统，光伏组件可以制成中空的低发射率玻璃，达到隔热、隔音效果。

3.5 照明效率

为了提高建筑照明效率，普通光伏模块将电池间距减小到2到5毫米。而在BIPV组件中，有必要考虑室内照明要求，应将单元间距调节至约25mm，以使模块的透射率约为30%。

3.6 易于安装

BIPV光伏组件作为建筑物的一部分，比传统组件需要更高的安装要求，并且困难得多。通常，BIPV部件具有高安装高度和小安装空间。考虑到安装的方便性，BIPV光伏组件可以以单元式幕墙的形式轻松拆卸，易于安装，提高了安装精度。

4 结论

BIPV建筑设计应首先考虑建筑物的安全性，然后考虑优化系统以产生更多电力，同时确保安全。本文仅提到了BIPV应用程序中的一些问题，并且有许多问题需要一起探索和研究。

参考文献

[1]仇保兴中国建筑节能模式的创新[R]，智能与绿色建筑文集4m第四届国际智能.绿色建筑与建筑节能大会，中国建筑工业出版社，1223.