太陽能光伏建筑一體化及應用與發展前景

摘要：近年來，在可再生能源建筑應用示范政策的帶動下，太陽能建筑一體化作為可再生能源建筑應用的重要方式之一，發展迅速，規模逐步增加。太陽能光伏發電與建筑一體化是應用太陽能發電的一種新概念，在建筑為維護結構外表鋪設光伏陣列提供發電。本文給出了光伏建筑一體化（BIPV）的定義，分析了BIPV設計中的問題。

關鍵詞：光伏建筑一體化設計BIPV的定義太陽能光伏發電系統

0引言

隨著石化能源的逐漸枯竭，自然環境的惡化，為了對付世界性的能源、環境、金融等危機的影響，人們對新能源的認識、開發和利用越來越廣泛。光伏應用中比較“接地氣”的一種應用形式就是光伏建筑一體化建筑。因此，其建筑形式和應用效果在一定程度上決定了人們對光伏產品的認知程度[1]。

1太陽能光伏發電

太陽能光伏發電是利用太陽能光伏電池的光生伏打原理把太陽光能直接轉化為電能的發電方式[2]。太陽能光伏發電系統由太陽能光伏電池組、太陽能控制器、蓄電池（組）組成。如輸出電源為交流220V或110V，還要裝配逆變器。在太陽能光伏發電系統中，價值最高的核心部件———太陽能光伏電池板，是將太陽輻射轉換成電能的主要元件，以推動負載工作，余量可用蓄電池存儲。以環境友好、能源節約為主要特征的BIPV作為太陽能的主要應用路徑之一，將建筑變成一座座小型綠色發電站，不多余占地，免去遠距離電力傳輸與消耗。

2建筑一體化

光伏建筑一體化是我們目前面臨的最棘手問題，也是最有實用意義的一個課題，如何將太陽能光伏發電陣列安裝在建筑的圍護結構外表，并提供發電功能，這樣可有效利用建筑外表，無需額外占用土地資源和建光伏支架等設施，也節約外飾材料（如玻璃幕墻等）；同時也使建筑物體夏季遮陽降溫，降低空調的負荷，光伏建筑一體化讓我們的建筑物體附有更多的功能作用。[3]

光伏與建筑的結合有兩種方式：一種是建筑與光伏系統相結合；另外一種是建筑與光伏器件相結合。

2.1建筑與光伏系統相結合。利用屋頂資源裝置太陽能發電系統是光伏建筑一體化的很好結合，這使建筑體可以得到保溫，光伏設備也不占用土地資源，是目前我們大家廣泛推廣應用的，無論是斜面還是平面的屋頂，都已有很多的范例，這里我們不再贅述。

2.2建筑與光伏器件相結合。建筑與光伏的進一步結合是將光伏器件與建筑材料集成化。自古以來，材料便被視為構筑建筑的工具與手段，現在以材料為表現元素表達設計師的審美情趣、文化內涵與環保理念更成為潮流與發展趨勢。BIPV組件兼具弱光性好、高溫性能好、顏色形狀可訂制、透光均勻、柔性可彎曲等優勢，可作為完美的高科技建筑材料提供電力，更能滿足各類建筑美學需求，彰顯綠色建筑的環保理念。

2.3建筑材料與光伏一體化單元的研究。以陶土材料為基板，作為光伏PV組件的底板，組成：發電瓷磚、發電屋瓦、發電幕墻單元材料，目前我們正與陶土研究行業加強合作，一起開發光伏產品，待樣品進一步成熟后推廣應用。

3光伏建筑一體化優點

3.1綠色能源。通過太陽能發電的光伏一體化建筑是真正意義上節能減排。它使用的是全世界最潔凈的太陽能，開發利用過程全部綠色化，對環境零污染。并且，太陽能取之不盡，用之不竭，對于改善生態環境可謂是百利而無一害。

3.2不占用土地。裝設于建筑外墻或屋頂上的光伏陣列基本不占用土地資源，在“寸土寸金”城市建筑界，對土地資源基本“零占用”恰恰展現了光伏一體化建筑的優勢。而且在用電高峰的夏季，日照量最大，光伏系統發電量最大，光伏一體化建筑還能有效調節峰值，為供電系統減負。

3.3起到建筑節能作用。當下，在國家大力倡導節能環保、追求綠色發展的背景下，BIPV的廣泛應用將成為節能降耗的現實選擇。在現代城市建筑、農牧設施和市政交通設施等領域大力推進BIPV落地應用，也是光伏建筑的主要發展方向之一。

4 BIPV建筑設計中需注意的幾個問題

4.1建筑的美學要求。目前光伏市場缺乏經過特別設計能集成到建筑物的光伏產品。大多數光伏組件都旨在最大化日光吸收，因此顯現出深藍色。它們的外表顯示出電池和連接線，在視覺上毫無美感，使建筑環境對光伏的接受程度變得復雜。BIPV建筑對光影要求甚高。幾十年來，建筑師一直尋求新的解決方案來定制光伏組件的顏色，使它們能融入建筑物表面。白色引起了特別的興趣，它因典雅、通用、外表清新而被廣泛使用。盡管存在這種需求，仍然無人能實現真正的白色太陽能組件；人們自然而然地認為這是不可能實現的，因為大多數光都會被反射。然而CSEM開發了一種新技術，讓白色太陽能組件外表不顯示電池和連接線。它是能將太陽能紅外光轉換為電流的太陽能電池技術，能夠結合在散射全部可見光譜的同時還能傳遞紅外光的選擇性散射濾器。基于晶體硅的任何光伏技術都可用于制造白色和有色的太陽能組件，能充分滿足建筑美學要求。

4.2建筑結構與光伏組件電學性能的配合。BIPV建筑設計首先考慮電池板的電流、電壓與光伏系統設備選型要求是否一致。而在現實生活中，建筑物外立面所呈現的幾何圖形往往形式各異，大小不等，要保證各組件有相同的電流和電壓幾乎不現實。因此，可以采用分區、分格的方式處理建筑物的幾何立面，這樣可基本保證BIPV組件的電學性能與標準值近似，同時為了獲得預期的立面效果，也可以借助尺寸不一的電池片進行分格。

4.3現代社會中，人們對舒適的建筑內部環境的追求越來越高，導致建筑采暖、空調等能耗日益增長；舒適的環境和高漲的能耗就像一對矛盾，難以平衡?，F在，建筑一體化（BIPV）技術的推出宣告這一切已成為過去時，這一解決方案可用太陽的能量為建筑帶來綠色的電力，滿足其能耗需求，有的還使用了炫彩設計，既便于安裝，又為綠色建筑構建出無限的可能與活力。

5光伏建筑一體化的發展前景

隨著科技的進步，BIPV新產品還將不斷涌現，光伏系統的大規模應用，將促進其價格的進一步下降，光伏發電與建筑相結合將成為光伏應用最重要的領域之一，也將為越來越多的建筑師所接受并實際應用。龐大的建筑市場與蓬勃發展的光伏發電相結合的BIPV，是光伏系統的應用由偏遠農村地區進入城市的重要標志，有著廣泛的發展前景[4]。

6結語

隨著全世界能耗的不斷上升，濫用化石能源導致的環境污染日益嚴重，人類在應對經濟持續發展的同時，還要著重關注生態平衡的問題?？梢?，我國節能減排形勢嚴峻，發展太陽能尤其是大規模發展BIPV正當其時。我國BIPV市場潛力巨大，同時太陽能企業技術成熟、服務完善，大規模發展條件已經具備，時機已經成熟。統計顯示，未來五年僅中國市場城市建筑BIPV可應用面積將達17.9億平米，預計每年可發電約615億度，實現減排二氧化碳5200萬噸，相當于多種29億棵樹，減少1600萬輛汽車的尾氣排放，這將對改善我國能源消費結構、建設美麗中國具有積極意義。

參考文獻：

[1]張雪松.《太陽能光伏電板在建筑一體化中的應用》.

[2]左元準.《晶體矽太陽能電池》.

[3]龍文志.《光伏發電與建筑一體化》.

[4]楊洪興，周偉.《太陽能建筑一體化技術與應用》.