薄膜硅點支承光伏幕墻和光伏采光頂實際案例分析

孫 杰 劉廣斌 張遠南 陳大英 陳文華 漢能控股集團有限公司

?

薄膜硅點支承光伏幕墻和光伏采光頂實際案例分析

孫 杰 劉廣斌 張遠南 陳大英 陳文華 漢能控股集團有限公司

摘要：光伏建筑一體化作為分布式光伏發電的一種重要應用形式，廣受關注。通過一個既有工程改造項目，介紹了硅基薄膜光伏組件可以采用拼接方式滿足幕墻不同分格尺寸的要求，并通過光伏構件的結構優化，確保了構件的安全性、功能性以及支承孔對構件帶來的功率損失在可接受范圍內。另外，采光頂采用了不同顏色的大尺寸拼接光伏構件，實現了不同的視覺效果。此項目可對于不同分格尺寸的光伏幕墻尤其點支承光伏幕墻提供借鑒，同時可以通過改變光伏構件的顏色來實現建筑的不同視覺效果。

關鍵詞：點支承光伏幕墻；光伏采光頂；分格尺寸；硅基薄膜光伏構件

目前主要有兩種光伏應用形式：大型地面電站和分布式光伏電站，其中分布式電站由于具有不額外占用土地、分散接入電網以及就地消納等特點[1,2]，得到了國家的大力推廣。2015年3月國家能源局《關于下達2015年光伏發電建設實施方案的通知》中指出，2015年規劃全國新增光伏電站規模為17 800 MW，其中對分布式光伏發電項目不做建設規模的限制，由此可見國家對分布式光伏發電的扶持力度。

光大建筑一體（Building Integrated Photovoltaic，BIPV）作為分布式光伏發電[3]的一種重要應用形式，由于光伏構件集建筑材料和發電材料為一體，近年來取得了快速發展，尤其光伏幕墻和采光頂的應用，實際幕墻項目案例如圖1、圖2所示。但是光伏幕墻尚且存在一些問題，如安全可靠性、同幕墻分格尺寸匹配性、通風散熱、電氣布線等[4-6]，尤其對于大尺寸點支承薄膜光伏幕墻的實際案例還非常少。本文詳細介紹了一個大尺寸點支承薄膜光伏幕墻以及不同顏色光伏采光頂的BIPV實際案例，包括光伏構件的結構設計、電氣走線的優化、光伏系統配置以及發電量的預測，為BIPV的發展提供了一定的技術依據。

1 項目概況

漢能控股集團有限公司光伏連廊項目坐落于北京市，北京位于東經115.7°E～117.4°E，北緯39.4°N～41.6°N，年平均日照峰值小時數約為4 h，是太陽能輻照資源較豐富的地區之一。連廊東、西兩側立面安裝透光率為20%的光伏組件，光伏裝機容量約為11 kW；連廊頂部安裝透光率為20%的彩色光伏組件，光伏裝機容量約為8 kW。項目實際照片如圖3所示。

圖1　江蘇博魔鬼光伏幕墻項目

圖2　河北晶體硅光伏幕墻項目

a）幕墻內視圖

b）采光頂內視圖

圖3　點支承薄膜硅光伏幕墻

2 光伏組件制備

項目采用硅基薄膜光伏組件，為滿足分格尺寸要求和熱工性能要求，先將不同尺寸的電池芯片進行拼接，然后將其制作成中空結構。如立面幕墻光伏構件，采用兩種不同尺寸的6片電池芯片進行拼接并制成中空結構，整個光伏構件共采用4層玻璃，其中有3層尺寸為3376mm×1438mm×8mm的大片鋼化玻璃，第二層為6片3.2 mm厚的電池芯片。

光伏構件上共有6個玻璃支承孔，室內側孔直徑為45 mm，室外側孔直徑為40 mm，為保證支承孔處的電氣安全，對其進行雙道絕緣。首先在電池芯片孔位置處進行激光絕緣掃邊，然后當中空構件制備完成后，在孔的截面處采用絕緣性能好的硅膠進行二次絕緣。光伏構件的平面圖和截面圖如圖4a）和圖4b）所示。

光伏構件在制備過程中，通過3A級太陽能模擬器對其功率進行實時監測。打孔前電池芯片功率總和為312 W，打孔后功率下降到295 W（理論計算值為297 W），而將芯片封裝成構件后功率為292 W，相比于打孔芯片功率下降僅為1%左右，說明芯片間的電學參數一致性較好，并且匯流帶引入的串聯電阻也比較低，構件制備工藝控制良好。而光伏構件的功率相比于原始未打孔芯片的功率也僅下降6.4%左右，此功率損失對于這類特殊項目來說是完全可以接受的。

采光頂為了滿足不同的視覺效果采用了黃、橙、藍等不同顏色的大尺寸拼接光伏構件，其構件截面圖如圖5所示，同圖4b）相比，室內側為夾膠安全玻璃。由于采光頂采用隱框安裝方式，因此并未對光伏構件進行打孔。

圖4　光伏構件

圖5　光伏構件截面圖

4 安裝方式和電氣布線

光伏連廊立面幕墻采用點支承幕墻安裝方式，安裝節點橫向剖面圖如圖6a）所示。光伏連廊采光頂采用隱框幕墻安裝方式，安裝節點如圖6b）所示。按照玻璃幕墻工程技術規范[7]進行光伏構件的安裝。

為保證項目的安全性和美觀性，此項目對組件結構、安裝形式以及電氣布線進行了深入優化。立面幕墻光伏構件結構如圖4a）所示，其長邊方向上3片發電芯片并聯后通過同一個接線盒輸出，這樣只需在光伏構件的頂端出線即可，避免了本項目立面安裝時在構件間的膠縫中進行走線，安全性較高且便于安裝及日后維護。而采光頂由于采用隱框安裝方式，組件間的互聯只能通過膠縫走線。

對于線纜的敷設，在采光頂光伏構件和立面光伏構件之間采用鋁包板進行包封，電纜橋架隱蔽固定在有足夠存放空間的鋁包板內，當組件彼此間電氣連接后，通過預分支電纜進行匯流，匯流線通過50 mm×50 mm鋁合金橋架連接到逆變器的直流輸入端，電纜敷設示意圖如圖7所示。

5系統配置和發電量預測

立面光伏幕墻由于具有東、西兩個安裝方向，故采用具有兩路最大功率點跟蹤（Maximum Power Point Tracking， MPPT）的組串型光伏逆變器，逆變器功率為10 kW；連廊采光頂為了排水考慮，設置一個小坡度，同樣采用兩路MPPT組串型逆變器，逆變器功率為8 kW。具有多路MPPT的逆變器，可以對每路光伏組件進行功率跟蹤優化，提高光伏方陣的發電效率，十分適合應用在安裝朝向和安裝傾角比較復雜的BIPV項目。

項目配有監控顯示系統，可實時監控電站的光照強度、溫度、風速、直流電壓、直流電流、交流電壓、交流電流、并網功率、當日發電量、累計發電量等相關信息。

根據加拿大Retscreen軟件收集的氣象數據，北京地區東、西立面年平均輻照強度大約為2.5kWh/㎡/d，水平面年平均輻照強度大約為3.7kWh/㎡/d，預計此項目（19 kW光伏裝機量）平均每年大概發16 600 kWh，1 kW容量約可發2.4 kWh/d。

圖6　點支承光伏幕墻安裝方式

圖7　電纜敷設示意圖

6 結語

相比于大型地面光伏電站而言，BIPV具有不額外占用土地，即發即用等突出特點，將來會有更為廣闊的前景。本文重點介紹了通過拼接方式可以有效解決光伏構件同點支承幕墻分格尺寸的不匹配問題。另外，還介紹了可以通過改變光伏構件的顏色來實現建筑外觀的不同視覺效果。本項目的完成對于BIPV的推廣有一定的指導意義。

參考文獻

[1] 王凱.光伏建筑一體化探討及應用案例分析[J].電力與能源, 2014, 35(3): 378-380.

[2] 馬文生, 郝斌.光伏建筑一體化相關問題的探討[J].可再生能源, 2011, 29(1): 94-97.

[3] 邱喜蘭, 范宏武, 徐強, 等.上海市分布式光伏發電發展規劃研究[J].上海節能, 2014, 10: 11-15.

[4] 陳江恩, 孫杰, 馮博, 等.光伏建筑一體化項目不同安裝方式的案例分析[J].建筑節能, 2014, 42(4): 35-38.

[5] 李現輝, 郝斌.太陽能光伏建筑一體化工程設計與案例[M].北京: 中國建筑工業出版社, 2012.

[6] 董葉莉, 黃中偉.光伏建筑一體化結合形式的探討[J].建筑節能, 2013, 41(6): 34-36.

[7] JGJ 102-2003, 玻璃幕墻工程技術規范[S].

Case Study of Thin-Film Silicon Point Supported
Photovoltaic Curtain Wall and Photovoltaic Daylight Roof

Sun Jie, Liu Guangbin, Zhang Yuannan, Chen Daying, Chen Wenhua Hanergy Holding Group Limited

Abstract:Photovoltaic integrated architecture is one of the most important distributed photovoltaic power generation application, which obtains wide attention.The article introduces thin-film silicon photovoltaic module adopted to splicing method to meet different size of curtain wall through an existing renovation project.Through structure optimization of photovoltaic component, it ensures safety and functionality of photovoltaic component besides power loss is within the acceptable range caused by supporting hole to photovoltaic component.Otherwise, daylight roof applies large size splicing photovoltaic component with different color to realize different visual effect.The project provides reference to different split size photovoltaic curtain wall, especially its point supported photovoltaic curtain wall, meanwhile it could change photovoltaic component color to realize different visual effect.

Key words:Point Supported Photovoltaic Curtain Wall, Photovoltaic Daylight Roof, Split Size, Thin-Film Silicon Photovoltaic Component

[作者簡介]

DOI:10.13770/j.cnki.issn2095-705x.2016.03.004

孫杰：（1983-），男，碩士，工程師，主要從事光伏組件和光伏系統的設計、性能分析及應用等方面的研究。