光伏發電與建筑一體化應用實踐

郭均柳

摘 要：光伏玻璃幕墻是一種新型的生態建筑材料;可用于將雙層鋼化玻璃（特別是夾層玻璃）中的太陽能轉化為二氧化硅。本文通過對光伏發電和建筑一體化設計的研究;總結了項目設計中的幾個關鍵點，供業內人士參考。

關鍵詞：光伏發電與建筑一體化;幕墻設計

光伏玻璃幕墻產品可廣泛應用于建筑遮陽系統，建筑幕墻，光伏屋頂，光伏門窗等光伏發電。它還可用于偏遠山區，交通運輸，通信，氣象，軍事和其他部門，如電視中繼站，衛星地球站，微波中繼站，公路和鐵路信號燈，農業光伏系統，導航燈，燈塔。在國際上，太陽能電池在建筑物上的使用和光伏玻璃幕墻的制造的組合特別快，其市場發展前景非常看好。雖然這種新型生態建材-光伏玻璃幕墻的開發，生產和應用在中國起步較晚，美國光伏建筑計劃，歐洲百萬屋頂光伏計劃，朝日計劃日本和中國光明工程中國節能生態建材的開發和應用熱潮將啟動，這將極大地促進光伏建材的發展和推廣。

1 建筑節能和BIPV技術

建筑能耗（包括建筑能耗，能源消耗，如供暖和空調）約占總能耗的30%。此外，生產建筑材料所消耗的能源，與建筑能耗相關的能源消耗占社會總能耗的46-47%。據專業機構預測，如果我們能夠在全國實現50%的建筑節能，到2020年，我們可以控制建筑能耗7.54億噸標準煤，相當于英國和法國的能源消耗。

建筑節能消費中的可再生能源應用可以轉化為新能源的能源生產。是在關鍵領域和關鍵環節創造資源節約型和環境友好型社會。

目前，建筑節能最廣泛的應用是建筑集成光伏（BPV）技術，該技術將太陽能利用整合到建筑總體設計結構中，集成建筑，技術和美學，由這種集成的太陽能新安裝形式產生了建筑能源的新概念，是建筑節能技術的熱門研究課題。

2 國家能源政策和十一五規劃要求

據國際能源署稱，到本世紀末，太陽能發電將占總發電量的50%，這表明太陽能未來發展的重要性。中國政府的光伏發電政策給予了大力支持，并采取了相應的措施。

2.1 主要從事技術開發和支持示范，支持產業化項目，培育光伏市場和產業，實施非電光伏建設財政補貼，開展國際合作，促進市場發展。更重要的是，國家非常重視光伏機構。《中華人民共和國可再生能源法》明確支持光伏發電和離網光伏發電。與此同時，國家在十一五規劃（草案）中明確指出，到2010年，根據《可再生能源法》的實施，在十一五節能期間，中國的單位GDP能耗應減少20%和減排目標規劃期間，建設部和財政部就可再生能源在建筑中的應用提出了意見，指出促進可再生能源在建筑中的應用是為了宣傳僅僅是能源結構，是保障國家能源安全的重要措施，是實現兩種重要社會可持續發展的戰略措施。

2.2 光伏建筑一體化技術的定義是將太陽能（PV）產品整合到建筑中。該技術的應用是建筑一體化光伏發電，光伏建筑中的光伏（BIPV）與系統結構相連（BAPV：建筑附加光伏）。

它采用多項專利技術，解決了光伏組件的散熱問題和雙層玻璃組件的應力問題，同時保持了原有的建筑立面效果。

BIPV建筑屋頂的光伏照明，由多個多晶硅光伏模塊和雙支撐結構構成。光伏幕墻立面也是由多個多晶硅光伏模塊和支撐結構構成，數量上更多。太陽能電池板是建筑圍護結構的一部分，可以阻止風和雨，發電和遮陽。

在BAPV建筑物中，使用相同的太陽能電池模塊，并且太陽能電池模塊通過支架安裝在最初構造的屋頂上。卸下此BAPV建筑物上的PV模塊不會影響原始建筑物的基本功能。在建立BAPV系統之前，首先要考慮建筑物的結構應力及其對建筑風格的影響。并非所有建筑都適合BAPV系統，大型BAPV項目施工只能經有關部門批準后進行。

3 BIPV建筑設計問題

3.1 機械性能

普通的光伏組件，需要通過IEC61215的認證，可以滿足130公里/小時（2400帕）和25毫米直徑23米/秒的電阻抗沖擊要求.PV模塊用作幕墻板和照明屋頂板不僅滿足光伏組件的性能要求，而且滿足幕墻試驗和施工安全性能要求，因此需要更高的機械性能和不同的結構。例如，尺寸為1200 mm x 530 mm的典型光伏組件通常使用3.2 mm厚的鋼化超白玻璃和鋁框架，以滿足應用要求。但是，在BIPV建筑物中不同尺寸，不同地板高度和不同安裝方法對玻璃的機械性能要求可能完全不同。通過嚴格計算，在CSG塔外部的圓形雙層幕墻中使用的部件是兩個PV模塊，6mm厚的回火超白玻璃層壓板

3.2 建筑美學

BIPV建筑是首要的是建筑物，這是建筑師的杰作。它猶如音樂家的音樂，畫家的畫作，而燈光是建筑的靈魂，因此建筑對光影有很高的要求。然而，傳統光伏模塊中使用的大多數玻璃是布圖案的超白鋼化玻璃，并且布具有磨砂玻璃以阻擋視線。如果BIPV組件安裝在建筑物的觀光區域，則該位置需要透明。這時，雙層玻璃單元由光滑的超白鋼化玻璃制成，以滿足建筑物的功能。同時，為了節省成本，面板背面的玻璃可以由普通的光滑鋼化玻璃制成。建筑物成功的關鍵在于建筑物的外觀，很小的瑕疵都是無法接受的。然而，傳統光伏模塊的分線盒通常粘在面板的后面，同時接線盒體積很大，很容易破壞建筑物的整體協調對建筑師而言通常是不被接受的。因此，BIPV建筑將接線盒做隱藏式設計，或直接取消使用，通過其他方式，將旁路二極管和連接電線隱藏在幕墻結構中，同時該種方式也可防止電氣元件受到陽光直射和雨水淋浸。

3.3 結構和電氣性能匹配

建筑在設計之初就考慮BIPV時，有必要考慮BIPV本身的電壓和電流是否有利于光伏系統設備的選擇。建筑物的外觀包括不同尺寸和形狀的幾何形狀，會導致不同電壓的光伏組串，或者不同的電流。設計師可以考慮拆分和調整建筑物立面的網格，使BIPV組件更接近標準組件的電氣性能，也可考慮使用不同大小的單元來滿足網格要求，以最大限度地提高建筑滿意度。

3.4 隔熱和隔音

傳統的光伏組件一般簡單地安裝在建筑物或支撐組件中，并且結構均勻。而BIPV組件的使用通常會給房間帶來大量的熱量，導致能耗與節能之間的矛盾，不符合建筑的隔熱要求。采用CSG幕墻形式的雙循環系統，光伏組件可以制成中空的低發射率玻璃，達到隔熱、隔音效果。

3.5 照明效率

為了提高建筑照明效率，普通光伏模塊將電池間距減小到2到5毫米。而在BIPV組件中，有必要考慮室內照明要求，應將單元間距調節至約25mm，以使模塊的透射率約為30%。

3.6 易于安裝

BIPV光伏組件作為建筑物的一部分，比傳統組件需要更高的安裝要求，并且困難得多。通常，BIPV部件具有高安裝高度和小安裝空間。考慮到安裝的方便性，BIPV光伏組件可以以單元式幕墻的形式輕松拆卸，易于安裝，提高了安裝精度。

4 結論

BIPV建筑設計應首先考慮建筑物的安全性，然后考慮優化系統以產生更多電力，同時確保安全。本文僅提到了BIPV應用程序中的一些問題，并且有許多問題需要一起探索和研究。

參考文獻

[1]仇保興中國建筑節能模式的創新[R]，智能與綠色建筑文集4m第四屆國際智能.綠色建筑與建筑節能大會，中國建筑工業出版社，1223.