BIPV技术设计与应用课程培训
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差。
中空玻璃幕墙发电情况达到了预期的效果。
兆瓦级BIPV系统发电量理论与实际对比
理 论 与 实 际 基 本 符 合 ， 总 发 电 量 为 13.9 万 kWh , 理 论 发 电 量 为 68373.1kWh ,实际发电量为65246.8kWh ,差别为4.5% , 2010年2 月份， 理论发电量为7316L6kWh ,实际发电量为66252.8kWh ,差别 为9.4% 0
3） 建筑隔热隔音要求
昔通光伏组件一般只有4mm厚，这种组件作为BIPV组件来使 用往
往会将大量的热量带人室内，同时也不能满足隔音的要求。 这时可
以将普通光伏组件做成中空Low-E隔音节能玻璃,这样既 能隔热又能
隔音，但技术上的难题有待解决。
/
4 ) BIPV组件电学性能与建筑结构的配合
在设计BIPV建筑时要考虑电池板本身的电压、电流是否方 便光 伏系统设备选型。比如在光电幕墙设计时，可以考虑调整 分隔， 使BIPV组件接近标准组件电学性能。另外，也可以采 用不同尺寸 的电池片来满足分隔的要求。另外，还可以将少数 边角上的电池 片不连接如电路，一满足电学要求。
5 ) BIPV组件应安装、维护方便
BIPV光伏组件的安装要比昔通组件的安装难度大很多。一般BIPV 组件安装高度较高、安装空间较小。考虑到安装方便，可以将光伏 组件和结构做成单元式结构，方便安装提高安装精度。比如可以采 用单元式光电幕墙代替明框幕墙和隐框幕墙。
光伏瓦
光伏遮阳组件
电池受光面
PV-LED ―体化组件
屋面钢桁架 下层功能性屋面
世博中心
重 丰
i 装机容量约1MW
主
——f —
No.880, Ziyue Road, Minhang District, Shanghai 200241 Tel: +86-21-61679880 Fax: +86-21-61212753
・与屋顶的一体化应用 ・与墙的一体化应用 ・与遮阳装置的一体化应用 ・其它光伏建筑构件一体化应用
与屋顶的一体化应用
荷兰Lafarge公司
光伏瓦
与墙的一体化应用
与遮阳装置的一体化设计
其它光伏建筑构件
四.BIPV组件及系统技术
光伏幕墙组件
光伏玻璃幕墙组件两片玻璃必须是钢化玻璃，向光的一面必须是超白钢化玻璃；
经过近三个月的运行，兆瓦级BIPV发电系统较好的达到了预期的效果。
世博BIPV应用
v中国馆BIPV应用 v主题馆BIPV应用 v世博中心BIPV应用
•上海世博会太阳能的应用特点:
,规模大 /形式多样 ,技术新颖
中国馆
装机容量0.3MW
Wlfti AJ郦透视UH
主题馆
装机容量约 2.8MW
柱楼板 上层屋面太阳能电池组件
簇 4O 2O
口理论计算发电最 ■实际发电量
0
09年11月份09年12月份10年1月份10年2月份 至10年3.10
理论与实际基本符合，平均差别在5%以内，其中最大的差别为2010年2月份
差别为6.4% ,最小的差别为2009年12月份，差别为2%。
理论发电值总是大于实际发电值，说明理论模型中，部分参数取值存在 偏
，兆瓦级BIPV系统
光伏遮阳系统
S R
□将太阳能光伏技术与传 统 的遮阳装置结合在一 起的 新型光伏建筑构件。
玻璃幕墙系统
PV-LED泰统
柔性薄膜系统
/
屋顶光伏系统
车棚光伏系统
光伏逆变、控制系统
3KW光伏玻璃幕墙系统发电量理论与实际对比
w n6Q 4O
o 12O 0Q
nn 8O n6Q
一、概述
井网应用，直接并入电网,城市采用建 筑一体化方式（BIPV ）,既不影响建筑 美观，又成为建筑的一部分，也可直接 做为建材，以降低整体造价，在城市土 地紧张，太阳能又属于低密度能源，需 要用面积来达到一定功率，采用BIPV可 提高土地利用率，
•建筑能耗占全社会终端能耗的27.8% ;
发电上网方便，不需要架设输电线路 无需额外占地或加建其他设施，可以安装在任 光伏和电网同时给负载供电，增加供电的可靠 无废弃物排放，不消耗任何燃料、水，不会给
电池片可以是单晶硅,多晶硅.非晶硅的一种。中间的胶片可以是EVA或者
1）光伏玻璃幕墙组件美学要求
应满足建筑物对光影要求
□如果BIPV组件安装在大楼的观光处，需要光线通透，采用光 面 超白钢化玻璃制作双面玻璃组件，用来满足建筑物的功能。
□ 在BIPV组件中，要考虑到室内的采光要求，这时要调整电池 片间距到25mm左右，使组件的透光率在30%左右。
Glass
BIPV组件及系统发展趋势
v大尺寸、多样化 V柔性化 V模块化 V集成化:单逆变组件、光伏-光热复用
构件 V多点接入微网及其控制技术；
柔性化
美国Konarka公
柔性化
»支架结构 卜接线盒 »引线 »方便安装 »可靠性高
模块化
＞遮挡问题？ ＞异形组件电气连接?
直流模块式BIPV组件
BAPV Building Attached PV
BIPV Building Integrated PV
完美和谐是设计的目标
与建筑结合的太阳电池组件所应具有的功能
Solar Electricity
Design
All the benefits of glass plus integrated solar power
定最优的组件朝向及倾角
(3)考虑组件的通风，尽量保证通风良好
(4)根据建筑形态及组件尺寸确定排布方案及并网形式
□计算每一个方向可以安装的组件总数及排列方式每组串联数 口 一般一个朝向对应一路逆变，以提高逆变效率
(5)合理设计尽量减少电缆长度
温度影响因素
对于不同的日照条件、气候条件和 安装方式，电池板的表面温度也不同， 在空气流通的室外，温度可以达到 50X-80X,对于晶体硅电池，由于 存在 热斑效应，有时局部温度能达到 200cCo电池片的温度会使中空玻璃空 腔内的空气过度膨胀，当夜晚没有日照 时，随着电池片温度的降低，腔体内的 空气也会降温收缩。这样，中空玻璃始 终处于高低温交变的条件下，会使密封 材料寿命大大缩短，造成中空玻璃密封 失效，甚至玻璃炸裂。
VV
临
有
nW .淋
B _ p
a
霎 弟
v 监
s
®
阙
春
»
}
舟
最
燃
画
硼
主要影响因素
在检查200个1000W屋顶光伏系统中发现的缺点和不足
说明案
1. 多晶硅光伏组件 《总功率544 05kW）
2. 单晶硅光伏组件 《总功率110捋0
3. 中空光伏.玻璃幕墙组 件（总功率51. 75kW）
4. 光伏遮阳组件 f总功率2Q 79WJ
中空双玻璃光伏组件各部位的温度关系为:向光面 > 中空层 > 背光
面 在温度较高的地区，中空双玻璃光伏组件比普通双玻璃光伏组
件少产 生8%左右的电能
光伏玻璃幕墙组件热性能研究
电气连接方式
/标准太阳电池组件的接线盒是放在组件背后; •与建筑结合的太阳电池组件：接线盒放在太阳电池组件的侧面。
i —
三、BIPV应用形式
■形状 •尺寸 •形变：弯曲的或柔性的太阳电池组件
•晶体硅太阳电池:圆形或方形的硅片；
•薄膜太阳电池:在玻璃或其它材料的衬底上沉 积（非晶硅、CIS, CdTe ）
.复合型太阳电池（Sanyo, J）:硅材料衬底上
沉 积非晶硅薄膜。
__
iiiii sssaB iiiB I.I』
j||i| 'HiIIIII iii iii iiii
v q n o =
p s J o d a l
Fig. 11: Modules at Fraunhofer ISE after 11 years of operation.
＞在屋顶安装的系统组件污染对功率输出的影响在 2%以下
＞较严重的污染使得系统功率输出减少高达18%
组件沾污
Fig. 17: SOLRIF® module with a 3/4 frame (ewz).
Thermal Insulation
Shade
Glass
•美观性:光学要求.颜色.形状质感.透光率 •结构性：尺寸和形状.承压.防雨.隔音.隔热等 •安全性:电性能安全.结构可靠.避雷及接地保护
功能性:温度和通风要求，防热斑，方便安装等
安装前
安装后
安装方式
附加的特性： •太阳电池与建筑结合后还具有最为重要的特性----发电。 •传统的建筑材料被太阳电池组件替代后还具有独特的光学效果。・
普通光伏组件，只要通过IEC61215的检测，满足抗 130km/h（ 2z400Pa）风压和抗25mm直径冰雹23m/s的冲击的要求。 光伏玻璃幕 墙组件不仅需要满足光伏组件的性能要求，同时要满足 幕墙的三性实
验要求（风压变形性能、雨水渗透能力、空气渗透性I 能）和建筑物安
全性能要求，因此需要有更高的力学性能和采用不 同的结构方式。
与建筑物的外观效果相协调
□昔通光伏组件的接线盒一般粘在电池板背面，接线盒较大，很 容易破坏建筑物的整体协调感，通常不为建筑师所接受，因此 BIPV建筑中要求将接线盒省去或隐藏起来。
□普通光伏组件的连接线一般外露在组件下方，BIPV建筑中光 伏 组件的连接线要求全部隐藏在幕墙结构中。
2） 光伏幕墙组件结构性要求
光伏玻璃幕墙组件不仅需要满足光伏组件的性能要求同时要满足幕墙的三性实验要求风压变形性能雨水渗透能力空气渗透性i能和建筑物安全性能要求因此需要有更高的力学性能和采用不同的结构方式
概述 BIPV系统设计 BIPV应用形式 BIPV组件及系统技术 兆瓦级BIPV系统案例
主要内容
太阳琵并网电站拓扑图
生活带来不便。
各种晶体硅太阳电池效率:14% - 23%
■ '- CIS: 9% ■ amourphous silicon : 5% -
(1)考虑建筑物的周边环境，尽量避开或远离遮荫物。
-对于晶体硅太阳电池，很 小 的遮挡就会弓起很大的 功奉 损失;
-遮挡对于薄膜电池的影响 要 小得多。
(2)兼顾建筑物的前提下, 确
I
Glass
S-165D
＞并网逆变器失效 ＞光伏建筑一体化组件 ＞光伏组件的安装,结构 ＞直流设备（开关，电缆，过压保护电路）
Fig 1: Failures by main component as rtpcclX by system ovms under »1000-RoofsProgfamme« (Erge et al. 1998).
集曾式系统 •式系统 多串K系统
光伏光热复用构件集成
PV-LED—体化集成化
光伏与保温材料一体化集成 光伏与电致变色一体化集成
ITO ttectrochfomc WO,
ton conductor UAIF4
Ion raateri^ U^V^O, |Hypc»&C:K yc2C：H
Zyp«・SiC：H
<
S U J S S A S
0 2
右
d
Fig: 2: Failures by main component as reported by the system owners under the »Subskiy
sProgram for x (Nishikawa 2000).
5. 透光光伏幕墙组件 （总功率 236. 16kW
）
6. 防水型光伏组件 （总功率2& 875kW）
r.大功率光伏组件
（总功率32.410
8. PV-LED蛆件 （总;功率0.湖，
9一非晶硅柔性薄.膜光伏组 件 〔总功率2. 992kW）
总g L02MW
五、兆瓦级BIPV系统案例
上海太阳能工程技术研究中心
中空玻璃幕墙发电情况达到了预期的效果。
兆瓦级BIPV系统发电量理论与实际对比
理 论 与 实 际 基 本 符 合 ， 总 发 电 量 为 13.9 万 kWh , 理 论 发 电 量 为 68373.1kWh ,实际发电量为65246.8kWh ,差别为4.5% , 2010年2 月份， 理论发电量为7316L6kWh ,实际发电量为66252.8kWh ,差别 为9.4% 0
3） 建筑隔热隔音要求
昔通光伏组件一般只有4mm厚，这种组件作为BIPV组件来使 用往
往会将大量的热量带人室内，同时也不能满足隔音的要求。 这时可
以将普通光伏组件做成中空Low-E隔音节能玻璃,这样既 能隔热又能
隔音，但技术上的难题有待解决。
/
4 ) BIPV组件电学性能与建筑结构的配合
在设计BIPV建筑时要考虑电池板本身的电压、电流是否方 便光 伏系统设备选型。比如在光电幕墙设计时，可以考虑调整 分隔， 使BIPV组件接近标准组件电学性能。另外，也可以采 用不同尺寸 的电池片来满足分隔的要求。另外，还可以将少数 边角上的电池 片不连接如电路，一满足电学要求。
5 ) BIPV组件应安装、维护方便
BIPV光伏组件的安装要比昔通组件的安装难度大很多。一般BIPV 组件安装高度较高、安装空间较小。考虑到安装方便，可以将光伏 组件和结构做成单元式结构，方便安装提高安装精度。比如可以采 用单元式光电幕墙代替明框幕墙和隐框幕墙。
光伏瓦
光伏遮阳组件
电池受光面
PV-LED ―体化组件
屋面钢桁架 下层功能性屋面
世博中心
重 丰
i 装机容量约1MW
主
——f —
No.880, Ziyue Road, Minhang District, Shanghai 200241 Tel: +86-21-61679880 Fax: +86-21-61212753
・与屋顶的一体化应用 ・与墙的一体化应用 ・与遮阳装置的一体化应用 ・其它光伏建筑构件一体化应用
与屋顶的一体化应用
荷兰Lafarge公司
光伏瓦
与墙的一体化应用
与遮阳装置的一体化设计
其它光伏建筑构件
四.BIPV组件及系统技术
光伏幕墙组件
光伏玻璃幕墙组件两片玻璃必须是钢化玻璃，向光的一面必须是超白钢化玻璃；
经过近三个月的运行，兆瓦级BIPV发电系统较好的达到了预期的效果。
世博BIPV应用
v中国馆BIPV应用 v主题馆BIPV应用 v世博中心BIPV应用
•上海世博会太阳能的应用特点:
,规模大 /形式多样 ,技术新颖
中国馆
装机容量0.3MW
Wlfti AJ郦透视UH
主题馆
装机容量约 2.8MW
柱楼板 上层屋面太阳能电池组件
簇 4O 2O
口理论计算发电最 ■实际发电量
0
09年11月份09年12月份10年1月份10年2月份 至10年3.10
理论与实际基本符合，平均差别在5%以内，其中最大的差别为2010年2月份
差别为6.4% ,最小的差别为2009年12月份，差别为2%。
理论发电值总是大于实际发电值，说明理论模型中，部分参数取值存在 偏
，兆瓦级BIPV系统
光伏遮阳系统
S R
□将太阳能光伏技术与传 统 的遮阳装置结合在一 起的 新型光伏建筑构件。
玻璃幕墙系统
PV-LED泰统
柔性薄膜系统
/
屋顶光伏系统
车棚光伏系统
光伏逆变、控制系统
3KW光伏玻璃幕墙系统发电量理论与实际对比
w n6Q 4O
o 12O 0Q
nn 8O n6Q
一、概述
井网应用，直接并入电网,城市采用建 筑一体化方式（BIPV ）,既不影响建筑 美观，又成为建筑的一部分，也可直接 做为建材，以降低整体造价，在城市土 地紧张，太阳能又属于低密度能源，需 要用面积来达到一定功率，采用BIPV可 提高土地利用率，
•建筑能耗占全社会终端能耗的27.8% ;
发电上网方便，不需要架设输电线路 无需额外占地或加建其他设施，可以安装在任 光伏和电网同时给负载供电，增加供电的可靠 无废弃物排放，不消耗任何燃料、水，不会给
电池片可以是单晶硅,多晶硅.非晶硅的一种。中间的胶片可以是EVA或者
1）光伏玻璃幕墙组件美学要求
应满足建筑物对光影要求
□如果BIPV组件安装在大楼的观光处，需要光线通透，采用光 面 超白钢化玻璃制作双面玻璃组件，用来满足建筑物的功能。
□ 在BIPV组件中，要考虑到室内的采光要求，这时要调整电池 片间距到25mm左右，使组件的透光率在30%左右。
Glass
BIPV组件及系统发展趋势
v大尺寸、多样化 V柔性化 V模块化 V集成化:单逆变组件、光伏-光热复用
构件 V多点接入微网及其控制技术；
柔性化
美国Konarka公
柔性化
»支架结构 卜接线盒 »引线 »方便安装 »可靠性高
模块化
＞遮挡问题？ ＞异形组件电气连接?
直流模块式BIPV组件
BAPV Building Attached PV
BIPV Building Integrated PV
完美和谐是设计的目标
与建筑结合的太阳电池组件所应具有的功能
Solar Electricity
Design
All the benefits of glass plus integrated solar power
定最优的组件朝向及倾角
(3)考虑组件的通风，尽量保证通风良好
(4)根据建筑形态及组件尺寸确定排布方案及并网形式
□计算每一个方向可以安装的组件总数及排列方式每组串联数 口 一般一个朝向对应一路逆变，以提高逆变效率
(5)合理设计尽量减少电缆长度
温度影响因素
对于不同的日照条件、气候条件和 安装方式，电池板的表面温度也不同， 在空气流通的室外，温度可以达到 50X-80X,对于晶体硅电池，由于 存在 热斑效应，有时局部温度能达到 200cCo电池片的温度会使中空玻璃空 腔内的空气过度膨胀，当夜晚没有日照 时，随着电池片温度的降低，腔体内的 空气也会降温收缩。这样，中空玻璃始 终处于高低温交变的条件下，会使密封 材料寿命大大缩短，造成中空玻璃密封 失效，甚至玻璃炸裂。
VV
临
有
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B _ p
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霎 弟
v 监
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阙
春
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舟
最
燃
画
硼
主要影响因素
在检查200个1000W屋顶光伏系统中发现的缺点和不足
说明案
1. 多晶硅光伏组件 《总功率544 05kW）
2. 单晶硅光伏组件 《总功率110捋0
3. 中空光伏.玻璃幕墙组 件（总功率51. 75kW）
4. 光伏遮阳组件 f总功率2Q 79WJ
中空双玻璃光伏组件各部位的温度关系为:向光面 > 中空层 > 背光
面 在温度较高的地区，中空双玻璃光伏组件比普通双玻璃光伏组
件少产 生8%左右的电能
光伏玻璃幕墙组件热性能研究
电气连接方式
/标准太阳电池组件的接线盒是放在组件背后; •与建筑结合的太阳电池组件：接线盒放在太阳电池组件的侧面。
i —
三、BIPV应用形式
■形状 •尺寸 •形变：弯曲的或柔性的太阳电池组件
•晶体硅太阳电池:圆形或方形的硅片；
•薄膜太阳电池:在玻璃或其它材料的衬底上沉 积（非晶硅、CIS, CdTe ）
.复合型太阳电池（Sanyo, J）:硅材料衬底上
沉 积非晶硅薄膜。
__
iiiii sssaB iiiB I.I』
j||i| 'HiIIIII iii iii iiii
v q n o =
p s J o d a l
Fig. 11: Modules at Fraunhofer ISE after 11 years of operation.
＞在屋顶安装的系统组件污染对功率输出的影响在 2%以下
＞较严重的污染使得系统功率输出减少高达18%
组件沾污
Fig. 17: SOLRIF® module with a 3/4 frame (ewz).
Thermal Insulation
Shade
Glass
•美观性:光学要求.颜色.形状质感.透光率 •结构性：尺寸和形状.承压.防雨.隔音.隔热等 •安全性:电性能安全.结构可靠.避雷及接地保护
功能性:温度和通风要求，防热斑，方便安装等
安装前
安装后
安装方式
附加的特性： •太阳电池与建筑结合后还具有最为重要的特性----发电。 •传统的建筑材料被太阳电池组件替代后还具有独特的光学效果。・
普通光伏组件，只要通过IEC61215的检测，满足抗 130km/h（ 2z400Pa）风压和抗25mm直径冰雹23m/s的冲击的要求。 光伏玻璃幕 墙组件不仅需要满足光伏组件的性能要求，同时要满足 幕墙的三性实
验要求（风压变形性能、雨水渗透能力、空气渗透性I 能）和建筑物安
全性能要求，因此需要有更高的力学性能和采用不 同的结构方式。
与建筑物的外观效果相协调
□昔通光伏组件的接线盒一般粘在电池板背面，接线盒较大，很 容易破坏建筑物的整体协调感，通常不为建筑师所接受，因此 BIPV建筑中要求将接线盒省去或隐藏起来。
□普通光伏组件的连接线一般外露在组件下方，BIPV建筑中光 伏 组件的连接线要求全部隐藏在幕墙结构中。
2） 光伏幕墙组件结构性要求
光伏玻璃幕墙组件不仅需要满足光伏组件的性能要求同时要满足幕墙的三性实验要求风压变形性能雨水渗透能力空气渗透性i能和建筑物安全性能要求因此需要有更高的力学性能和采用不同的结构方式
概述 BIPV系统设计 BIPV应用形式 BIPV组件及系统技术 兆瓦级BIPV系统案例
主要内容
太阳琵并网电站拓扑图
生活带来不便。
各种晶体硅太阳电池效率:14% - 23%
■ '- CIS: 9% ■ amourphous silicon : 5% -
(1)考虑建筑物的周边环境，尽量避开或远离遮荫物。
-对于晶体硅太阳电池，很 小 的遮挡就会弓起很大的 功奉 损失;
-遮挡对于薄膜电池的影响 要 小得多。
(2)兼顾建筑物的前提下, 确
I
Glass
S-165D
＞并网逆变器失效 ＞光伏建筑一体化组件 ＞光伏组件的安装,结构 ＞直流设备（开关，电缆，过压保护电路）
Fig 1: Failures by main component as rtpcclX by system ovms under »1000-RoofsProgfamme« (Erge et al. 1998).
集曾式系统 •式系统 多串K系统
光伏光热复用构件集成
PV-LED—体化集成化
光伏与保温材料一体化集成 光伏与电致变色一体化集成
ITO ttectrochfomc WO,
ton conductor UAIF4
Ion raateri^ U^V^O, |Hypc»&C:K yc2C：H
Zyp«・SiC：H
<
S U J S S A S
0 2
右
d
Fig: 2: Failures by main component as reported by the system owners under the »Subskiy
sProgram for x (Nishikawa 2000).
5. 透光光伏幕墙组件 （总功率 236. 16kW
）
6. 防水型光伏组件 （总功率2& 875kW）
r.大功率光伏组件
（总功率32.410
8. PV-LED蛆件 （总;功率0.湖，
9一非晶硅柔性薄.膜光伏组 件 〔总功率2. 992kW）
总g L02MW
五、兆瓦级BIPV系统案例
上海太阳能工程技术研究中心