光伏建筑一体化技术与应用-5页--深圳土木与建筑杂志_概要

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０引言

在世界市场的拉动下，我国光伏产业近年来发展迅速，我国太阳能电池组件年产量由世界份额的１％发展到２００５年的８％，仅次于日本、欧洲，已成为世界光伏产业发展最快的国家之一［１］，为世界瞩目。

目前，全世界大约６０％的太阳能电池用于并网发电系统，且主要用于城市的建筑与光伏系统的结合，即光伏建筑一体化（ＢＩＰＶ）［１］。光伏发电与建筑相结合是目前世界上大规模利用光伏技术发电的研发热点。在我国，ＢＩＰＶ尚处于示范阶段，随着《中华人民共和国可再生能源法》于２００６年１月１日的施行，将大大地推动我国光伏发电与建筑的结合。加强ＢＩＰＶ技术研发，促进光伏产品在建筑外围护上的应用，是光伏行业、建筑幕墙行业推动可再生能源在建筑上应用的新课题。

１光伏系统原理与应用

１．１光伏电池

光伏电池是将太阳能转换成电能的转换器。其发电原理是光生伏打效应，即太阳光照射到电池上时，电池吸收光能，产生光生电子－空穴对，在电池内建电场的作用下，光生电子与空穴被分离形成电压。

光伏电池多为半导体材料制造，目前应用最多的是硅太阳能光伏电池。而硅太阳能电池中，对２００４年全世界生产和应用硅太阳电池情况统计显

示：多晶硅占５６％，单晶硅占２９％，非晶硅占５％，带硅电池３％，薄膜电池占７％［１］。数据表明目前光伏发电的应用主要还是多晶硅与单晶硅产品。１．２光伏发电系统

太阳能电池单体是光伏转换的最小单元，工作电压约为０．４５～０．５Ｖ，一般不能单独作为电源使用。为了便于使用，将太阳能电池单体进行串并联并封装

后形成可以单独作为电源的单元组件，也称为光伏组件。为满足负载所要求的输出功率，将光伏组再经过串并联就形成了具有一定输出功率的光伏方阵或太阳能阵列。如图１。

【摘要】随着《中国可再生能源法》的实施，光伏建筑一体化（ＢＩＰＶ）作为可再生能源在建筑上的应用技术受到广泛关注。文章通过对光伏建筑一体化应用技术的论述，就正确认识理解和应用光伏建筑一体化技术提出了自已的见解，供同行参考。【关键词】可再生能源光伏系统光伏建筑一体化光电幕墙

光伏建筑一体化技术与应用

谢士涛

（中国南玻集团幕墙及光伏工程有限公司）

谢士涛，男，中国南玻集团幕墙及光伏工程有限公司，高级工程师地址：深圳市南山区蛇口工业大道中２号南玻科技大厦１０楼邮编：５１８０６７电话：２６６８１５０６Ｅ－ｍａｉｌ：ｘｉｅｓｔ＠１２６．ｃｏｍ

由于太阳能光伏方阵所产生的电压为直流电压，且受到太阳光强度的太小而变化。为了得到稳定的可供常规交流负载使用的交流电，通常采用控制器、逆变器、蓄电池等形成稳定的光伏发电系统。如图２ａ、２ｂ。

光伏发电系统主要有两种形式。一种为独立光伏供电系统，由光伏方阵、控制器、蓄电池、逆变器、交流负载组成独立的供电系统；另一种为并

网光伏供电系统，由光伏方阵、控制器、并网逆

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变器组成并网发电系统，将电能直接输入公共电网。这两种系统中，并网光伏系统是太阳能光伏应用的主要形式。

２光伏建筑一体化（ＢＩＰＶ）的概念与分类

２．１概念

太阳能光伏建筑一体化ＢＩＰＶ（ＢｕｉｌｄｉｎｇＩｎｔｅ－ｇｒａｔｅｄＰｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃｓ），是应用太阳能发电的一种新概念，简单地讲就是将太阳能光伏发电方阵安装在建筑的维护结构外表面来提供电力。由于光伏方阵与建筑的结合不占用额外的地面空间，是光伏发电系统在城市中广泛应用的最佳安装方式，因而倍受关注。２．２分类

根据光伏方阵与建筑结合形式的不同，ＢＩＰＶ可分为两大类：一类是光伏方阵与建筑的结合。将光伏方阵依附于建筑物上，建筑物作为光伏方阵载体，起支承作用（如图３光伏方阵与墙面的结合，图４光伏方阵与屋面的结合）。另一类是光伏方阵与建筑的集成。光伏组件以一种建筑材料的形式出现，光伏方阵成为建筑不可分割的一部分。如光电瓦屋顶、光电幕墙和光电采光顶等。如图５～７

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光伏方阵与建筑的结合是一种常用的ＢＩＰＶ形式，特别是与建筑屋面的结合。光伏方阵与建筑的集成是ＢＩＰＶ的一种高级形式，它对光伏组件的要求较高。光伏组件不仅要满足光伏发电的功能要求同时还要兼顾建筑的基本功能要求。

３光伏建筑一体化（ＢＩＰＶ）对光伏方阵与光伏组件的要求

３．１影响光伏发电的因素

简单地讲，影响光伏发电的有两个方面。一是光伏组件可能接受到的太阳能，二是光伏组件的本身的性能。

由于太阳能发电的全部能量来自于太阳，因而太阳能电池方阵所能获得的辐射量决定了它的发电量。而太阳辐射量的多少与太阳高度、地理纬度、海拨高度、大气质量、大气透明度、日照时间等有关［２］。一年当中四季的变化，一天当中时间的变化，到达地面的太阳辐射直散分量的比例，地表面的反射系数等因素都会影响太阳能的发电，但这些因素对于具体建筑而言是客观因素几乎只能被动选择。对于光伏组件而言，光伏方阵的倾角、光伏组件的表面清洁度、光伏电池的转换率、光伏电池的工作环境状态等是我们在设计过程中应该考虑的。３．２ＢＩＰＶ对光伏方阵的布置要求

对于某一具体位置的建筑来说，与光伏方阵结合或集成的屋顶和墙面，所能接受的太阳辐射是一定的。为获得更多的太阳能，光伏方阵的布置应尽可能地朝向太阳光入射的方向，如建筑的南面、西南、东南面等。

３．３ＢＩＰＶ对光伏组件的要求

ＢＩＰＶ将太阳能光伏组件作为建筑的一部分，对建筑物的建筑效果与建筑功能带来一些新的影响。作为与建筑结合或集成的建筑新产品，ＢＩＰＶ对光伏组件提出了如下新的要求。３．３．１颜色与质感

用于ＢＩＰＶ的光伏组件，由于其安装朝向与部位的要求，在不可能作为建筑外装饰的主要材料的前提下，光伏组件的颜色与质感需与整座建筑协调。３．３．２强度与抗变形的能力

当光伏组件与建筑集成使用时，光伏组件是一种建筑材料，作为建筑幕墙或采光屋顶使用，因此需满足建筑的安全性与可靠性需要。光伏组件的玻璃需要增厚，具有一定的抗风压能力。同时光伏组件也需要有一定的韧性，在风荷载作用时能有一定的变形，这种变形不会影响到光伏组件的正常工

作。

３．３．３透光率

在光伏组件与建筑集成使用时，如光电幕墙和光电采光顶，通常对它的透光性会有一定要求。这对于本身不透光的晶体硅太阳电池而言，在制作组件时采用双层玻璃封装，同时通过调整电池片之间的空隙来调整透光量。３．３．４尺寸和形状

目前市场上大部分的光伏组件的为用于光伏电站和与光伏电子产品配套，规格相对比较单一，不能适应建筑多样化与个性化的要求。用于ＢＩＰＶ的光伏组件，需要结合建筑的不同要求，进行专门的设计与生产。

４光伏建筑一体化（ＢＩＰＶ）的主要形式

从光伏方阵与建筑墙面、屋顶的结合来看，主要为屋顶光伏电站和墙面光伏电站。而光伏组件与建筑的集成来讲，主要有光伏幕墙、光伏采光顶、光伏遮阳板等形式。目前光伏建筑一体化主要有八种形式，如表１。

５光伏建筑一体化ＢＩＰＶ的设计

５．１设计原则

光伏建筑一体化是光伏系统依赖或依附于建筑的一种新能源利用形式，其主体是建筑，客体是光伏系统。因此，ＢＩＰＶ设计应以不损害和影响建筑的效果、结