太阳能光伏建筑一体化应用现状及发展趋势

太阳能光伏建筑一体化应用现状及发展趋势

发表时间：2019-07-24T10:00:52.640Z 来源：《基层建设》2019年第9期作者：李伟

[导读] 摘要：近年来，在可再生能源建筑应用示范政策的带动下，太阳能建筑一体化作为可再生能源建筑应用的重要方式之一，发展迅速，规模逐步增加。

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摘要：近年来，在可再生能源建筑应用示范政策的带动下，太阳能建筑一体化作为可再生能源建筑应用的重要方式之一，发展迅速，规模逐步增加。太阳能光伏发电与建筑一体化是应用太阳能发电的一种新概念，在建筑为维护结构外表铺设光伏阵列提供发电。本文给出了光伏建筑一体化（BIPV）的定义，分析了BIPV设计中的问题。

关键词：光伏建筑一体化设计；BIPV的定义；太阳能光伏发电系统

引言：

随着1997年《京都议定书》的正式生效，如何保护环境已成为全球最强的呼声。中国作为发展中国家，能源消耗逐年以惊人的速度增长。而建筑作为能耗大户，一般占到全国总能耗的1/3以上，其节能效益则变得尤其重要，BIPV光伏幕墙因此成为21世纪建筑及光伏技术市场的热点。

BIPV，即光伏建筑一体化（Building IntegratedPhotovoltaic）。BIPV技术是将太阳能发电（光伏）产品集成到建筑上的技术。光伏建筑一体化（（BIPV）不同于光伏系统附着在建筑上（BAPV：Building Attached PV）的形式。BIPV光伏幕墙更是采用超白钢化玻璃制作而成的双面玻璃组件，能够通过调整电池片的排布或采用穿孔硅电池片来达到特定的透光率，提升建筑社会价值，带来绿色概念的效果。

1、概述

当前随着全球化石能源需求的不断增长，单一依靠化石能源来满足能源供给的模式已经无法持续。同时由化石能源消耗带来的污染和排放问题愈发突出，而传统技术升级和改造势必会逐步导致其应用成本的提高。近年来随着常规能源成本上升和环境污染的日益严重，各国十分重视可再生能源相关技术的研发和应用。而光伏组件制造工艺不断提高，光伏组件价格下降明显，且有继续下降的趋势。因此以太阳能光伏发电为代表的可再生能源应用，将会在未来电力能源系统中占据核心地位。

联合国能源机构的调查研究报告显示，太阳能光伏建筑一体化（BIPV）将成为21世纪城市建筑节能的市场热点，太阳能建筑也将成为21世纪最重要的新兴产业之一。太阳能光伏建筑一体化形式可分为两大类。一类是光伏组件与建筑结合（又称普通型光伏构件），即光伏组件依附于建筑物上，建筑物主要作为光伏组件载体；另一类是光伏组件与建筑集成（又称建材型光伏构件），即光伏组件与建筑集成后成为不可分割的建筑构件，可以代替部分建筑材料使用。

2、建筑一体化

光伏建筑一体化是我们目前面临的最棘手问题，也是最有实用意义的一个课题，如何将太阳能光伏发电阵列安装在建筑的围护结构外表，并提供发电功能，这样可有效利用建筑外表，无需额外占用土地资源和建光伏支架等设施，也节约外饰材料（如玻璃幕墙等）；同时也使建筑物体夏季遮阳降温，降低空调的负荷，光伏建筑一体化让我们的建筑物体附有更多的功能作用。光伏与建筑的结合有两种方式：一种是建筑与光伏系统相结合；另外一种是建筑与光伏器件相结合。

2.1 建筑与光伏系统相结合。利用屋顶资源装置太阳能发电系统是光伏建筑一体化的很好结合，这使建筑体可以得到保温，光伏设备也不占用土地资源，是目前我们大家广泛推广应用的，无论是斜面还是平面的屋顶，都已有很多的范例，这里我们不再赘述。

2.2 建筑与光伏器件相结合。建筑与光伏的进一步结合是将光伏器件与建筑材料集成化。自古以来，材料便被视为构筑建筑的工具与手段，现在以材料为表现元素表达设计师的审美情趣、文化内涵与环保理念更成为潮流与发展趋势。BIPV组件兼具弱光性好、高温性能好、颜色形状可订制、透光均匀、柔性可弯曲等优势，可作为完美的高科技建筑材料提供电力，更能满足各类建筑美学需求，彰显绿色建筑的环保理念。

2.3 建筑材料与光伏一体化单元的研究。以陶土材料为基板，作为光伏PV组件的底板，组成：发电瓷砖、发电屋瓦、发电幕墙单元材料，目前我们正与陶土研究行业加强合作，一起开发光伏产品，待样品进一步成熟后推广应用。

3、光伏建筑一体化系统优点

从建筑、技术和经济角度来看，光伏建筑一体化有以下诸多优点：

（1）光伏组件可以有效的利用围护结构表面，如屋顶或墙面，无需额外用地或增建其他设施，适用于人口密集的地方使用，这对于土地昂贵的城市尤其重要。

（2）可原地发电、原地用电，在一定距离范围内可以节省电站送电网的投资。在那些架起公共电网非常昂贵的地方，太阳能光伏发电是一个具有很高性价比的替代物。

（3）夏季，处于日照时，由于大量制冷设备的使用，形成电网用电高峰。BIPV并网系统除保证自身建筑用电外，还可以向电网供电，从而舒缓高峰电力需求，解决电网峰谷供需矛盾，具有极大的社会效益。

（4）由于光伏阵列安装在屋顶和墙壁等外围护结构上，吸收的太阳能转化为电能，大大降低了室外综合温度，减少了墙体得热和室内空调冷负荷，既节省了能源，又利于保证室内的空气品质。

（5）由于大尺度新型彩色光伏模块和各种造型的光伏模块的诞生，不仅节约了昂贵的外装饰材料（玻璃幕墙、屋顶瓦片等），而且使建筑外观更具有魅力。

（6）可确保自身建筑全部或大部分用电，这对于用电高峰期电力紧张的地区及无电地区极为重要。

（7）避免传统电力输送时的电力损失。

（8）避免由于使用一般化石燃料发电所导致的空气污染和废渣污染，这对于环保要求越来越高的今天和未来是至关重要的。

（9）光伏建筑系统没有移动部分并且不需要任何维护。

（10）由于光伏电池的组件化，光伏阵列安装起来很简便，而且可以任意选择发电容量。

（11）如果把光伏电池模块作为建筑物的玻璃幕墙，可以减少建筑物的整体造价。当然，对于光伏模块来说，还应具有建筑材料所要求的隔热保温、防水防潮并且要具有一定的强度，若作为采光构件（窗户、天窗等）还要有一定的透明度。