光伏建筑(光电幕墙)主要内容与应用现状及地区适用性分析

随着建筑新材料、新技术及相关产业的发展，建筑幕墙行业也有了迅速发展，建筑设计师们奇思妙想设计出越来越多功能及形式的建筑幕墙。而光电幕墙作为光伏建筑一体化(BIPV)建筑的一种体现，是光伏应用形式中更接近人类生活的一种，是绿色节能环保理念的体现。光电幕墙建筑的太阳能电池板是建筑外围护结构的一部分，既可以遮风挡雨，又可以发电。如果将太阳能电池板拆除，此建筑将失去遮风挡雨的功能；而独立光伏建筑（BAPV）是太阳能电池组件通过支架安装在原先建好的建筑结构、围护上，拆除此建筑上的光伏组件并不会影响原有建筑的基本功能；另外还有更多不同于光伏建筑的专业光伏发电系统，均不在本文章讨论之内。

光电幕墙作为建筑幕墙的一种深化表现形式，出现了多种多样的形式，采光顶：采光比较理想，发电效率较高；幕墙立面：示范效果好，形式多样，美观；遮阳板：既遮挡阳光，又发电补充能源；护栏和地板：充分利用空间，安放简单方便。

光电幕墙建筑中，我们可通过相关设计将接线盒、旁路二极管、连接线等隐藏在幕墙结构中，在玻璃面上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，当然，光伏组件的透光率越大，电池片的排布就越稀疏，其发电功率也会越小（单晶硅和多晶硅本身不透光，主要依靠电池之间的间隙透光，设计时要从两种常用电池规格中选择―种，并进行排列；非晶硅的透光能力也较弱，一般也在电池之间预留间隙透光）。光电幕墙建筑中使用的双玻璃光伏组件，为两片钢化玻璃，中间用PVB胶片复合太阳能电池片组成复合

层，电池片之间由导线串、并联，通过汇流带引入接线盒形成所需构件。钢化玻璃的厚度按照国家建筑规范和幕墙规范，经严格的力学计算得出。而组件中间的PVB胶片有良好的粘结性、韧性和弹性，具有吸收冲击的作用，可防止冲击物穿透。即使玻璃破损，碎片也会牢牢粘附在PVB胶片上，不会脱落及四散伤人，从而使可能产生的危害降至最低，提高建筑物的安全性。应该通过通风、改善光电幕墙组件的散热状况，降低电池片温度，减少组件的效率损失及降低热量向室内的散失，以提高光电转换效率。

光电幕墙中的光电一体化系统一般分为四大部分:光伏电池系统、控制系统、蓄电池组和支撑结构系统。光伏电池系统通常采用晶体硅或薄膜材料加工而成，是光伏系统中最关键的技术，使用寿命为20～30年。市场上生产和使用的光伏电池以晶体硅材料为主，晶体硅约占光伏电池总量的90%，主要有单晶硅电池和多晶硅电池，单晶硅光电转换平均效率约为15～18%，多晶硅的平均效率约为12～15%，目前市场价格约在每瓦14～16元。薄膜电池材料主要有三种:非晶硅(a-Si)（具有弱光发电能力）、铜铟硒(CIS，CIGS)和碲化镉(CdTe)，光电转换平均效率约为5～8%，目前市场价格一般在每瓦12～14元之间。由于弱光效应和温度系数效应两个因素影响，在立面光伏幕墙方面，相同功率非晶硅光伏幕墙比晶体硅光伏幕墙多发15～20%的电量。

光伏电池的串联数量主要与初定的系统有关，常用的系统电压有DC12V，DC24V，DC36V和DC48V四种。光伏电池串联后的开路

电压要考虑太阳辐射的不稳定性和线损，一般比系统略高，可达系统电压的1.5倍。光伏电池串联后的并联数量主要取决于蓄电池或逆变器的功率，一般应选择功率较大的蓄电池或逆变器，并尽量缩短与光伏电池之间的距离。

光电幕墙在实际应用中，应该充分考虑到由于光伏电池在工作时接受阳光、吸收热量等因素，将在周围区域产生较大的温度效应，将会对幕墙室内环境有一定影响，从而会在一定空间、一定程度上影响幕墙的综合性能，同时若不能有效地对此局部进行通风降温（如封闭层间处、屋顶等），以保持适当的环境温度，将可能使得光伏电池系统出现无法稳定、有效地工作运行现象。

国外特别是欧洲光伏系统装机容量以每年45%～60%的速度递增，同时也涌现出一大批光伏建筑艺术品。国内这些年在主要及沿海一些大城市代表项目中也有光电幕墙、采光顶等形式应用。

早期案例：

香港圣保罗小学光伏采光顶采用明框玻璃幕墙的结构形式，总面积为82平方米，系统总发电功率为7.9千瓦，由65片双玻璃光伏组件构成，采用156毫米×156毫米高效晶体硅电池片，安装方向为东南偏南。

南玻大厦光电幕墙总面积59平方米。该光伏系统包含两个子系统，总容量为～6000瓦，并网光伏系统容量为～5000瓦。

方大大厦光电幕墙采光顶系统～100平方米，电池采用多晶硅，设计峰值发电功率为10.8kwp，平均光电转换率14%，输出频率为

50±0.5HZ，电压220±10%。该幕墙所发电量主要提供南北两侧楼梯间及地下车库照明，02年到目前系统运行稳定。

近期案例：

无锡尚德研发大楼及康乐中心项目：建筑地上7层，幕墙总高为37米，光电幕墙面积为6900平方米。采用156mm×156mm多晶硅电池片。工程项目包括研发大楼和康乐中心，研发大楼共用规格为2000×1120太阳能电池组件1525片，系统装机功率为411.7kWp。康乐中心共用规格为2185×1120太阳能电池组件1027片，系统装机功率为297.8kWp，总装机容量为710kWp，预计年发电量为66.7万kWh。

上海越洋广场项目：光电幕墙安装面积为150㎡，每块太阳能电池组件由48片156mm×156mm多晶硅太阳能电池组成，系统由126块太阳能电池片组成，系统日发电量为57.56kWh，年发电量为 2.1万kWh。

深圳拓日产业园（12层建筑）项目：光电幕墙工程面积：2200㎡。其中屋顶单晶硅光伏电站系统装机容量为300kWp，双结非晶硅光电玻璃幕墙面积约1500㎡，系统装机容量为80kWp，峰值功率为100kWp。

沈阳恒隆地产有限公司大楼项目：屋面太阳光电（BIPV）结构系统，工程面积：～2000㎡，单晶硅光伏电站系统总装机容量为216.26kWp，年平均发电量～33万kWh。

上海世博会主题馆项目：屋面太阳光电系统，工程面积：～30000㎡，装机容量：257kWp，年发电量～25万kWh，另外中央国家机关