光伏建筑一体化应用

光伏建筑一体化应用
何清 深圳市金刚玻璃光伏建筑科技有限公司

前言
　　光伏建筑一体化建筑是光伏应用形式中最接近大类生活的一种,是绿色节能环保理念的完美体现。欧洲光伏系统装机容量以每年45%~60%的速度递增，涌现出一大批BIPV光伏建筑艺术品。

　　本文引出了光伏建筑一体化(BIPV)的定义，分析了BIPV与BAPV的区别。列举了光伏建筑一体化的几种应用形式，并简单介绍了光伏建筑一体化应用的几种优势　　和相关工程实例，以供参考。

一、光伏建筑一体化的定义

　　光伏建筑一体化(BIPV)技 术，即将太阳能发电 (光伏)产品集成到建筑上的技术。BIPV即Building Integrated Phto voltaic, 其不但具有外围护结构的功能,同 时又能产生电能供建筑使用。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)自勺形式。 在此介绍两种系统的工程。

　　1．BIPV建筑
　　BIPV建筑的屋顶是由高效多晶硅中空光伏组件及支撑结构组成的采光顶。此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，如图1所示。

广东金刚玻璃科技股份有限公司建造的光伏采光顶

　　2．BAPV建筑
　　BAPV建筑中采用的是普通太阳能电池组件，太阳能电池组件通过支架安装在原先建好的屋顶上。拆除此BAPV建筑上的光伏组件并不会影响原有建筑的基本功能，如图2所示。在建造BAPV系统前，首先要考虑建筑的承受能力、光伏系统对原建筑结构的破坏性、对建筑风格的影响等问题，并不是所有建筑都适合建造BAPV系统。大型BAPV工程应报建，经有关部门审批。

深圳市国际园林花卉博览园并网光伏发电系统

二、光伏建筑一体化的应用形式

　　随着幕墙行业的迅速发展，建筑设计师们奇思妙想设计出越来越多形式的玻璃幕墙。而作为玻璃幕墙的一种深化表现形式，光伏建筑―体化在建筑物上茁应用也出现了多种多样的形式，如图3所示。

光伏建筑一体化的应用形式

　　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。

三、光伏建筑一体化的优势

　　1．能够满足建筑美学的要求
　　BIPV建筑首先是一个建筑，它是建筑师的艺术品，其成功与否关键―点就是建筑物的外观效果。在BIPV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。这样既可防阳光直射和雨水侵蚀，又不会影响建筑物的外观效果，达到与建筑物的完美结合，实现建筑大师们的构想。

　　2．能够满足建筑物的采光要求
　　对建筑物来说光线就是灵魂，其对光影的要求很高。BIPV建筑是采用光面超白钢化玻璃制作的双面玻璃组件，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，即使是在大楼的观光处也能满足光线通透的要求，如图4所示。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。

德国柏林火车站BIPV采光顶

　　3．能够满足建筑对安全性能的要求
　　BIPV组件不仅需要满足光伏组件的性能要求，同时需满足幕墙三性实验和建筑物安全性能的要求，因此需要具各比普通组件更高的力学性能和采用不同的结构方式。在不同的地点，不同的楼层高度，不同的安装方式，对它的玻璃力学性能要求就可能是完拿不同的。

　　BIPV建筑中使用的双玻璃光伏组件(Double-glazed solar PVmodule)如图5所示，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台邕。

　　《玻璃幕墙工程技术规范JGJ1O2-2OO3》第34.6项明文规定，玻璃幕墙采用夹层玻璃时，应采用干法加工合成，其夹片宜采用聚乙烯醇缩丁醛(PVB)胶片。而在作者参编的《民用建筑太阳能伏系统应用技术规范》中也将“夹层玻璃应采用PVB胶片”作为一项强制性条文加入到规范中，以加强建筑物的安全性能。

双玻璃光伏组件的结构

　　4．能够满足安装方便的要求
　　BIPV建筑是光伏组件与玻璃幕墙的紧密结合。幕墙在我国发展3O年以来，各种幕墙形式都具有了比较成熟的设计和安装技术。构件式幕墙施工方式灵活，主体结构适应能力强，工艺成熟，是目前采用最多的结构形式。单元式幕墙在工厂内加工制作，易实现工业化生产，降低人工费用，控制单元质量，从而缩短施工周期，为业主带来较大的经济效益。双层通风幕墙系统具有通风换气、隔热隔声、节能环保等优点，并能够改善BIPV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。BIPV建筑简单来说，就是用BIPV光伏组件取代普通钢化玻璃,其结构基本同传统玻璃幕墙能够相通。这就使得BIPV光伏组件的安装具有深厚的技术基础和优势，完全能够达到安装方便的要求。

　　5．具有寿命长的优势
　　普通光伏组件封装用的胶―般为EVA，如图6所示。由于EVA的抗老化性能不强、使用寿命达不到50年，不能与建筑同寿命；而且EVA发黄将会影响建筑的美观和系统的发电量。而PVB膜具有透明、耐热、耐寒、耐湿、机械强度高等特性，并已经成熟地应用于建筑夹层玻璃的制作，如图7所示。国内玻璃幕墙规范也明确提出“应用PVB”的规定。BIPV光伏组件采用PVB代替EVA制作能达到更长的使用寿命。目前，国外的Schott和Schuco公司、国内的广东金刚玻璃科技股份有限公司已经掌握了较成熟的PVB光伏组件封装技术。

EVA胶片(破则穿透) PVB胶片(破而不穿)

　　此外，在BIPV系统中，选用光伏专用电线(双层交联聚乙烯浸锡铜线)，选用偏大的电线直径，以及选用性能优越的连接器等设各，都能延长BIPV光伏系统的使用寿命。

　　6．具有绿色环保的效果
　　BIPV建筑物能为光伏系统提供足够的安装面不需要另占土地，还能省去光伏系统的支撑结太阳能硅电池是半导体器件，发电时无转动部无噪声，对环境不会造成污染。

　　BIPV建筑可实现电力的自发自用，减少了电力输送过程的费用和能耗，降低了输电、分电的投资和维修成本。而且日照强时恰好是用电高峰，BIPV系统除可以保证自身建筑内用电外，在一定条件下还可能向电网供电，舒缓高峰电力需求，具有很好的社会效益；而且能够杜绝由一股化石燃料发电所带来的严重空气污染，对于环保将起到积极作用。

四、光伏建筑一体化的相关应用案例

　　1．香港圣保罗小学
　　香港圣保罗小学BIPV光伏采光顶总面积为82平方米，系统总发电功率为7.9千峰瓦，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。采用明框玻璃幕墙的结构形式，从接线盒引出电线进入铝合金龙骨内走线，如图8所示。

香港圣保罗小学

　　2．南玻大厦光伏幕墙
　　南玻大厦光伏幕墙总面积59平方米。该光伏系统包含两个子系统，总容量为6015峰瓦,并网光伏系统容量为5095峰瓦，独立光伏系统容量为920峰瓦。采用的组件为双玻璃光伏组件，厚度为6毫米+2毫米+6毫米。最大组件(长×宽)尺寸为2460毫米×1160毫米，面积2.85平方米，功率280峰瓦。结构形式为外循环双层幕墙。外层为开放式光伏幕墙，光伏组件空隙间不打胶，保持空气流通，有利于控制电池片温度，提高组件发电效率。内层为铝板幕墙，可以很好地将雨水及热量阻挡在墙体之外。外层开放式光伏幕墙与内层铝板幕墙的完美结合，既避免了高温造成光伏组件效率的降低，又有效地阻止了热量及雨水进入室内，见图9所示。

南玻大厦光伏辜培

六、结语

　　BIPV建筑是清洁能源产品与建筑完美结合的产物。我国颁布的《中华人民共和国可再生能源法》、《十一五可再生能源发展中长期规划》、《电网企业全额收购可再生能源电量监管办法》及今年3月底国家财政部和住房城乡建设部刚刚出台的《关于加快推进太阳能光电建筑应用的实施意见》和《太阳能光电建筑应用财政补助资金管理暂行办法》在政策上对我国光伏产业的发展均给予了强有力的支持。

　　随着光伏材料成本的下降及欧美光伏发电项目的普及，光伏产品在国内的应用条件日趋成熟。相信在未来2~3年内将会涌现出大批的BIPV光伏建筑艺术品，并且是一些非常有代表性的大型光伏建筑项目。