光伏建筑一体化 　　

　　

　　BIPV(光伏建筑一体化)是太阳能发电的新概念。简单来说就是将太阳能光伏阵列安装在建筑围护结构的外表面来提供电力。 　　

　　

　　根据光伏广场与建筑结合方式的不同，光伏建筑一体化可分为两大类。 　　

　　

　　一种是光伏方阵和建筑的结合。这样光伏阵列附着在建筑上，建筑作为光伏阵列的载体起到支撑作用。 　　

　　

　　二是光伏阵列与建筑的融合。这样，光伏组件以建筑材料的形式出现，光伏阵列成为建筑的一个组成部分。如光伏瓦屋面、光伏幕墙和光伏采光屋面等。 　　

　　

　　在这两种方式中，光伏阵列与建筑的结合是一种常见的形式，尤其是与建筑屋顶的结合。由于光伏方阵与建筑的结合不占用额外的占地面积，是城市广泛使用的光伏发电系统的最佳安装方式，因此备受关注。 　　

　　

　　光伏阵列与建筑一体化是BIPV的高级形式，对光伏组件的要求很高。光伏组件既要满足光伏发电的功能要求，又要兼顾建筑的基本功能要求。一般要求： 　　

　　

　　一体化设计。设计内容应包括建筑和光伏系统，以及其他所需的设备和结构，建筑的墙体和屋顶应分解成结构模块进行集成。 　　

　　

　　集成制造。设置专门的生产线，利用它大规模制造设计好的建筑结构模块，效率高，成本低。 　　

　　

　　集成安装。使用电动吊装设备将制作好的结构模块组装成房屋。其中屋顶太阳能光伏建筑应用广泛，其主要特点是可以调节太阳能电池板与太阳光之间的朝向。我国地处北半球，太阳能电池板要朝南，所以光伏幕墙有一定的局限性。 　　

　　

　　 　　

　　

　　1.光伏建筑一体化的优势 　　

　　

　　(1)能满足建筑美学和采光要求。 　　

　　

　　BIPV大厦首先是一座建筑，对于一座建筑来说，光是它的灵魂。建筑成功的关键是它的外观。普通光伏组件的接线盒一般都是贴在面板背面，因为接线盒比较大，容易破坏建筑的整体协调感。 　　

　　

　　在BIPV建筑中，要求省略或隐藏接线盒，需要在幕墙结构中隐藏旁路二极管和连接线，既能防止阳光直射和雨水侵蚀，又不会影响建筑外观，达到与建筑的完美结合。 　　

　　

　　BIPV大厦是由超白钢化玻璃制成的双面玻璃组件，表面光滑，通过调节电池单元，即使在大脑的观光场所，甚至在大厦的观光场所，也能满足透光的要求。光伏模块的透射率越大，电池的排列越薄，产生的功率越小。 　　

　　

　　 　　

　　

　　(2)建筑物的安全性能高。 　　

　　

　　BIPV组件不仅要满足光伏组件的技术要求，还要满足建筑安全性能的要求。因此需要有比普通构件更高的力学性能，采用不同的结构方式。在不同的位置，不同的层高，不同的安装方式，对其玻璃力学性能的要求可能完全不同。 　　

　　

　　BIPV大厦使用的双玻璃光伏组件是由两块钢化玻璃片组成的复合层，中间是聚乙烯醇缩丁醛(PVB)膜和太阳能电池，电池串并联，收集引线。 　　

　　

　　模块中的聚乙烯醇缩丁醛(PVB)薄膜具有良好的粘结性、韧性和弹性，能够吸收冲击，防止冲击穿透。即使玻璃破碎，碎片也会牢固地附着在聚乙烯醇缩丁醛(PVB)薄膜上，不会脱落伤人，从而最大限度地减少伤害，提高建筑物的安全性能。 　　

　　

　　 　　

　　

　　(3)建筑节能 　　

　　

　　有效利用建筑外表面(屋顶、墙体)，节省支撑结构，节约土地资源，发电就地利用，节省输电网投资，降低损耗；避免墙体温度和屋顶温度过高，改善室内环境，降低空调负荷。 　　

　　

　　BIPV建筑是光伏组件和玻璃幕墙的紧密结合。模块化幕墙施工手段灵活，主体结构适应性强，技术成熟，在工厂制造，易于实现工业化生产，降低人工成本，控制单元质量，从而缩短工期。 　　

　　

　　双层通风幕墙系统具有通风、隔热、隔音、节能环保等优点。并能改善BIPV模块的散热，降低电池温度，减少模块的效率损失，减少向室内的热传递。简单来说，BIPV建筑就是用BIPV模块代替普通钢化玻璃，既是建筑材料，也是供电系统。 　　

　　

　　(4)光伏组件寿命长。 　　

　　

　　一般普通光伏组件封装用的胶都是EVA。EVA由于抗老化性能较弱，使用寿命不到50年，不能和建筑物一样长久。而且EVA发黄会影响建筑的美观和系统的发电。而聚乙烯醇缩丁醛(PVB)薄膜是透明的、耐热的、耐寒的、防潮的， 　　

机械性强度高等特性，并已经成熟应用于建筑用夹层玻璃的制作。国内玻璃幕墙规范也明确提出应用聚乙烯醇缩丁醛（PVB）的规定。

　　

BIPV光伏组件采用聚乙烯醇缩丁醛（PVB）代替EVA制作能达到更长的使用寿命，此外在BIPV系统中选用光伏专用电线（双层交联聚氯乙烯浸锡铜线），选用偏大的电线直径，以及选用性能优异的连接器等设备，都能延长BIPV光伏系统的使用寿命。

　　

　　

2. 光伏建筑一体化的几种形式

　　

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；而从光伏组件与建筑的集成来看，主要有光伏幕墙、光伏屋顶等形式。光伏建筑一体化的结构特点大致如下。

　　

第1种结构特点：横向和竖向框架不显露于幕墙玻璃外表面。玻璃分隔间看不到龙骨和窗框，仅可见打胶胶缝或安装缝。全玻璃组件的安装固定主要靠结构胶的黏结实现。幕墙整体表现出美观的平面，外观统一新颖，通透感较强，整体表现出一种简洁明快的格调。

　　

第2种结构特点：横向和竖向框架均显露于幕墙玻璃外表面。玻璃分隔间可以看到龙骨和窗框，幕墙平面表现为矩形风格。全玻璃组件的安装固定主要靠结构胶的黏结和构件压接实现。幕墙整体表现出明显的层次感，太阳能电池组件与龙骨型材互为装饰，表现出一种建筑美学。

　　

第3种结构特点：全玻璃组件通过支撑装置固定于支撑结构上。强化玻璃四角开孔，穿装螺栓，固定螺栓与玻璃表面平齐，使内外流通、融合。

　　

全玻璃组件的安装固定主要是固定于支撑结构的驳接件穿装。全玻璃组件间通过结构胶粘接完成。没有框架结构，只有拉杆绳索等简单结构，室内明亮开阔，通透感极强，适用于大型建筑物和建筑物的大堂顶部或入口等。

　　

第4种结构特点：平屋顶、楼顶。这种属于半建筑结合应用方式，在屋顶采用生根或不生根筑起水泥条或水泥带，并在其中预埋地脚螺栓用于固定组件支架。屋面钢结构基础的施工应符合下列规定：

　　

①钢结构基础施工应不损害原有建筑物主体结构，并应保证钢结构基础与原建筑物承重结构的连接牢固可靠。

　　

②接地的扁钢、角钢的焊接处应进行防腐处理。

　　

③屋面防水工程施工应在钢结构支架施工前结束，钢结构支架施工过程中不应破坏屋面防水层，如根据设计要求不得不破坏原建筑物防水结构时，应根据原防水结构重新进行防水恢复。

　　

从发电角度看，平屋顶经济性是最好的，主要有以下几点：

　　

①可以按照最佳角度安装，获得最大发电量。

　　

②可以采用标准光伏组件，具有最佳性能。

　　

③与建筑物功能不发生冲突。利用南向斜屋顶与顶楼类似，具有较好经济性。

　　

太阳能电池屋顶外观见图1-1、1-2。

　　

　　

图1-1太阳能电池屋顶外观图一

　　

　　

图1-2太阳能电池屋顶外观图二

　　

第5种结构特点：光伏天棚。光伏天棚要求透明组件，组件效率较低。除发电和透明外，天棚结构要满足一定的力学、美学、结构连接等建筑方面要求。太阳能电池花棚外观见图1-3。

　　

　　

图1-3太阳能电池花棚

　　

第6种结构特点：光伏幕墙。安装方便。BIPV幕墙施工手段灵活，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。

　　

如果设计院、建材生产商和光伏制造商能够充分协作起来，建材光伏一体化发电单元的制造成本与单独生产光伏组件的成本类似，甚至比建材加光伏组件的成本还低。而逆变和布线系统则可以整体并入到建筑物的电力系统中去，因此BIPV的成本可能比单独的光伏发电低得多。

　　

3. 建筑一体化对电池组件的要求

　　

在建筑光伏一体化设计中，对于建筑不同部位选用不同光伏电池的原则如下：

　　

①多晶硅薄膜、非晶硅薄膜电池在建筑一体化设计中比较有优势。与晶硅电池相比，多晶硅薄膜电池、非晶硅薄膜电池对散射光、折射光、直射光等各种光源都有良好的吸收效应，稳定电流输出，长时间光电转换。宜采用与建筑屋面、墙面、玻璃幕墙相结合的多晶薄膜、非晶薄膜电池。

　　

②根据建筑要求确定合适的玻璃性能（如采光）及结构（如夹层、中空、异型）。

　　

③根据抗风等要求确定玻璃的强度要求（钢化、厚度）。

　　

④应根据电池的特性选用面板玻璃，考虑透光性能、厚度、强度、平整度等。在夹胶生产工艺方面应选用专用的胶片，并在组件边缘采用，专用密封胶密封。在弯曲成型方面应注意电池的弯曲能力。在电池焊接、连接、合片、引出线等工艺设计中，要重点关注成品率。

　　

⑤组件的安装与使用问题。光伏幕墙组件在设计中应把安装方式作为重点之一，这其中包括组件固定方式，光伏幕墙的水密性，安装、使用中的损坏问题，光伏组件背后的散热问题等。

　　

⑥在设计中还应充分考虑光伏幕墙的建筑使用要求和在寿命期的一系列问题，包括：与建筑外观的协调；透光性能；应考虑玻璃在夏季的升温问题及热炸裂问题；冬季玻璃结构的保温能力；光伏电池的效率衰减；光伏电池组件的使用寿命；组件的清洗、维护等。

　　

⑦光伏组件的力学性能要求。用做幕墙面板和采光顶面板的光伏组件，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和建筑物安全性能要求，需要有更高的力学性能和采用不同的结构方式。

　　

⑧建筑结构与光伏组件电学性能的配合。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，但是建筑物的外立面有可能由一些大小、形式不一的几何图形组成，这会造成组件之间的电压、电流不同。

　　

这个时候可以考虑对建筑外立面进行分区及调整分格，使BIPV组件接近标准组件电学性能，也可以采用不同尺寸的电池片来满足分格的要求，以最大限度地满足建筑物外立面效果。另外，还可以将少数边角上的电池片不接入电路以满足电学要求。

　　

另外，光伏幕墙安装在建筑上，可能会出现被周围建筑遮挡的情况。如果部分太阳能电池被遮挡，则被遮挡的电池把功率以热的方式耗尽，降低整体发电效率。时间过长易导致故障产生，造成整个光伏电池组件损坏。

　　

因此，光伏幕墙应安装在日照最多，阴影最少的地方；并且尽量保证组件上部和下部的空气流通，以保持尽可能低的温度。

　　

在建筑密度较高的城市，建筑应用光伏幕墙应结合建筑所在地块建筑现状和规划，采用计算或实验的方法对遮挡问题进行预测，尽量避免周边建筑对光伏幕墙的遮挡。若存在太阳光大面积被遮挡的情况，则不适宜安装光伏幕墙。

　　

太阳能夹层玻璃组件也成全玻组件，在玻璃屋顶、玻璃幕墙、玻璃厅房等建筑中广泛安装使用。有些组件还包括独特的保温单元。太阳能光伏组件通过调节太阳能电池片之间的间隙，优化光线透射，使明暗度和透光性能达到理想的设计效果。

　　

全玻组件上层为透明钢化玻璃或半钢化玻璃。中间的太阳能电池片采用2毫米厚的聚乙烯醇缩丁醛（PVB）树脂进行封装。底层玻璃同样为钢化或半钢化玻璃，其厚度一般与顶层玻璃相同，可做成印花玻璃或彩色玻璃。

　　

全玻组件的玻璃厚度组合通常为6毫米加6毫米、8毫米加8毫米或10毫米加10毫米，厚度取决于组件自身的尺寸大小及对抵御机械载荷能力的要求。

　　

在建筑结构中，一般都要求玻璃组件能够起到保温、隔热的作用。在温度较高的环境下组件的底层玻璃下面可添加保温窗结构，填充氩气或空气后，可降低其热传导率。需要增加组件强度和安全性时，底层玻璃可使用夹层安全玻璃替代。