新型BIPV光伏幕墻應(yīng)用方案分析

李樹庭

中南建筑設(shè)計(jì)院股份有限公司 湖北 武漢 430071

前言

太陽能光伏建筑一體化(BIPV)，是當(dāng)前太陽能利用的熱點(diǎn)，也是未來太陽能利用的發(fā)展方向。由于光伏電池組件安裝在屋面或墻面上，不占用寶貴的城市用地面積，本身不影響屋面的結(jié)構(gòu)和表面強(qiáng)度、又為屋面遮擋了風(fēng)雨，而且BIPV系統(tǒng)設(shè)備設(shè)置在建筑物上，離用電負(fù)荷最近，能大大地減少電能傳輸?shù)膿p耗和成本。

1 BIPV是PV發(fā)展的重要方向

1.1 BIPV技術(shù)發(fā)展

新能源中太陽能無疑具有其得天獨(dú)厚的優(yōu)勢，而作為太陽能光伏與建筑一體化（BIPV）的太陽能光伏建筑組件在公共建筑中的應(yīng)用更為適宜。建材型光伏產(chǎn)品經(jīng)過多年產(chǎn)業(yè)進(jìn)步，目前已經(jīng)成熟并能夠滿足當(dāng)前市場需求。在價(jià)格方面，建材型光伏產(chǎn)品（如光伏幕墻用薄膜組件、光伏瓦），與其他同類高檔材料相比已經(jīng)具備明顯的可比較性和可行性，而在尺寸、色彩、強(qiáng)度、電力安全、建筑美學(xué)等方面亦能夠符合建筑應(yīng)用的特殊要求，產(chǎn)品的透光度、色彩、結(jié)構(gòu)均可按照建筑要求進(jìn)行定制化生產(chǎn)。由于不同朝向?qū)Πl(fā)電量影響較大，所以屋頂、南向立面是BIPV效率最高的位置，而商用建筑在這些區(qū)域一般可具備安裝條件。

1.2 BIPV建筑光伏的多樣形式

BIPV可以采用多種形式實(shí)現(xiàn)，在建筑物中往往可采用多種應(yīng)用方式。其中屋頂光伏系統(tǒng)已應(yīng)用的較為廣泛，光伏幕墻是光伏建筑一體化的重要形式，其常見應(yīng)用見圖1。

圖1 BIPV常見應(yīng)用形式

1.3 光伏幕墻組件的分類及結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

光伏幕墻是將太陽能光伏發(fā)電技術(shù)與建筑幕墻的結(jié)合，體現(xiàn)了完美的可持續(xù)發(fā)展理念。具體來說就是將光伏玻璃替代普通的幕墻玻璃，來達(dá)到發(fā)電的目的。

要達(dá)到太陽電池與建筑美學(xué)的完美結(jié)合，必須做到太陽電池與現(xiàn)有建筑材料的完美結(jié)合，使得太陽能光伏建筑組件能像普通建筑材料一樣使用，成為一種新型的建筑材料。目前在公共建筑中應(yīng)用的太陽能光伏建筑組件主要有光伏夾層玻璃和光伏中空玻璃。

（1）太陽能光伏夾層玻璃

太陽能光伏夾層玻璃是將太陽電池夾在兩層玻璃中間，通過膠膜將它們與內(nèi)外層玻璃緊密粘接在一起，有非晶硅夾層玻璃和晶體硅夾層玻璃兩種，它們都具有普通夾層玻璃的特點(diǎn)，可以像普通的夾層玻璃一樣安裝、使用。在立面幕墻上由于非晶硅光伏夾層玻璃的低價(jià)格、良好的弱光性和多樣美觀性而具有競爭力被廣泛應(yīng)用。非晶硅光伏夾層玻璃又分為百葉式、點(diǎn)透式和柵格式三種，百葉式是將非晶硅太陽電池條與普通白玻條間隔放置形成像百葉窗一樣的形狀，結(jié)構(gòu)簡單、成本最低，柵格式是將非晶硅膜層通過一定方法分割成一個(gè)一個(gè)小格子，使光線照射時(shí)形成一種衍射狀態(tài)，最具光學(xué)效應(yīng)，而點(diǎn)透式則是通過激光打點(diǎn)的方法將部分非晶硅膜去掉，整體透光效果最好。

（2）太陽能光伏中空玻璃

太陽能光伏中空玻璃分為外置式和內(nèi)置式兩種，外置式是將太陽能光伏夾層玻璃作為中空玻璃的外層玻璃，而內(nèi)置式是將太陽電池條間隔放置在中空玻璃的中間。由于外置式太陽能光伏中空玻璃的外層夾層玻璃厚重，相應(yīng)地需要將內(nèi)層玻璃進(jìn)行配重，因此整體結(jié)構(gòu)顯笨重、重量重，而內(nèi)置式太陽能光伏中空玻璃則巧妙利用中空玻璃中間空間，不額外占用空間，因此結(jié)構(gòu)緊湊、實(shí)用性強(qiáng)[1]。

2 BIPV典型應(yīng)用討論

2.1 不同場所光伏電池元件、組件的比選討論

光伏組件按形態(tài)可分為玻璃組件和柔性組件，光伏電池元件一般可采用晶體硅（單晶硅、多晶硅）和薄膜（多元化合物如非晶硅、碲化鎘、銅銦鎵硒等）其比選見表1、表2。

表1 光伏組件比選

續(xù)表

表2 光伏電池元件比選

2.2 一例光伏幕墻設(shè)計(jì)的計(jì)算校驗(yàn)

下面以某光伏幕墻應(yīng)用項(xiàng)目為例，進(jìn)行該幕墻光伏系統(tǒng)主要參數(shù)的計(jì)算校驗(yàn)。

圖2光伏幕墻方位角示意（左）、傾角布置示意（中）及光伏幕墻安裝效果示意（右）

由圖2可知，該項(xiàng)目西南側(cè)立面設(shè)置幕墻光伏系統(tǒng)，光伏幕墻其朝向與正南方向夾角為33°，光伏幕墻安裝水平傾角為58°，此時(shí)電池板安裝傾角、萬位角系數(shù)為0.83，即本項(xiàng)目受建筑朝向限制，設(shè)置立面型光伏板的利用率未能達(dá)到最佳方位。

此時(shí)其單塊電池板幕墻光伏系統(tǒng)參數(shù)計(jì)算校驗(yàn)如下：

光伏電池規(guī)格：單片 1.245*0.635m，63Wp 8% 安裝地點(diǎn)：武漢市 校驗(yàn)值1基礎(chǔ)數(shù)據(jù)單塊電池板面積m2 0.79 2 單塊電池板峰值功率Wp 63 3轉(zhuǎn)換效率 0.08 4 年平均年輻射總量MJ/m2 a 4193 1單方理論發(fā)電量單位面積年發(fā)電量g 93.18 2安裝電池板面積m2 0.7906 3 標(biāo)準(zhǔn)直流輸出功率Wp 63理論發(fā)電量 3 理論發(fā)電量kWh 74修正系數(shù) 1 總的綜合修正系數(shù) 64.2%實(shí)際發(fā)電 1 平均年上網(wǎng)電量kWH 47

以上結(jié)合實(shí)例計(jì)算校驗(yàn)，對本幕墻光伏設(shè)計(jì)中若干計(jì)算校驗(yàn)內(nèi)容進(jìn)行了討論和介紹，旨在為相關(guān)設(shè)計(jì)計(jì)算校驗(yàn)提供參考。

參考文獻(xiàn)

[1] 李現(xiàn)輝,郝斌.太陽能光伏建筑一體化工程設(shè)計(jì)與案例[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社,2012:197.