光伏發(fā)電與建筑一體化應(yīng)用實踐

郭均柳

摘 要：光伏玻璃幕墻是一種新型的生態(tài)建筑材料;可用于將雙層鋼化玻璃（特別是夾層玻璃）中的太陽能轉(zhuǎn)化為二氧化硅。本文通過對光伏發(fā)電和建筑一體化設(shè)計的研究;總結(jié)了項目設(shè)計中的幾個關(guān)鍵點，供業(yè)內(nèi)人士參考。

關(guān)鍵詞：光伏發(fā)電與建筑一體化;幕墻設(shè)計

光伏玻璃幕墻產(chǎn)品可廣泛應(yīng)用于建筑遮陽系統(tǒng)，建筑幕墻，光伏屋頂，光伏門窗等光伏發(fā)電。它還可用于偏遠(yuǎn)山區(qū)，交通運輸，通信，氣象，軍事和其他部門，如電視中繼站，衛(wèi)星地球站，微波中繼站，公路和鐵路信號燈，農(nóng)業(yè)光伏系統(tǒng)，導(dǎo)航燈，燈塔。在國際上，太陽能電池在建筑物上的使用和光伏玻璃幕墻的制造的組合特別快，其市場發(fā)展前景非?？春谩ｋm然這種新型生態(tài)建材-光伏玻璃幕墻的開發(fā)，生產(chǎn)和應(yīng)用在中國起步較晚，美國光伏建筑計劃，歐洲百萬屋頂光伏計劃，朝日計劃日本和中國光明工程中國節(jié)能生態(tài)建材的開發(fā)和應(yīng)用熱潮將啟動，這將極大地促進(jìn)光伏建材的發(fā)展和推廣。

1 建筑節(jié)能和BIPV技術(shù)

建筑能耗（包括建筑能耗，能源消耗，如供暖和空調(diào)）約占總能耗的30%。此外，生產(chǎn)建筑材料所消耗的能源，與建筑能耗相關(guān)的能源消耗占社會總能耗的46-47%。據(jù)專業(yè)機(jī)構(gòu)預(yù)測，如果我們能夠在全國實現(xiàn)50%的建筑節(jié)能，到2020年，我們可以控制建筑能耗7.54億噸標(biāo)準(zhǔn)煤，相當(dāng)于英國和法國的能源消耗。

建筑節(jié)能消費中的可再生能源應(yīng)用可以轉(zhuǎn)化為新能源的能源生產(chǎn)。是在關(guān)鍵領(lǐng)域和關(guān)鍵環(huán)節(jié)創(chuàng)造資源節(jié)約型和環(huán)境友好型社會。

目前，建筑節(jié)能最廣泛的應(yīng)用是建筑集成光伏（BPV）技術(shù)，該技術(shù)將太陽能利用整合到建筑總體設(shè)計結(jié)構(gòu)中，集成建筑，技術(shù)和美學(xué)，由這種集成的太陽能新安裝形式產(chǎn)生了建筑能源的新概念，是建筑節(jié)能技術(shù)的熱門研究課題。

2 國家能源政策和十一五規(guī)劃要求

據(jù)國際能源署稱，到本世紀(jì)末，太陽能發(fā)電將占總發(fā)電量的50%，這表明太陽能未來發(fā)展的重要性。中國政府的光伏發(fā)電政策給予了大力支持，并采取了相應(yīng)的措施。

2.1 主要從事技術(shù)開發(fā)和支持示范，支持產(chǎn)業(yè)化項目，培育光伏市場和產(chǎn)業(yè)，實施非電光伏建設(shè)財政補(bǔ)貼，開展國際合作，促進(jìn)市場發(fā)展。更重要的是，國家非常重視光伏機(jī)構(gòu)?！吨腥A人民共和國可再生能源法》明確支持光伏發(fā)電和離網(wǎng)光伏發(fā)電。與此同時，國家在十一五規(guī)劃（草案）中明確指出，到2010年，根據(jù)《可再生能源法》的實施，在十一五節(jié)能期間，中國的單位GDP能耗應(yīng)減少20%和減排目標(biāo)規(guī)劃期間，建設(shè)部和財政部就可再生能源在建筑中的應(yīng)用提出了意見，指出促進(jìn)可再生能源在建筑中的應(yīng)用是為了宣傳僅僅是能源結(jié)構(gòu)，是保障國家能源安全的重要措施，是實現(xiàn)兩種重要社會可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略措施。

2.2 光伏建筑一體化技術(shù)的定義是將太陽能（PV）產(chǎn)品整合到建筑中。該技術(shù)的應(yīng)用是建筑一體化光伏發(fā)電，光伏建筑中的光伏（BIPV）與系統(tǒng)結(jié)構(gòu)相連（BAPV：建筑附加光伏）。

它采用多項專利技術(shù)，解決了光伏組件的散熱問題和雙層玻璃組件的應(yīng)力問題，同時保持了原有的建筑立面效果。

BIPV建筑屋頂?shù)墓夥彰?，由多個多晶硅光伏模塊和雙支撐結(jié)構(gòu)構(gòu)成。光伏幕墻立面也是由多個多晶硅光伏模塊和支撐結(jié)構(gòu)構(gòu)成，數(shù)量上更多。太陽能電池板是建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的一部分，可以阻止風(fēng)和雨，發(fā)電和遮陽。

在BAPV建筑物中，使用相同的太陽能電池模塊，并且太陽能電池模塊通過支架安裝在最初構(gòu)造的屋頂上。卸下此BAPV建筑物上的PV模塊不會影響原始建筑物的基本功能。在建立BAPV系統(tǒng)之前，首先要考慮建筑物的結(jié)構(gòu)應(yīng)力及其對建筑風(fēng)格的影響。并非所有建筑都適合BAPV系統(tǒng)，大型BAPV項目施工只能經(jīng)有關(guān)部門批準(zhǔn)后進(jìn)行。

3 BIPV建筑設(shè)計問題

3.1 機(jī)械性能

普通的光伏組件，需要通過IEC61215的認(rèn)證，可以滿足130公里/小時（2400帕）和25毫米直徑23米/秒的電阻抗沖擊要求.PV模塊用作幕墻板和照明屋頂板不僅滿足光伏組件的性能要求，而且滿足幕墻試驗和施工安全性能要求，因此需要更高的機(jī)械性能和不同的結(jié)構(gòu)。例如，尺寸為1200 mm x 530 mm的典型光伏組件通常使用3.2 mm厚的鋼化超白玻璃和鋁框架，以滿足應(yīng)用要求。但是，在BIPV建筑物中不同尺寸，不同地板高度和不同安裝方法對玻璃的機(jī)械性能要求可能完全不同。通過嚴(yán)格計算，在CSG塔外部的圓形雙層幕墻中使用的部件是兩個PV模塊，6mm厚的回火超白玻璃層壓板

3.2 建筑美學(xué)

BIPV建筑是首要的是建筑物，這是建筑師的杰作。它猶如音樂家的音樂，畫家的畫作，而燈光是建筑的靈魂，因此建筑對光影有很高的要求。然而，傳統(tǒng)光伏模塊中使用的大多數(shù)玻璃是布圖案的超白鋼化玻璃，并且布具有磨砂玻璃以阻擋視線。如果BIPV組件安裝在建筑物的觀光區(qū)域，則該位置需要透明。這時，雙層玻璃單元由光滑的超白鋼化玻璃制成，以滿足建筑物的功能。同時，為了節(jié)省成本，面板背面的玻璃可以由普通的光滑鋼化玻璃制成。建筑物成功的關(guān)鍵在于建筑物的外觀，很小的瑕疵都是無法接受的。然而，傳統(tǒng)光伏模塊的分線盒通常粘在面板的后面，同時接線盒體積很大，很容易破壞建筑物的整體協(xié)調(diào)對建筑師而言通常是不被接受的。因此，BIPV建筑將接線盒做隱藏式設(shè)計，或直接取消使用，通過其他方式，將旁路二極管和連接電線隱藏在幕墻結(jié)構(gòu)中，同時該種方式也可防止電氣元件受到陽光直射和雨水淋浸。

3.3 結(jié)構(gòu)和電氣性能匹配

建筑在設(shè)計之初就考慮BIPV時，有必要考慮BIPV本身的電壓和電流是否有利于光伏系統(tǒng)設(shè)備的選擇。建筑物的外觀包括不同尺寸和形狀的幾何形狀，會導(dǎo)致不同電壓的光伏組串，或者不同的電流。設(shè)計師可以考慮拆分和調(diào)整建筑物立面的網(wǎng)格，使BIPV組件更接近標(biāo)準(zhǔn)組件的電氣性能，也可考慮使用不同大小的單元來滿足網(wǎng)格要求，以最大限度地提高建筑滿意度。

3.4 隔熱和隔音

傳統(tǒng)的光伏組件一般簡單地安裝在建筑物或支撐組件中，并且結(jié)構(gòu)均勻。而BIPV組件的使用通常會給房間帶來大量的熱量，導(dǎo)致能耗與節(jié)能之間的矛盾，不符合建筑的隔熱要求。采用CSG幕墻形式的雙循環(huán)系統(tǒng)，光伏組件可以制成中空的低發(fā)射率玻璃，達(dá)到隔熱、隔音效果。

3.5 照明效率

為了提高建筑照明效率，普通光伏模塊將電池間距減小到2到5毫米。而在BIPV組件中，有必要考慮室內(nèi)照明要求，應(yīng)將單元間距調(diào)節(jié)至約25mm，以使模塊的透射率約為30%。

3.6 易于安裝

BIPV光伏組件作為建筑物的一部分，比傳統(tǒng)組件需要更高的安裝要求，并且困難得多。通常，BIPV部件具有高安裝高度和小安裝空間。考慮到安裝的方便性，BIPV光伏組件可以以單元式幕墻的形式輕松拆卸，易于安裝，提高了安裝精度。

4 結(jié)論

BIPV建筑設(shè)計應(yīng)首先考慮建筑物的安全性，然后考慮優(yōu)化系統(tǒng)以產(chǎn)生更多電力，同時確保安全。本文僅提到了BIPV應(yīng)用程序中的一些問題，并且有許多問題需要一起探索和研究。

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