【作 者】:庄大建 何清

【摘 要】: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个优势和相关工程实例，以供参考。

 
【关键字】:光伏建筑一体化

　
　　
   1.前言

　　随着石化能源的日益枯竭和人类生存环境的日益恶化，世界各国对清洁能源如太阳能、风能等可再生能源的支持力度越来越大。光伏建筑一体化建筑是光伏应用形式中最接近人类生活的一种，是绿色节能环保理念的完美体现。德国、西班牙等国《上网电价法》的颁布给欧洲光伏市场带来了强大的支持，欧洲光伏系统装机容量以每年45－60%的速度递增，同时也涌现出了一大批BIPV光伏建筑艺术品。

    2.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 Photovoltaic，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(BIPV : Building Attached PV)的形式。两种系统的工程实例请见下图。

                         图1  BIPV建筑实例
              广东金刚玻璃公司办公楼光伏采光顶

                        图2  BIPV建筑实例

                深圳市国际园林花卉博览园并网
　　图1为广东金刚玻璃科技股份有限公司建造的光伏采光顶。此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。此建筑的太阳电池板是建筑外围护结构的一部分，其既可以遮风挡雨，又可以发电。如果将太阳电池板拆除，此建筑将失去遮风挡雨的功能。
　　图2为深圳市国际园林花卉博览园并网光伏发电系统。在此BAPV建筑中采用的是普通太阳电池组件，太阳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。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、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工程都应报建，经过有关部门审批。

　　3.光伏建筑一体化的应用形式
　　 随着幕墙行业的迅速发展和建筑设计师们的奇思妙想，玻璃幕墙的形式越来越多样化。而作为玻璃幕墙的一种深化表现形式，光伏建筑一体化在建筑物上也出现了多种多样的应用形式。如图3所示。

                              图3
　　3.1采光顶:采光比较理想，发电效率较高;
　　3.2幕墙立面:示范效果好，形式多样，美观;
　　3.3遮阳板:既遮挡阳光，又发电补充能源;
　　3.4护栏和地板:充分利用空间，安放简单方便;
 

　　4.光伏建筑一体化的优势

　　4.1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，其成功与否关键一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。
　　4.2能够满足建筑物的采光要求
　　对建筑物来说光线就是灵魂，其对光影的要求甚高。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。当然，光伏组件透光率越大，电池片的排布就越稀，其发电功率也会越小。

                    图4  穿孔硅电池片BIPV组件

                    图5  德国柏林火车站BIPV采光顶

   　4.3能够满足建筑的安全性能要求
　　BIPV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，因此需要有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全不同的。　
　　　 BIPV建筑中使用的双玻璃光伏组件是由两片钢化玻璃，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、并联汇集引线端的整体构件。钢化玻璃的厚度是按照国家建筑规范和幕墙规范，通过严格的力学计算得出的结果。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，不会脱落四散伤人，从而使产生的伤害可能减少到最低程度，提高建筑物的安全性能。
　　《玻璃幕墙工程技术规范JGJ 102－2003》第3.4.6项明文规定，玻璃幕墙采用夹层玻璃璃时，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《民用建筑太阳能光伏系统应用技术规范》也将“夹层玻璃应采用PVB胶片”作为一项强制性的条文加入到规范中，以加强建筑物的安全性。

                       图6  双玻璃光伏组件结构

      图7  PVB胶片（破而不穿） 图8  EVA胶片（破则穿透）
　　4.4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。幕墙在我国发展三十年以来，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。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，并能够改善了BIPV组件的散热情况，降低了电池片温度，减少了组件的效率损失，降低热量向室内的传递。BIPV建筑简单来说，就是用BIPV光伏组件取代普通钢化玻璃，其结构形式基本上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。
　　4.5能够具有寿命长的优势
　　普通光伏组件封装用的胶一般为EVA。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封装技术的光伏组件。
　　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，以及选用性能优异的连接器等设备，都能延长BIPV光伏系统的使用寿命。
　　4.6具有绿色环保的效果
　　 BIPV建筑物能为光伏系统提供足够的面积，不需要另占土地，还能省去光伏系统的支撑结构;太阳能硅电池是固态半导体器件，发电时无转动部件，无噪声，对环境不会造成污染;BIPV建筑可自发自用，减少了电力输送过程的费用和能耗，降低了输电和分电的投资和维修成本。而且日照强时恰好是用电高峰期，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，舒缓了高峰电力需求，具有极大的社会效益;还能杜绝由一般化石燃料发电所带来的严重空气污染，这对于环保要求更高的今天和未来极为重要。

　　5.光伏建筑一体化的相关应用案例
　　5.1香港圣保罗小学
　　此BIPV光伏采光顶总面积为82m2，系统总发电功率为7. 9 KWp，由65片双玻璃光伏组件构成，采用156 x 156mm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人铝合金龙骨内走线(详见图11)。2008年7月竣工。

 图9 香港圣保罗小学（外观效果）图10 香港圣保罗小学（内视效果）

                  图11  香港圣保罗小学的结构形式
　　5.2南玻大厦光伏幕墙
　　南玻大厦光伏幕墙总面积59m2，2007年8月投人运行。光伏系统包含两个子系统，总容量为6015 Wp，并网光伏系统容量为sn95'6wp，独立光伏系统容量为920Wp采用的组件为双玻璃光伏组件，厚度为6+2+6mm。最大组件的长x宽尺寸为2460 x 1160mm，面积2.85平方米，功率280Wpo结构形式采用外循环双层幕墙的形式。外层为开放式光伏幕墙，光伏组件间空隙不打胶，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，其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，既避免了高温对光伏组件效率的降低，又有效地阻止了热量及雨水进人室内。(详见图12－14)

                     图12  南玻大厦光伏幕墙    

                  图13  南玻大厦光伏幕墙纵向节点

                   图14  南玻大厦光伏幕墙水平节点

　　6.结束语
 　 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(可再生能源法》、(十一五可再生能源发展中长期规划》及《电网企业全额收购可再生能源电量监管办法》在政策上对我国光伏市场的发展给予了强力的支持。另外，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2一3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。

    参考文献
　  [1]何清，黄向阳.光伏建筑一体化设计浅谈《中外建筑》
　　[2]黄向阳，何清.一种新型光伏幕墙的介绍《新能源》.
　　[3]Case study for building integrated photoval吐air(BIPV)faeade in United 5吐ates. RIO 3一World Climate&Enegy Event，1－5 December 2003，Rio de Janeiro，Brazil
　　[4]BIPV stud了for renewable emcentre and ECO一Energy house SB Riffat School of built environment The University of Nottingham..

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