光伏建筑一体化简单介绍词「光伏建筑一体化是什么意思」

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光伏建筑一体化

光伏建筑一体化（BIPV），是应用太阳能发电的一种新概念，简单地讲就是将太阳光伏发电方阵安装在建筑的围护结构外表面来提供电力。

根据光伏方阵与建筑结合的方式不同，光伏建筑一体化可分为两大类。

一类是光伏方阵与建筑的结合。这种方式是将光伏方阵依附于建筑物上，建筑物作为光伏方阵载体起支撑作用。

另一种是光伏方阵与建筑的集成，这种方式是光伏组件以一种建筑材料的形式出现，光伏方阵成为建筑不可分割的一部分。如光电瓦屋顶、光电幕墙和光电采光顶等。

这两种方式中光伏方阵与建筑的结合是一种常用的形式，特别是与建筑屋面的结合。由于光伏方阵与建筑的结合，不占用额外的地面空间，是光伏发电系统在城市中广泛应用的最佳安装方式，因而备受关注。

光伏方阵与建筑的集成是BIPV的一种高级形式，它对光伏组件的要求较高，光伏组件不仅要满足光伏发电的功能要求，同时还要兼顾建筑的基本功能要求。一般要求：

①一体化设计。设计的内容应包括建筑和光伏系统，也应包括其他需要的器件和结构，并把建筑物的墙体和屋顶分解为结构模块一体化。

②一体化制造。建立专用的生产线，并用该生产线对设计好的建筑结构模块进行大规模、高效率、低成本的制造。

③一体化安装。用电动吊装设备把生产出的结构模块集中安装成房屋。其中屋顶太阳能光电建筑应用较为广泛，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，因此光伏幕墙有一定的局限性。

1. 光伏建筑一体化的优势

(1) 能够满足建筑美学和采光要求

BIPV建筑首先是一个建筑，而对于建筑物来说光线是它的灵魂，一个建筑物的成功与否，关键一点是建筑物的外观效果。普通光伏组件的接线盒一般粘在电池板背面，因为接线盒较大，很容易破坏建筑物的整体协调感。

BIPV建筑中要求将接线盒省去或隐藏起来，需要将旁路二极管和连接线隐藏在幕墙结构中，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。

BIPV建筑是采用向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即使是在大脑的观光处，也能满足光线通透的要求，即使是在大楼的观光处也能满足光线通透的要求。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。

（2）建筑的安全性能高

BIPV组件不仅需要满足光伏组件的技能要求，同时要满足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，中间用聚乙烯醇缩丁醛（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结构。

组件中的聚乙烯醇缩丁醛（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聚乙烯醇缩丁醛（PVB）胶片上，不会脱落伤人，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。

（3）建筑节约能源

有效利用建筑外围表面（屋顶和墙面），省去支撑结构，节省土地资源，可原地发电、原地使用，节约送电网投资和减少损耗；避免墙面温度和屋顶温度过高，改善室内环境，降低空调负荷。

BIPV建筑是光伏组件与玻璃幕墙的紧密结合。构建式幕墙施工手段灵活，主体结构适应能力强，工艺成熟，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。

双层通风幕墙系统具有通风换气、隔热、隔音，节能环保等优点，并能改善BIPV组件的散热情况，降低电池温度，减少组件效率损失，降低热量向室内的传递。 BIPV建筑简单来说就是利用BIPV光伏组件取代普通钢化玻璃，既是建筑材料又是供电系统。

（4）光伏组件寿命长

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。而聚乙烯醇缩丁醛（PVB）膜具有透明、耐热、耐寒、耐湿、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。