谈光伏建筑一体化技术应用

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由于化石能源的大量消耗，导致一系列困扰人类的社会问题，譬如：能源危机、环境污染、温室效应等。人们迫切需要寻找一种对环境没有污染的可再生能源提供人们所需的能源，以替代传统的化石能源。由于太阳能具有取之不尽、用之不竭的优点，且使用过程中不会给环境带来污染，得到了人们的青睐。以一年为单位计算，太阳辐射到地表的太阳能约相当于燃烧130万亿t标煤所释放的能量，因而太阳能是当今最引人关注的可再生能源。在这些背景下，光伏建筑一体化（BuildingIntegratedPhotovoltaic，简称BIPV）应运而生。BIPV的概念最早由70年代末的美国学者提出。由于BIPV具有绿色环保、不占额外的空间、美观等诸多优点，各国学者均开展BIPV技术的研究，BIPV从最初的建筑物上简单堆砌光伏阵列的形式，发展为光伏系统与建筑物融为一体的设计。

光伏建筑一体化基本概念

BIPV是将原有建筑楼宇和太阳能发电装置组合在一起，在承担传统建筑的功能的同时进行光伏发电，为负载提供一部分电能。另外，对于拥挤的大城市，将光伏发电技术与房屋建筑结合在一起，可节省较多的空间，同时实现了光伏发电。因此光伏建筑一体化在城市中使用，有重要的使用价值和意义。

光伏建筑一体化分类

从光伏发电技术与建筑物结合的型式来看，光伏建筑一体化可分为两种型式：（1）光伏发电设备是建筑物的附加系统的型式。该型式通常以现有的建筑物作为基础，在建筑 物表面上增加光伏发电设备。在光伏建筑一体化技术的早期阶段，该型式比较常见。这种型式的光伏建筑一体化优点是改造容易、且投资较小、施工方便；然而，其缺点也很明显，通常改造后建筑物的外貌与建筑设计风格不协调，视觉不美观，很难达到理想的效果。（2）光伏发电设备与建筑物相集成的型式。这种型式的光伏组件通常作为建筑物的一部分，在工程的整个设计过程中，光伏组件与建筑物同时考虑，施工和安装也同时进行，实现光伏发电设备与建筑完美结合。同时具有发电和建筑设备的功能。

光伏建筑一体化的应用

BIPV系统可以具有不同的工作模式，既能够连接到电网还能够独立脱离电网使用。并网使用时，发电量超过本地负载时可以将多余的电能送入电网，反之，发电量不足时，则使用电网中的电能。对于独立型的BIPV，通常适合于地理位置偏远，人烟稀少的草原、沙漠等电网难以接入的地区。同时，当太阳日晒状况较好时，BIPV系统生产的富余电量可通过专门的储能设备进行电能的存储，以备光照较差时使用，实现自给自足的状况。

光伏建筑一体化的安装形式

光伏组件可以组装成客户的要求样式，部分或整体的替换建筑构件。系统安装的样式是由选用光伏组件的性能，建筑师的设计的建筑形式，以及项目所在地的气候条件等几个因素所共同决定的。其中，光伏组件的性能在整个设计过程当中起到了决定性作用。目前，光伏建筑一体化的安装形式主要由以下几种：

遮阳棚式光伏发电系统

图1为遮阳棚式光伏发电系统，该系统的光伏电池板安装形式以遮阳设施为主，太阳能电池板可起到很好的遮阳隔热效果，可使空调能耗有效的降低，节约能源并且相比一般的遮阳棚有更美观的建筑外观效果。

瓦片光伏发电系统

图2为瓦片光伏发电系统，从图2可看出，瓦片光伏发电系统的太阳能屋顶的瓦与常规分布式并网屋顶设计有所不同，瓦片光伏发电系统将屋顶与太阳能完美结合。用太阳能瓦片取代常规瓦片集成为一个斜坡屋顶，使光伏发电领域的设计和美学达到完美结合。其缺点是太阳能瓦的成本比普通太阳能板成本高，不能带来较好的经济收益。

窗间式光伏系统

图3为窗间式光伏系统。该系统在提供电力的同时，能够根据季节的变化以及外界环境的不同可自动调节室内的通风、湿度和温度。相比普通钢化玻璃顶，窗间式光伏系统带来了更多方便的功能，可将建筑空间资源充分的利用。

壁挂光伏发电系统

图4为壁挂光伏发电系统。从图4可看出，壁挂光伏发电系统将光伏电池板直接安装在建筑的外墙。这种外挂式独特的光伏发电系统使施工和维护变得更简单。由于太阳能系统安装在建筑物的外墙，太阳能电池吸收了建筑物外部的辐射光同时并进行了发电，而这部分辐射光原来是被建筑物表面吸收了，因此有效地降低了建筑物吸收的辐射能，尤其在夏季可有效地降低建筑物内的温度水平。

百叶窗式光伏发电系统

图5为百叶窗式光伏发电系统。该系统的光伏建筑的热量是通过建筑围护结构的导热以及窗户的辐射，对于改善夏季室内热舒适性能具有重要的作用。与其他墙体光伏不同，可调节角度的百叶窗式可以让建筑最大化利用光能，充分利用建筑空间。采光天窗光伏系统图6为采光天窗光伏系统，该系统的采光天窗一般位于建筑大堂，通常是国内标志性建筑，如博物馆，科技馆等场馆的大堂天窗。如果改装或加装半透明的双玻光伏板，可以让建筑天窗空间得到更有效的利用的同时兼顾采光需求，还能为这些科技场馆展现现代化的气息。

具体案例

图7为上海虹桥站。在建设过程中增加了光伏电站系统，从图7可看出，光伏电站系统与建筑本身融为一体。在虹桥站的顶部和部分立面均安装了光伏发电装置，总容量可高达6.5MW。在图8中，我们看到了迪拜时尚的光伏系统。屋顶不仅是屋顶，而且是小型发电厂。玻璃不再只是玻璃，它变成了一堵结构墙。这种传统建筑的开放不是改造性的，而是创造性的。他是一个注重表演、人性化、心胸狭窄的建筑人。调和美学和生活方式。

未来研究发展重点

建筑内消耗的能源大多是用于调节温度。目前，被动式太阳房有一些用于供暖的范例，但这些建筑造价相对较高，难以推广。主动式太阳房造价成本则更加高昂，推广价值更小。因此，未来对于太阳房的研究必须是一种可再生能源与常规能源相结合的思路。在方案的实施中，可根据建筑物房间的功能，采用不同方案协调配合，可有效降低光伏电站用于建筑供能的初投资，提高整个方案的可操作性。建筑物内空气温度的控制调节技术应尽可能智能化地应用，顺应自然来达到满足人类健康和舒适生活的需求。空气温度的控制调节技术的目的应该是尽量减少所谓的人造环境。在使用主动供能保证建筑内居住的舒适度的前提下，尽可能的将主动功能技术和被动供能技术相结合从而将太阳能建筑物性价比做到最优。

结语

BIPV是将原有建筑楼宇和太阳能发电装置组合在一起，在实现传统建筑物的功能的基础上，进行太阳能光伏发电的功能，可用于为室内的建筑提供电能。光伏建筑一体化并不是光伏发电系统与建筑物简单的堆砌，而是两者有机的结合，能够达到1+1>2的效果。

作者：毕凯 宋明中 林玉杰 马昕霞 单位：国家电投集团贵州金元威宁能源股份有限公司