【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 電站的示例。但真正能夠 達(dá)到 與國外所謂提出的光伏 BIPV 的示范工程，卻是少之又少。這其中第 12 頁 共 221 頁 有二方面原因。其一，光伏組件及光伏系統(tǒng)的生產(chǎn)公司，他們?nèi)鄙僭谀粔ㄖO(shè)計(jì)方面的技術(shù)，對(duì)幕墻的安全要 求也知者甚少。其二，作為幕墻公司，他們對(duì)光伏發(fā)電的應(yīng)用概念較為模糊，也沒有做更深層次的研究。正因?yàn)檫@兩種原因，國內(nèi)未有較好的示例工程，可供業(yè)界同行共享技術(shù)。 光伏建筑一體化在設(shè)計(jì)時(shí)，通常將建筑物所在當(dāng)?shù)氐慕?jīng)緯度，結(jié)合當(dāng)?shù)貧庀蠊记闆r，尋找日照發(fā)電最佳角度。一般太陽能光伏系統(tǒng)的方陣采用正南方安裝，其太陽能年采集能量最高。光伏幕墻在設(shè)計(jì)時(shí)，還須考慮風(fēng)壓，抗震，風(fēng)荷載所處的標(biāo)高以及密封性能的問題，選擇合適的安裝角度和方向。光伏幕墻采光頂是最佳的安裝結(jié)構(gòu)形式。 光伏 建筑一體化在應(yīng)用中，也應(yīng)考慮陰雨天對(duì)室內(nèi)側(cè)光線的影響，可以從組件的透光率，設(shè)計(jì)在 10%一 50%不等，通過組件中晶體硅電池片的排列間隔，而達(dá)到合適的透光率。一些場(chǎng)合也可用非晶硅加工成建筑組件，這需要考慮組件的安全性能是否達(dá)到建筑幕墻部位的設(shè)計(jì)要求而定。光伏采光頂采用橫隱豎明的結(jié)構(gòu)形式，更便于屋面的排水。由 于光伏幕墻是特殊建筑其中一種表達(dá)形式，有必要考慮通風(fēng)降溫的實(shí)際問 題。設(shè)計(jì)時(shí) ，將外裝飾與幕墻結(jié)構(gòu)協(xié)調(diào)結(jié)合，使光伏建筑一體化更富有生機(jī)，更能體 現(xiàn)現(xiàn)代建筑的環(huán)保綠色設(shè)計(jì)理念。 光伏幕墻本身具有符合幕墻的建筑規(guī) 范，又能夠利用太陽能將太陽光轉(zhuǎn)換成直流電能，通過逆變器變換成交流電源，或通過控制器整流穩(wěn)壓成直流電能。其發(fā)電系統(tǒng)有獨(dú)立電網(wǎng)系統(tǒng)和并網(wǎng)系統(tǒng)以及帶蓄能的獨(dú)立電網(wǎng)系統(tǒng)等形式進(jìn)行設(shè)計(jì)配置于光伏建筑一體化中。由于蓄電池的使用壽命和維護(hù)的問題，往往并網(wǎng)系統(tǒng)應(yīng)用于光伏幕墻更具優(yōu)勢(shì)，并網(wǎng)系統(tǒng)的建造價(jià)格比帶蓄能的獨(dú)立電網(wǎng)系統(tǒng)要低，而且并網(wǎng)系統(tǒng)的年發(fā)電量比獨(dú)立電網(wǎng)系統(tǒng)要多。帶蓄能的獨(dú)立電網(wǎng)系統(tǒng)具有應(yīng)急發(fā)電功能。這是兩者的優(yōu)缺點(diǎn)。 : 作用于雙玻璃光伏組件上的風(fēng)荷載和地震作用可按下列公式分配到兩片玻璃上 : 第 13 頁 共 221 頁 系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，考慮到安全、密封性能、便于維修的實(shí)際情況，將雙玻璃光伏組件設(shè)計(jì)成隱框安裝型式是很好的一種組合形式。也就是將組件的引出線從組件邊緣面通過定制的引線盒引出正、負(fù)兩極并配置決速接駁插頭。組件的申、并聯(lián)電纜從隱框結(jié)構(gòu)幕墻骨架的鋁型材的外側(cè)面或上下側(cè)面白洲曹走線并匯急到各個(gè)單元的接線匯流盒配套旁路二極管和防反充二極管，最后各個(gè)匯流盒匯總到直流柜完成直流電的輸人。連接完畢后有扣板蓋住并邊緣打密封膠達(dá)到 隱蔽安裝的目的。這樣既保證了組件連接密封性達(dá)到 IP65 的防水要求，又不影響幕墻屋頂視覺外觀，這是一種比較完善的組合結(jié)構(gòu)。圖 2 一圖 5 分別是采光頂設(shè)計(jì)部分圖片。 第 14 頁 共 221 頁 光伏幕墻電氣系統(tǒng)須達(dá)到的要求 : 電氣的配置須符合 GII5030 GII50168,GR50169 標(biāo)準(zhǔn)的要求。防雷接地設(shè)計(jì)須考慮防直擊雷和防感應(yīng)雷的要求進(jìn)行配置，并網(wǎng)系統(tǒng)還須考慮過 /欠電壓頻率保護(hù)、防孤島效應(yīng)、恢復(fù)并網(wǎng)、短路保護(hù)、隔離保護(hù)、逆向功率保護(hù)設(shè)計(jì)也要考慮符合 GBIT19939202即 T11127－ 1997 的規(guī)定。 第 15 頁 共 221 頁 光伏采光頂電站從建成日起，到目前為止，運(yùn)行平穩(wěn)，各項(xiàng)工作參數(shù)均正常，能夠達(dá)到預(yù)定的目的。以下圖 8 一 12 是該電站某天采集的數(shù)據(jù) : 第 16 頁 共 221 頁 整個(gè)發(fā)電系統(tǒng)由三個(gè)子系統(tǒng)組成，從上面的曲線圖可以看出 :從 6:45－ 19:45組件一直發(fā)電工作 13個(gè)小時(shí) 。經(jīng)過系統(tǒng)轉(zhuǎn)正常送電至用戶端從 7:35－ 18:50累計(jì)11小時(shí) 15 分 。整天累計(jì)發(fā)電 16 度 。電壓變化在士 5%以內(nèi)，頻率變化在正負(fù) %以內(nèi) 。最高發(fā)電功率發(fā)生在 13:30 分，達(dá)到 282０ W。從采集到的數(shù)據(jù)可以看出該電站發(fā)電效率隨著太陽輻照的強(qiáng)度的增加而提高，也隨著當(dāng)?shù)?、?dāng)天的天氣情況的變化而變化。最高峰時(shí)間出現(xiàn)在 12:00－ 14:00 之間，工作電壓和頻率都在額定的范圍內(nèi)。 第 17 頁 共 221 頁 第 18 頁 共 221 頁 第 19 頁 共 221 頁 BIPV 的應(yīng)用情況 第 20 頁 共 221 頁 太陽能是我國分布最廣的可再生能源資源?？梢岳眠呥h(yuǎn)土地資源，還可以利用大量的屋頂和墻面資源，有效地增加能源供應(yīng)。光伏發(fā)電不消耗化石能源資源和水資源不產(chǎn)生污染，也役有溫室氣體排放。既適合分散使用，也可以集中建設(shè)大型光伏發(fā)電站，為未來經(jīng)濟(jì) 發(fā)展前景的可再生能源打下基礎(chǔ)。 充分利用好國家的各種優(yōu)惠政策，加快光伏新型幕墻的發(fā)展，符合我國節(jié)能減排的社會(huì)責(zé)任要求。 第 21 頁 共 221 頁 光伏建筑一體化設(shè)計(jì)淺談 摘要：本文給出了光伏建筑一體化 (BIPV)的定議，分析了 BIPV 與 BAPV 的區(qū)別。著重討論了光伏建筑一體化設(shè)計(jì)中需要注意的幾個(gè)問題，以供 參考 。 關(guān)鍵詞：光伏建筑一體化設(shè)計(jì)； BIPV 的定議； BIPV 設(shè)計(jì)中的問題 1 前言 隨著石化能源的逐漸枯竭， 自然 環(huán)境的惡化，人們?cè)絹碓街匾曁柲堋L(fēng)能等可再生能源的利用。光伏建筑一體化建筑是光伏應(yīng)用形式中最接近人類生活的一種，其效果的好壞將直接影響到人們對(duì)光伏產(chǎn)品的映像。 2 光伏建筑一體化的定義 光伏建筑一體化 (BIPV)技術(shù)即將太陽能發(fā)電 (光伏 )產(chǎn)品集成到建筑上的技術(shù)。 BIPV 即 Building Integrated PV， PV 即 Photovoltaic。光伏建筑 — 體化(BIPV)不同于光伏系統(tǒng)附著在建筑上 (BAPV： Building Attached PV)的形式。兩種系統(tǒng)的實(shí)例請(qǐng)見圖 3。 圖 1為南玻大廈外循環(huán)式雙層光伏幕墻，采用多項(xiàng)專利技術(shù)解決了光伏組件的散熱問題、以及雙玻組件受力的問題，同時(shí)保持原有建筑外立面效果。 圖 2為深圳南玻幕墻及光伏工程有限公司建造的南玻光伏建筑一體化建筑。此 BIPV建筑的屋頂是由 4塊 80Wp的多晶硅雙玻光伏組件及支撐結(jié)構(gòu)組成的光伏采光頂，立面光伏幕墻由 4 塊 80Wp 多晶硅雙玻光伏組件及支撐結(jié)構(gòu)組成。此建筑的太陽電池板是建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的一部分，其既可以遮風(fēng)擋雨，又可以發(fā)電，同時(shí)又起到 了遮陽的作用。 圖 3 為深圳市國際園林花卉博覽園并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)。在此 BAPV 建筑中采用的是普通太陽電池組件，太陽電池組件通過支架安裝在原先建好的屋頂上。拆除此 BAPV 建筑上的光伏組件，并不會(huì)影響原有建筑的基本功能。在建造 BAPV 系統(tǒng)前，首先要考慮建筑的結(jié)構(gòu)受力問題、以及對(duì)建筑風(fēng)格的影響等問題，并不是所有建筑都適合建造 BAPV 系統(tǒng)。大型 BAPV 工程都應(yīng)報(bào)建，經(jīng)過有關(guān)部門審批后，才能施工。 3 BIPV 建筑設(shè)計(jì)中需注意的幾個(gè)問題 光伏組件的力學(xué)性能 作為普通光伏組件，只要通過 IEC61215 的檢測(cè)，滿足抗 130km/h(2， 400Pa)風(fēng)壓和抗 25mm 直徑冰雹 23m/s 的沖擊的要求。用做幕墻面板和采光頂面板的光第 22 頁 共 221 頁 伏組件，不僅需要滿足光伏組件的性能要求，同時(shí)要滿足幕墻的三性實(shí)驗(yàn)要求和建筑物安全性能要求，因此需要有更高的力學(xué)性能和采用不同的結(jié)構(gòu)方式。例如尺寸為 1200mm530mm 的普通光伏組件一般采用 金邊框就能達(dá)到使用要求。但同樣尺寸的組件用在 BIPV 建筑中，在不同的地點(diǎn)，不同的樓層高度，以及不同的安裝方式，對(duì)它的玻璃力學(xué)性能要求就可能是完全不同的。 南玻大廈外循環(huán)式雙層幕墻采用的組件就是兩塊 6mm 厚的鋼化超白玻璃夾膠而成的光伏組件，這是通過嚴(yán)格的力學(xué) 計(jì)算 得到的結(jié)果。 建筑的美學(xué)要求 BIPV 建筑首先是一個(gè)建筑，它是建筑師的 藝術(shù) 品，就相當(dāng)于 音樂 家的音樂，畫家的一幅名畫，而對(duì)于建筑物來說 光線就是他的靈魂，因此建筑物對(duì)光影要求甚高。但普通光伏組件所用的玻璃大多為布紋超白鋼化玻璃，其布紋具有磨砂玻璃阻擋視線的作用。如果 BIPV 組件安裝在大樓的觀光處，這個(gè)位置需要光線通透，這時(shí)就要采用光面超白鋼化玻璃制作雙面玻璃組件，用來滿足建筑物的功能。同時(shí)為了節(jié)約成本，電池板背面的玻璃可以采用普通光面鋼化玻璃。 一個(gè)建筑物的成功與否，關(guān)鍵一點(diǎn)就是建筑物的外觀效果，有時(shí)候細(xì)微的不協(xié)調(diào)都是不能容忍。但普通光伏組件的接線盒一般粘在電池板背面，接線盒較大，很容易破壞建筑物的整體協(xié)調(diào)感，通常不為建筑師所接受，因 此 BIPV 建筑中要求將接線盒省去或隱藏起來，這時(shí)的旁路二極管沒有了接線盒的保護(hù)，要考慮采用其他方法來保護(hù)它，需要將旁路二極管和連接線隱藏在幕墻結(jié)構(gòu)中。比如將旁路二極管放在幕墻骨架結(jié)構(gòu)中，以防陽光直射和雨水侵蝕。 普通光伏組件的連接線一般外露在組件下方， BIPV 建筑中光伏組件的連接線要求全部隱藏在幕墻結(jié)構(gòu)中。 建筑結(jié)構(gòu)與光伏組件電學(xué)性能的配合 在設(shè)計(jì) BIPV 建筑時(shí)要考慮電池板本身的電壓、電流是否方便光伏系統(tǒng)設(shè)備選型，但是建筑物的外立面有可能是一些大小、形式不一的幾何圖形組成，這會(huì)造成 組件間的電壓、電流不同，這個(gè)時(shí)候可以考慮對(duì)建筑立面進(jìn)行分區(qū)及調(diào)整分格，使 BIPV 組件接近標(biāo)準(zhǔn)組件電學(xué)性能，也可以采用不同尺寸的電池片來滿足分格的要求，以最大限度地滿足建筑物外立面效果。另外，還可以將少數(shù)邊角上的電池片不連接入電路，以滿足電學(xué)要求。 建筑隔熱隔音的要求 普通光伏組件并沒有像中空玻璃一樣的隔熱空氣層，只是簡(jiǎn)單地安裝在建筑第 23 頁 共 221 頁 物上或者支撐構(gòu)件上，和建筑物并沒有形成統(tǒng)一的整體。這時(shí)的光伏組件作為BIPV 組件來使用往往會(huì)將大量的熱量帶入室內(nèi)，造成耗能和節(jié)能相矛盾的情況，同時(shí)也不能滿足建筑的隔 音要求。這時(shí)可以將普通光伏組件做成中空 LowE玻璃的形式，這樣既能隔熱又能隔音?；蛘卟捎媚喜４髲B一樣的雙層外循環(huán)系統(tǒng)的幕墻形式。 建筑采光的要求 普通光伏組件為了提高效率，會(huì)將電池片間距縮小到2～ 5mm。但在 BIPV 組件中，要考慮到室內(nèi)的采光要求，這時(shí)要調(diào)整電池片間距到 25mm 左右，使組件的透光率在 30％左右。 光伏組件安裝方便的要求 BIPV 光伏組件作為建筑物的一部分，它安裝要求比普通組件的安裝要求高很多，難度大很多。一般 BIPV 組件安裝高度較高、安裝空間較小?？紤]到安裝方便 ，可以將光伏組件做方便拆卸的單元式幕墻形式，這樣既方便了安裝，同時(shí)也提高安裝精度。 光伏系統(tǒng)壽命問題 普通光伏組件封裝用的膠一般為 EVA，由于 EVA 的抗老化性能不 強(qiáng)、使用壽命達(dá)不到 50 年，不能與建筑同壽命。 EVA 發(fā)黃將會(huì)影響建筑的美觀和系統(tǒng)的發(fā)電量，所以設(shè)計(jì)師在選擇 BIPV 組件時(shí)應(yīng)該盡量避免使用 EVA 封裝的組件。 Schott和 Schuco 現(xiàn)在已經(jīng)有 PVB 封裝的光伏組件，國內(nèi)還沒有廠家掌握這種技術(shù)。 PVB已經(jīng)成熟應(yīng)用于建筑用夾膠玻璃的制作，用 PVB 代替 EVA 制作的光伏組件會(huì)有更第 24 頁 共 221 頁 長(zhǎng)的使用 壽命。盼望國內(nèi)光伏組件生產(chǎn)商盡快掌握 PVB 封裝技術(shù)。 普通光伏系統(tǒng)的大部分連接線都是敞開在大氣中，空氣對(duì)流充分，溫度低。BIPV 建筑系統(tǒng)中的連接線大多都在幕墻立柱、橫梁等密閉結(jié)構(gòu)中，其溫度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于普通光伏系統(tǒng)電線所處的環(huán)境溫度，這對(duì) BIPV 建筑系統(tǒng)中電線的要求也高很多。普通系統(tǒng)中，一般使用普通的聚氯乙稀銅線就能滿足要求。但在 BIPV 系統(tǒng)中，我們建議使用光伏專用電線：雙層交聯(lián)聚乙烯浸錫銅線。另外考慮到溫度對(duì)電阻的影響， BIPV 建筑系統(tǒng)中選用的電線直徑應(yīng)該要比普通光伏系統(tǒng)大一些。 建議選擇著名國際品 牌的連接器；有同事做過對(duì)比實(shí)驗(yàn)。性能優(yōu)異的連接器的防水性能和耐老化性能要比一般的連接器好很多。如果連接器的防水性能不好，這可能會(huì)導(dǎo)致大樓帶電。如果連接器的耐老化性能不佳，這將會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)漏電、電線氧化。 4 結(jié)束語 BIPV 建筑設(shè)計(jì)應(yīng)把建筑的安全性放到第一位，在保證安全的前提下再來考慮優(yōu)化系統(tǒng)多發(fā)電。本文只提到了 BIPV 應(yīng)用中的一部分問題，還有很多問題有待大家共同探索和研究。 第 25 頁 共 221 頁 光伏逆變電源系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 隨著能源消費(fèi)的增長(zhǎng)、日益惡化的生態(tài)環(huán)境和人類環(huán)保意 識(shí)的提高，世界各國都在積極尋找一種可持續(xù)發(fā)展且無污染的新能源。太陽能作為一種高效無污染的綠色新能源，一種未來常規(guī)能源的替代品，尤其受到人們的重視。太陽能的直接應(yīng)用主要有光熱轉(zhuǎn)換、光電轉(zhuǎn)換和光化學(xué)轉(zhuǎn)換三種形式，光電轉(zhuǎn)換（即光伏技術(shù)）是最有發(fā)展前途的一種。 0、引言 隨著能源消費(fèi)的增長(zhǎng)、日益惡化的生態(tài)環(huán)境和人類環(huán)保意識(shí)的提高，世界各國都在積極尋找一種可持續(xù)發(fā)展且無污染的新能源。太陽能作為一種高效無污染的綠色新能