【文章內(nèi)容簡介】 色彩與周圍環(huán)境更加和諧協(xié)調(diào)。根據(jù)建筑工程的需要，已經(jīng)生產(chǎn)出多種滿足屋頂瓦、外墻、窗戶等性能要求的太陽電池組件。其外形不單有標(biāo)準(zhǔn)的矩形，還有三角形、菱形、梯形、甚至是不規(guī)則形狀。也可以根據(jù)要求，制作成組件周圍是無邊框的，或者是透光的，接線盒可以不安裝在背面而在側(cè)面。 容量的確定 對于并網(wǎng)光伏系統(tǒng)，由于不受到蓄電池容量的限制，并且有公共電網(wǎng)作為后盾，確定光伏方陣容量時，不必像獨立光伏系統(tǒng)那樣一定要經(jīng)過嚴(yán)格的優(yōu)化設(shè)計，只要根據(jù)負(fù)載的要求和投資情況經(jīng)過適當(dāng)計算就可決定 [4]。對于一般家庭使用，通常太陽電池方陣容量的范圍為 1~5 千瓦。 方陣傾角 在獨立光伏系統(tǒng)中，光伏方陣要盡量朝向赤道傾斜安裝，與水平面之間的傾角要經(jīng)過嚴(yán)格的計算，以達到光伏方陣輸出的極大性和均衡性 [5]。而在并網(wǎng)光伏系統(tǒng)中，只要考慮光伏方陣輸出的極大性即可。然而在實際應(yīng)用中，往往因為要服 從于建筑物外形的需要，方陣可能會有各種朝向，傾角也可能從0~900 都有，這就需要光伏和建筑設(shè)計師共同協(xié)商，兼顧的雙方的需要，妥善解決。 計量電表 家庭使用的并網(wǎng)光伏系統(tǒng)中，光伏方陣所發(fā)出的電能，主要供給用戶負(fù)載使 6 用，多余部分輸入電網(wǎng)，用戶負(fù)載所消耗的電能，也是由光伏方陣和公共電網(wǎng)共同供應(yīng)。原則上可以用一塊電表來進行計量，電網(wǎng)供電時電表正轉(zhuǎn)，光伏方陣向電網(wǎng)饋電時電表反轉(zhuǎn)。實際上由于各國政府對于開發(fā)利用新能源大多實行優(yōu)惠政策，目前太陽能發(fā)電的上網(wǎng)電價要遠大于用戶的用電電價，常常用兩塊電表來分別計 量，所以有“買入”電表和“賣出”電表的區(qū)別。 逆變和控制器 太陽電池方陣所發(fā)出的是低壓直流電，要與電網(wǎng)連接，必須變換成 220 伏、380 伏甚至更高電壓的交流電，而且對于電能質(zhì)量如：電壓、波動、頻率、諧波和功率因素等參數(shù)都有嚴(yán)格的要求。為了保證電網(wǎng)、設(shè)備和人生安全，還必須配備并網(wǎng)檢測保護裝置，如對于處理：過 /欠電壓、過 /欠頻率、電網(wǎng)失電（防孤島效應(yīng)）、恢復(fù)并網(wǎng)、直流隔離、防雷和接地、短路保護、斷路開關(guān)、功率方向保護等都有明確的規(guī)定。所以逆變和控制器是并網(wǎng)光伏系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)備。 光 伏建筑一體化的整體要求。 (1) 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，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伏組件，不僅需要滿足光伏組件的性能要求，同時要滿足幕墻的三性實驗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 厚的鋼化超白玻璃加鋁合金邊框就能達到使用要求。但同樣尺寸的組件用在 BIPV 建筑中，在不同的地點，不同的樓層高度，以及不同的安裝方式，對它的玻璃力學(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)計算得到的結(jié)果。 (2)建筑的美學(xué)要求 BIPV 建筑首先是一個建筑，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，而對于建筑物來說光線就是他的靈魂，因此建筑物對光影要求甚高。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 7 璃阻擋視線的作用。如果 BIPV 組件安裝在大樓的觀光處，這 個位置需要光線通透，這時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。 一個建筑物的成功與否，關(guān)鍵一點就是建筑物的外觀效果，有時候細微的不協(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，這時的旁路二極管沒有了接線盒的保護，要考慮采用其他方法來保護它，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。 (3) 建筑結(jié)構(gòu)與光伏組件電學(xué)性能的配合 在設(shè)計 BIPV 建筑時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，這會造成組件間的電壓、電流不同，這個時候可以考慮對建筑立面進行分區(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。 (4) 巧妙利用太陽能的建筑 太陽能為保護環(huán)境創(chuàng)造了有利條件，于是許多建筑學(xué)家巧妙利用太陽能建造太陽能建筑。 太陽能墻：美國建筑專家發(fā)明太陽能墻，是在建筑物的墻體外側(cè)裝一層薄薄的黑色打孔鋁板，能吸收照射到墻體上的 80%的太陽能量。被吸入鋁板的空氣經(jīng)預(yù)熱后，通過墻體內(nèi)的泵抽到建筑物內(nèi)，從而就能節(jié)約中央空調(diào)的能耗。 太陽能窗：德國科學(xué)家發(fā)明了兩種采用光熱調(diào)節(jié)的玻璃窗。一種是太陽能溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)，白天采集建筑物窗玻璃表面的暖氣， 然后把這種太陽能傳遞到墻和地板的空間存儲，到了晚上再放出來；另一種是自動調(diào)整進入房間的陽光量，如同變色太陽鏡一樣，根據(jù)房間設(shè)定的溫度，窗玻璃或是變成透明或是變成不透 8 明。 太陽能房屋：德國建筑師塞多。特霍爾斯建造了一座能在基座上轉(zhuǎn)動跟蹤陽光的太陽能房屋。該房屋安裝在一個圓盤底座上，由一個小型太陽能電動機帶動一組齒輪，使房屋底座在環(huán)形軌道上以每分鐘轉(zhuǎn)動 3厘米的速度隨太陽旋轉(zhuǎn)。這個跟蹤太陽的系統(tǒng)所消耗的電力僅為該房太陽能發(fā)電功率的 1%，而該房太陽能發(fā)電量相當(dāng)于一般不能轉(zhuǎn)動的太陽能房屋的兩倍。 建筑 特點 1. 能夠滿足建筑美學(xué)的要求； 2. 能夠滿足建筑物的采光要求； 3. 能夠滿足建筑的安全性能要求； 4. 能夠滿足安裝方便的要求； 5. 能夠具有壽命長的優(yōu)勢； 6. 具有綠色環(huán)保的效果。 9 三 . 光伏建筑一體化的優(yōu)缺點 目前在建筑中注入綠色 元素，已成為建筑發(fā)展的趨勢，且綠色建筑也將是 21世紀(jì)世界建筑的主流。綠色建筑有豐富的內(nèi)涵，各國評價不一，但潔凈能源，尤其是太陽能的合理、高效利用是綠色建筑的重要內(nèi)容。此部分主要講 光伏建筑一體化的優(yōu)缺點。 光伏建筑一體化的優(yōu)點 （ 1） 綠色能源。太陽能光伏建筑一體化產(chǎn)生的是綠色能源，是應(yīng)用太陽能發(fā)電，不會污染環(huán)境。太陽能是最清潔并且是免費的，開發(fā)利用過程中不會產(chǎn)生任何生態(tài)方面的副作用。它又是一種再生能源，取之不盡，用之不竭。 (2) 可原地發(fā)電、原地用電，在一定距離范圍內(nèi)可以節(jié)省電站送電網(wǎng)的投資。對于聯(lián)網(wǎng)戶用系統(tǒng)，光伏陣列所發(fā)電力既可供給本建筑物負(fù)載使用，也可送入電網(wǎng)。在陰雨天、夜晚或光強很小的時候，寂載可由電網(wǎng)供電。由于有光伏陣列和公共電網(wǎng)共同給負(fù)載供應(yīng)電力，增加了 供電的可靠性。 (3) 夏季，處于日照時，由于大量制冷設(shè)備的使用，形成電網(wǎng)用電高峰。而這時也是光伏陣列發(fā)電最多的時候。 BIPV 系統(tǒng)除保證自身建筑用電外，還可以向電網(wǎng)供電，從而緩解高峰電力需求。 (4) 由于光伏陣列安裝在屋頂和墻壁等外圍護結(jié)構(gòu)上，吸收太陽能、轉(zhuǎn)化為電能大大降低了室外綜合溫度，減少了墻體得熱和室內(nèi)空調(diào)冷負(fù)荷，既節(jié)省了能源，又利于保證室內(nèi)的空氣品質(zhì)。 (5) 避免了由于使用一般化石燃料發(fā)電所導(dǎo)致的空氣污染和廢渣污染，這對于環(huán)保要求嚴(yán)格的今天與未來更為重要。 (6) 由于光伏電池 的組件化，光伏陣列安裝起來很簡便，而且可以任意選擇發(fā)電容量。 (7) 在建筑圍護結(jié)構(gòu)上安等光伏陣列，可以促進 PV 部件的大規(guī)模生產(chǎn)，從而能夠進一步降低 PV 部件的市場價格，這對于 BIPV 系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用有著極大的推動作用。 10 (8) 大尺度新型彩色光伏模塊的誕生，不僅約了昂貴的外裝飾材料 (玻璃幕墻等 )，且使建筑外觀更有魅力。 （ 9） 聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)光伏陣列一般安裝在閑置的屋頂或墻面上，無需額外用地或增 建， 其他設(shè)施，適用于人口密集的地方使用。這對于土地昂貴的城市建筑尤其重要 。 光伏建 筑一體化的缺點 雖然太陽能光伏建筑一體化有高效、經(jīng)濟、環(huán)保等諸多優(yōu)點，并已在世博場館和示范工程上得以運用，但光伏建筑還未進入尋常百姓家，成片使用該技術(shù)的民宅社區(qū)并未出現(xiàn)。這是由于太陽能光伏建筑一體化存有兩大問題 ： 一是太陽能光伏建筑一體化建筑物造價較高。一體化設(shè)計建造的帶有光伏發(fā)電系統(tǒng)的建筑物造價較高，在科研技術(shù)方面還有待提升。 二是太陽能發(fā)電的成本高。目前太陽能發(fā)電 的電價 是每度 45元，比常規(guī)發(fā)電成本每度 1元翻倍。 三是太陽能光伏發(fā)電不穩(wěn)定，受天氣影響大，有波動性。這是由于太陽并不是一天 24小時都 有，因此如何解決太陽能光伏發(fā)電的波動性，如何儲電也是亟待解決的問題。 四是在這方面的人才缺乏。 11 四． BIPV 在國內(nèi)外 的 發(fā)展?fàn)顩r