【正文】 備及建筑降溫。一種是半透明的更像淺色玻璃窗；另一種是由透明玻璃窗上安裝不透明光電元件，這些元件的排列間距決定了玻璃窗的透光率，就像我們?cè)诓ＡТ吧贤可暇志W(wǎng)一樣。 目前有一種僅用紅外輻射發(fā)電的光電玻璃窗正在研制中。 4） 光電設(shè)備與遮陽設(shè)備 光電系統(tǒng)即可整體組合于入口雨篷中，也可組合與一些獨(dú)立式遮陽 結(jié)構(gòu) 中。隨著電力汽車的數(shù)量增加，這些結(jié)構(gòu)最終會(huì)成為理想的充電站。對(duì)于晶體硅電池則可以用腐蝕絨面的辦法將其表面變成黑色或在蒸鍍減反射膜的時(shí)候加入一些微量原色來改變太陽電池表面的顏色。一般選用非晶硅太陽電池，因?yàn)樗芍谱鞒刹枭Ａб话愕男Ч腹夂枚彝队笆志鶆蛉岷汀? 3） 尺寸和形狀的要求 因?yàn)榭紤]到與 建筑 的結(jié)合，一般正規(guī)的方形很難滿足特殊造型的需求。 4 BIPV 在國(guó)外 太陽光發(fā)電是 21 世紀(jì)科學(xué)技術(shù)的前沿陣地，世界各地的政府都支持太陽光發(fā)電事業(yè)。 有人作過樂觀估計(jì)，在今后太陽能發(fā)電隨著技術(shù)的 不斷改進(jìn)將更加迅猛的發(fā)展，到 010 年發(fā)電量將達(dá)到 ，累計(jì)容量將達(dá)到 20GWp。 5 BIPV 在中國(guó) 雖然目前還沒有并網(wǎng)發(fā)電的法律依據(jù)，以及技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，也沒有鼓勵(lì)補(bǔ)貼措施，然而，許多公司正在積極建設(shè)城市并網(wǎng)發(fā)電示范工程。中國(guó)的奧運(yùn)會(huì)和世博會(huì)，將肯定更 “ 綠 ” 。另外據(jù)了解 2021 年北京奧運(yùn)場(chǎng)館外墻也將貼上太陽能電池，周圍 80%~90%的路燈和洗浴熱水將來自太陽能光伏技術(shù) [8]。 光伏 —— 建筑一體化工程研究 在２１世紀(jì)的新能源技術(shù)中有兩大能源優(yōu)先發(fā)展：太陽光伏發(fā)電與核聚變 。光伏發(fā)電對(duì)世界能源需求將會(huì)做出重大貢獻(xiàn)的兩個(gè)領(lǐng)域是提供住戶用電和用于大型中心電站的發(fā)電。太陽光伏發(fā)電系統(tǒng)只涉及到半導(dǎo)體封裝器件，不消耗常規(guī)能源，無運(yùn)動(dòng)機(jī)械部件，無污染，無噪聲，維護(hù)方便，發(fā)電容量可任意選擇。 ＢＩＰＶ系統(tǒng)可以劃分為兩種形式：光伏屋頂結(jié)構(gòu)（ＰＶ ＲＯ ＯＦ）和光伏墻結(jié)構(gòu)（ＰＶ ＷＡＬＬ）。 對(duì)于一個(gè)完整的ＢＩＰＶ系統(tǒng)，還應(yīng)該有另外一些設(shè)備：負(fù)載、蓄電池、逆變器、系統(tǒng)控制、濾波保護(hù)等裝置。 一、光伏 —— 建筑一體化（ＢＩＰＶ）的形式與特點(diǎn) 第 9 頁 共 221 頁 在上世紀(jì)８０年代，光伏地面系統(tǒng)除大量用于偏僻無電地區(qū)、游牧家庭、航海燈塔、孤島居民供電以及某些特殊領(lǐng)域外，已開始進(jìn)入一般單獨(dú)用戶、聯(lián)網(wǎng)用 戶和商業(yè)建筑。 光伏與建筑的結(jié)合有兩種方式：一種是建筑與光伏系統(tǒng)相結(jié)合；另外一種是建筑與光伏器件相結(jié)合。光伏系統(tǒng)還可以通過一定的裝置與公共電網(wǎng)聯(lián)接。一般的建筑物外圍護(hù)表面采用涂料、裝飾瓷磚或幕墻玻璃，目的是為了保護(hù)和裝飾建筑物。對(duì)于框架結(jié)構(gòu)的建筑物，可把其整個(gè)圍護(hù)結(jié)構(gòu)做成光伏陣列，選擇適當(dāng)光伏組件，既可吸收太陽直射光，也可吸收太陽反射光。 把光伏器件用做建材，必須具備建材所要求的幾項(xiàng)條件：堅(jiān)固耐用、保溫隔熱、防水防潮、適當(dāng)?shù)膹?qiáng)度和剛度等 性能。除此之外，還要考慮安全性能、外觀和施工簡(jiǎn)便等因素。事實(shí)已經(jīng)證明，對(duì)于幾ｋＷ以下的系統(tǒng)，采用太陽光伏發(fā)電是最為理想的。ＢＩＰＶ的聯(lián)網(wǎng)發(fā)電已成為近年來ＰＶ應(yīng)用的主要方向和熱點(diǎn)。各國(guó)一直在通過改進(jìn)工藝、擴(kuò)大規(guī)模、開拓市場(chǎng)等，大力降低光伏電池的制造成本和提高其發(fā)電效率。現(xiàn)在分別介紹一下不同國(guó)家的發(fā)展情況。 第 10 頁 共 221 頁 為了促進(jìn)美國(guó)光伏產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，降低光伏發(fā)電成本以及節(jié)約能源和保護(hù)環(huán)境，美國(guó)前總統(tǒng)克林頓１９９７年６月２６日在聯(lián)合國(guó)環(huán)境與發(fā)展特別會(huì)議上宣布美國(guó)將實(shí)施 “ 百萬太陽能屋頂 ” 計(jì)劃，到2021年要在全國(guó)范圍的住宅、商業(yè)建筑、學(xué)校和聯(lián)邦政府辦公樓屋頂上安裝１００ 萬套太陽能系統(tǒng)，包括光伏系統(tǒng)和太陽能集熱器，可以供應(yīng)電力和熱水。 ２．日本 日本很重視光伏與建筑相結(jié)合的技術(shù)。如三洋電氣公司推出了幾種非晶硅電池與建筑材料相結(jié)合的產(chǎn)品（三洋公司在非晶體太陽電池技術(shù)方面是世界一流的）：一種是做成曲線形瓦片形狀，每片面積為３０５ｃｍ２、輸出功率２．７ＷＰ，價(jià)格比較昂貴；另一種是９０ｃｍ ３５ｃｍ的平板非晶硅電池組件，組件背面有 “ 腳 ” 便于安裝，一 般用做屋頂材料。其半透明組件的透光率為３０％，既可作為窗戶采光用，又可用于發(fā)電（目前德國(guó)也有類似產(chǎn)品）。 １９９７年，通產(chǎn)省又宣布執(zhí)行 “ 七萬屋頂 ” 計(jì)劃，安裝了３７ＭＷＰ屋頂光伏系統(tǒng)。 １９９８年，日本三家公司（清水建筑 、夏普、川崎制鐵）合作研制一種新型建筑材料，即把太陽能電池安裝在建筑材料里，并按需要做成三種，用做屋頂和外墻。 在光伏器件與建筑相結(jié)合方面，ＡＳＥ所屬幾家公司分別推出了多種光伏組件，其中有大尺寸（１．５ｍ ２．５ｍ）的無邊框非晶硅組件，每塊組件功率可達(dá)３６０Ｗｐ，可用于垂直外墻和傾斜屋頂；也推出了尺寸為１ｍ ０．６ｍ的非晶硅不透明組件，可分別用于屋面、垂直幕墻和窗戶。 ４．印度 印度近年來大力推廣應(yīng)用太陽能，已取得了很大成績(jī)。全國(guó)已有４０萬套光伏系統(tǒng)用于多種應(yīng)用領(lǐng)域。 １９９７年１２月１８日印度政府宣布，到2021年要在全國(guó)范圍內(nèi)推廣１５０萬套太陽能屋頂。據(jù)統(tǒng)計(jì)，截止１９９７年底，我國(guó)已完成并正常使用的太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)裝機(jī)容量為１０～１５ＭＷ，主要用于邊遠(yuǎn)地區(qū)居民的供電。 “ 九五 ” 期間我國(guó)在深圳、北京分別成功建成１７ｋＷｐ、７ｋＷｐ光伏發(fā)電屋頂并實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)發(fā)電。 最近獲悉，香港特區(qū)政府為支持環(huán)保工業(yè)，香港工業(yè)署日前撥款１７０萬港 元給香港理工大學(xué)，建立第一座 “ 光伏建筑 ” 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，以太陽能為大廈提供部分電力。 緊緊圍繞降低光伏發(fā)電成本的各種研究開發(fā)工作一直在發(fā)達(dá)國(guó)家緊張地進(jìn)行。 ＢＩＰＶ的開發(fā)是目前世界上大規(guī)模利用光伏技術(shù)發(fā)電的一大研究熱點(diǎn)，西方發(fā)達(dá)國(guó)家都在作為重點(diǎn)項(xiàng)目積極進(jìn)行。 在現(xiàn)代飛速發(fā)展的智能建筑（ＩＢ）中，樓宇自動(dòng)化系統(tǒng)（ＢＡＳ）是一個(gè)重要組成部分。筆者認(rèn)為，ＢＩＰＶ系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)納入ＢＡＳ。隨著光伏組件的廣泛應(yīng)用和價(jià)格大幅度下降，未來實(shí)現(xiàn)智能化的建筑物必定要配裝ＢＩＰＶ系統(tǒng)，同時(shí)這 也是對(duì)ＩＢ內(nèi)容的一個(gè)重要補(bǔ)充。 由于價(jià)格、法規(guī)等因素，ＢＩＰＶ系統(tǒng)在短期內(nèi)還難以大規(guī)模普及，但隨著常規(guī)能源的日益枯竭、人們環(huán)保意識(shí)的日益提高，以及由此促進(jìn)的制造工藝的革新和技術(shù)的發(fā)展，ＢＩＰＶ一定會(huì)展現(xiàn)出強(qiáng)大的生命力。如德國(guó)較為有名氣的某某幕墻公司，已經(jīng)將雙玻璃組合的光伏模組直接安裝于幕墻的外圍護(hù)結(jié)構(gòu)上。他們采用的這種做法，既能夠保證建筑物幕墻的安全性能，又能夠?qū)μ柲茉吹睦?，是一種綠色能源建筑。但真正能夠 達(dá)到 與國(guó)外所謂提出的光伏 BIPV 的示范工程，卻是少之又少。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。正因?yàn)檫@兩種原因，國(guó)內(nèi)未有較好的示例工程，可供業(yè)界同行共享技術(shù)。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。光伏幕墻采光頂是最佳的安裝結(jié)構(gòu)形式。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。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。 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。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。這是兩者的優(yōu)缺點(diǎn)。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。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。圖 2 一圖 5 分別是采光頂設(shè)計(jì)部分圖片。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。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) 。整天累計(jì)發(fā)電 16 度 。最高發(fā)電功率發(fā)生在 13:30 分，達(dá)到 282０ W。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)?？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)。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)。 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。 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?、風(fēng)能等可再生能源的利用。 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)。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。 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。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。 圖 3 為深圳市國(guó)際園林花卉博覽園并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)。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。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。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。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。 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。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。 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。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。 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。 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)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。 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。 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。考慮到安裝方便 ，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。 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。 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。 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。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。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。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。如果連接器的耐老化性能不佳，這將會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)漏電、電線氧化。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。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。 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(guó)都在積極尋找一種可持