光伏建筑一体化(BIPV)并网电站的应用与发展

    光伏建筑一体化(BIPV)并网电站的应用与发展

    能源是国民经济发展和人民生活水平提高的重要物质基础。太阳能是资源最丰富的可再生能源，具有独特的优势和巨大的开发利用潜力。充分利用太阳能有利于保持人与自然的和谐相处及能源与环境的协调发展。 

    以光伏建筑一体化(BIPV)为核心的光伏并网发电应用占据了目前大部分的光伏市场份额。光伏建筑一体化有以下一些优点：建筑物能为光伏系统提供足够的面积，不需要另占土地；能省去光伏系统的支撑结构、省去输电费用；光伏阵列可代替常规建筑材料，节省材料费用；安装与建筑施工结合，节省安装成本；分散发电，避免传输和分电损失(5～10%)，降低输电和分电投资和维修成本；使建筑物的外观更有魅力。把太阳能同建筑结合起来，将房屋发展成具有独立电源，自我循环式的新型建筑，是人类进步和社会、科学技术发展的必然。联合国能源机构的调查报告显示，BIPV将成为21世纪最重要的新兴产业之一。 

    一、光伏建筑一体化设计原则

    光伏建筑一体化研究已成为21世纪的重要研究课题，由于建筑史一个复杂的系统，一个完整的统一体，如果要将新型太阳能技术融入到建筑设计中，同时继续保持建筑的文化特征，就应该从技术和美学两方面入手，使建筑设计与太阳能技术有机结合，由此产生了“一体化设计”的概念，“一体化设计”是指在建筑规划设计之初，就将太阳能利用纳入设计内容，使之成为建筑的一个有机组成部分，统一设计、施工、调试。 
二、光伏建筑一体化并网发电设计需考虑因素                                                                     

    1.考虑建筑物的周边环境，尽量避开或远离遮荫物。                                                                                    

    2.建筑物的朝向应尽量为东两向或南北向。                                                                                        

    3.根据当地的经纬度，确定屋顶的倾斜角度。一般情况，由于地球是在不停的围绕太阳转动，所以屋顶倾斜角度对整体太阳能发电量的影响并不大，一般不超过5%。相同角度，相同功率的太阳电池，东、西屋面的发电量几乎年等。                                   

    4.根据组件的大小，计算每一个屋面可以安装的组件总数及排列方式。                                                             

    5.根据逆变器输入直流电压，确定每组可串联的总数，由于每一个屋面的朝向不同，光照量和光照时间都不同，一般一个屋面对应一个逆变器，以提高逆变嚣的效率。

    三、光伏与建筑相结合的形式                                                                                                               

    光伏与建筑的结合有两种方式：一种是建筑与光伏系统相结合；另一种是建筑与光伏器件相结合。建筑与光伏系统相结合，把封装好的光伏组件(平板或曲面板)安装在居民住宅或建筑物的屋顶上，再与逆变器、蓄电池、控制器、负载等装置相联。 

    建筑与光伏器件相结合，建筑与光伏的进一步结合是将光伏器件与建筑材料集成化。一般的建筑物外围护表面采用涂料、装饰瓷砖或幕墙玻璃，目的是为了保护和装饰建筑物。如果用光伏器件代替部分建材，即用光伏组件来做建筑物的屋顶、外墙和窗户，这样既可用做建材也可用以发电，可谓物尽其美。                                                                                                  

    把光伏器件用做建材，必须具备建材所要求的几项条件：坚同耐用、保温隔热、防水防潮、适当的强度和刚度等性能。若是用于窗户、天窗等，则必须能够透光，就是说既可发电又可采光。除此之外，还要考虑安全性能、外观和施工简便等因素。                          

    光伏与建筑相结合的形式主要包括与屋顶相结合，与墙面相结合，与遮阳装置相结合等方式，下面分别进行介绍。

    l。光伏与屋顶相结合                                                                                                            

    建筑物屋顶作为吸收太阳光部件有其特有的优势，日照条件好，不易受遮挡，可以充分接受太阳辐射，系统可以紧贴屋顶结构安装，减少风力的不利影响，并且，太阳电池组件可替代保温隔热层遮挡屋面。此外与屋面一体化的大面积太阳电池组件由于综合使用材料，不但节约了成本，单位面积上的太阳能转换设施的价格也可以大大降低，有效的利用了屋面不再局限于坡屋顶，利用光电材料将建筑屋面做成的弧形和球形可以吸收更多的太阳能。                                                                                                

    与屋顶桐结合的另外一种光伏系统：太阳能瓦。太阳能瓦是太阳能光电池与屋顶瓦板结合形成一体化的产品，这一材料的创新之处再于使太阳能与建筑达到真正意义上的一体化，该系统直接铺在屋面上，不需坚在屋顶上安装支架，太阳能瓦由光电模块的形状、尺寸、铺装时的构造方法都与平板式的大片屋面瓦一样。

    2.光伏与墙墙结合                                                                                                              

    对于多、高层建筑来说，外墙是与太阳光接触面积最大的外表面。为了合理的利用墙面收集太阳能可采用各种墙体构造和材料，包括与太阳电池一体化的玻璃幕墙、透明绝热材料以及附加与墙面的集热器等等。                                                           

    此外，太阳能光电玻璃也可以作为建筑物的外围护构件，太阳能光电玻璃将光电技术融入玻璃，突破了传统玻璃幕墙单一的围护功能，把以前被当作有害因素而屏蔽在建筑物表面的太阳光，转化为能彼人们利用的电能，同时这种复合材料不多占用建筑面积，而且优美的外观具有特殊的装饰效果，更赋予建筑物鲜明的现代科技和时代特色。

    3.与遮阳装置的一体化设计

    将太阳能电池组件与遮阳装置构成多功能建筑构件，一物多用，既可有效的利用空间，又可以提供能源，在美学与功能两方面都达到了完美的统一，如停车棚等。

    4.与其它光伏建筑构件一体化设计

    光伏系统还可与景观小品(如路灯、围栏等)相组合构成一体化设计。此外，双面发电的太阳能围栏发电技术采用了正反两面都可以捕捉光线的“PN结”结构，有效提高了电池的输出功率，这种电池与传统电池的最大不同点就是在于它完全突破了太阳电池使用空间和安装区域的限制，可以不必考虑太阳运动对电池发电量的影响，很好地解决了在有限的空间保证功率需求的问题。

    总之，光伏系统和建筑是两个独立的系统，将这两个系统相结合，所涉及的方面很多，要发展光伏与建筑集成化系统，并不是光伏制作者能独立胜任的，必须与建筑材料、建筑设计、建筑施工等相关方面紧密配合，共同努力，并有适当的政策支持，才能成功。

    光伏并网发电和建筑一体化的发展，标志着光伏发电由边远地区向城市过渡，由补充能源向替代能源过渡，人类社会向可持续发展的能源体系过渡。太阳能光伏发电将作为最具可持续发展理想特征的能源技术进入能源结构，其比例将愈来愈大，并成为能源主体构成之一。(摘自：建材机械设备网 李红波，陈鸣波)