太阳能光伏建筑一体化探讨

1、 本文由richardrich031贡献 pdf文档可能在WAP端浏览体验不佳。建议您优先选择TXT，或下载源文件到本机查看。 Th e S pe cia l F oc us 特 别 关 注 光电建筑一体化 太阳能光伏建筑一体化探讨 住房和城乡建设部科技发展促进中心郝斌李现辉 保定电谷锦江国际酒店 太阳能光伏建筑一体化在我 国尚处在起步发展阶段，设计时 应充分考虑建筑用电需求特性、 一体化形式、成本效益等多方面 因素，避免盲目上马，做到科学 合理利用。随着科学技术的不断 进步，光伏建筑一体化水平将不 断提高，太阳能光伏建筑一体化 将成为未来光伏应用中的重要领 域之一。 太阳能光伏建筑发展背景

2、国外部分发达国家从上世纪 9 0 年代初就开始大力发展光伏建筑一体化应 用，各国政府努力通过光伏发电补贴政策和银行贷款的激励机制来推动其应用发 展。比如 1997 年，美国总统克林顿在联合国环境发展会议上提出“百万太阳能 屋顶计划” ，199 9 年德国通过推行“10 万屋顶计划”等来推动光伏建筑一体化 的城市并网发电系统发展。目前光伏建筑一体化系统发电是世界上大规模利用光 伏技术的最重要市场之一。 我国在可再生能源发展“十一五”规划中明确指出“在太阳能资源较 好的大中城市开展光伏屋顶、阳光照明等光伏发电应用，在新建别墅等高档住宅 区和城市标志性建筑上安装光伏发电系统” 。2009 年 5 月

3、 21 日，财政部与住房 和城乡建设部联合出台的关于加快推进太阳能光伏建筑应用的实施意见正式 启动了我国的“太阳能屋顶计划” 。 国外光伏与建筑的结合形式大体上分为两类：一是 建筑与光伏系统的结合，或称为光伏附着设计 （BAPV） ；另一种是建筑与光伏组件的结合，或称为光 伏和建筑的一体化集成设计（BIPV） ，要求光伏器件与 建筑材料集成化。 国内对光伏与建筑的结合形式还没有统一的划分。 在 20 09 年财政部、住房和城乡建设部下发的关于印 发太阳能光伏建筑应用示范项目申报指南的通知中， 为了体现对光伏建筑一体化应用项目的引导和支持，将 其按安装方式分为建材型、构件型和与屋顶、墙面结合 安

4、装型三类。但是在实际操作过程中发现，由于工程项 目情况的千差万别，后两种分类无法明显界定。 在实践工作的基础上，可将太阳能光伏与建筑的结 太阳能光伏建筑一体化问题探讨 、光伏建筑一体化形式 合形式分为两种：一是光伏构件及系统本身具备建筑功 能，如图 1 所示；二是光伏组件及系统与建筑外表或建 32 建设科技 专家?研究篇 图 钢结构支架 图 建材型 筑环境的一般结合形式，如图 2 所示。换句话说，建议将光伏与建 筑结合形式分为建材型和非建材型两种，二者的划分在概念上既不 重叠，而且又准确反映了光伏与建筑一体化程度的显著不同。 、用电需求与建筑面积利用最大化 我国每年新增建筑幕墙为 2000 万

5、平方米,若 5% 采用光伏幕墙, 则可装机容量约为 40MWp,可年发电约 0.5 5 亿 kWh。据不完全统 计，我国建筑屋顶面积总计约 100 亿平方米, 若 % 的屋顶采用光 伏组件覆盖，则年发电约 150 亿 kWh。可见推进太阳能光伏发电系 统在建筑中的规模化应用，其潜力十分巨大。尤其是在城市，土地 资源及空间非常有限，如何最大化的利用建筑屋顶、幕墙等建筑面 积成了大多数人进行光伏建筑发电系统设计的首选。 进行光伏建筑并网发电系统设计，应考虑建筑用电的负荷及其 变化规律。首先与建筑结合的光伏系统，可以分为独立电源供电和 并网供电两种方式，后者又分为逆流并网和非逆流并网系统。非逆 流并

6、网就是通常说的低压端并网系统，由于不需要蓄电池，造价低， 易实施，近年来已经广泛应用于光伏建筑的发电系统中。其次，每 栋建筑的负荷需求和特性都是不一样的，设计时不能盲目的模仿和照 搬。很多光伏项目中，出现只关注项目装机容量，没有兼顾考虑建筑 用电负荷的现象，成本大幅度提高，从收益率上来讲是不可行的。 此外，进行光电建筑一体化设计，还有必要了解用电负荷的特 性，即每天 24 小时内的不同时间的用电规律。因此明确建筑用电负 荷及其特性的前提下，确定合理的建筑利用面积，有助于系统最优化 设计，提高光伏建筑一体化利用水平。 、一体化形式与发电效率最大化 光伏系统的发电效率受到光伏组件的朝向和倾角的影响

7、，如表 1 所示。显然，当朝向或倾角不同时，全年的能量输出差值很大。如 果 1KW p 的光伏系统安装在建筑南立面，则全年的能量输出与倾角 22.5°相比，减少了 46.9%。双轴跟踪式太阳能发电系统就是通过调 整光伏组件的倾角和朝向，使光伏发电组件始终跟踪太阳，处于最佳 发电状态，保证光伏系统的转换效率最大化，如图 3 所示。 目前国内在新建建筑中采用建材式的光伏建筑一体化应用形式较 多。在建筑的设计阶段就考虑将太阳能光伏元素融合到建筑中去，既 图3 双轴跟踪系统 图 非建材型 图 4 光伏屋顶 图 5 光伏幕墙 建设科技 33 Th e S pe cia l F oc us 特

8、别 关 注 光电建筑一体化 保持了建筑的美观，又能够最大限度的发挥太阳能 系统的发电效能。例如将建筑屋顶作为光伏阵列的 安装位置具有独特的优势，日照条件好，不易受遮 挡，可以充分接受太阳辐射，如图 4 所示。光伏玻 璃幕墙将光伏技术融入了玻璃幕墙，突破传统玻璃 幕墙单一的围护功能，把以前被当作有害因素屏蔽 在建筑物表面的太阳光，转化为被人们利用的电 能，如图 5 所示。 就某种角度而言，光伏建筑一体化与发电效率 最大化很难同时做到，太阳能光伏在建筑中应用时 不应单一追求发电效率。光伏系统的发电效率固然 重要， 但是随着光伏建筑一体化水平的不断提高， 除 实现系统设计发电量和与建筑美观协调等目标

9、之外， 一些新的附加功能也日益体现出来，如表2 所示。可 见，光伏应用技术作为一种新型的技术，在建筑学 上已经成为一种新的可行的选择。光伏建筑一体化 应用技术可以利用太阳能这种巨大的可再生能源来 产生电力，又可以作为多功能建筑材料构成实际的 建筑物构件，为建筑提供遮阳、通风等附加功能。 、工程应用技术创新 随着太阳能光伏发电系统在建筑中的大量应 用，光伏系统及组件也随着一体化水平的提高，不 断进行技术改进和创新。例如低倍聚焦光伏技术在 工程中的应用，如图 6 所示；光伏薄膜夹胶玻璃从最初透光度 10% 到现在的 50%， 如图 7 所示；光伏百叶窗等一体化光伏组件的生产和应用，如图 8 所示。为减少灰 尘对光伏电池转换效率的影响，有些工程已经开始对光伏组件表面自动清洗技术进 行了尝试。如图 9 所示。 在光伏建筑一体化中，光伏组件作为建筑的有机组成部分，在建筑的寿命周期 内，其使用寿命、转换效率的衰减等以及系统的运