光伏建筑一体化简介

光伏建筑一体化简介现代化社会中，人们对舒适的建筑热环境的追求越来越高，导致建筑采暖和空调的能耗日益增长。在发达国家，建筑用能已占全国总能耗的３０％—４０％，对经济发展形成了一定的制约作用。光伏建筑一体化，是应用太阳能发电的一种新概念，简单地讲就是将太阳能光伏发电方阵安装在建筑的围护结构外表面来提供电力。根据光伏方阵与建筑结合的方式不同，光伏建筑一体化可分为两大类：一类是光伏方阵与建筑的结合。这种方式是将光伏方阵依附于建筑物上，建筑物作为光伏方阵载体，起支承作用。另一类是光伏方阵与建筑的集成。这种方式是光伏组件以一种建筑材料的形式出现，光伏方阵成为建筑不可分割的一部分。如光电瓦屋顶、光电幕墙和光电采光顶等。在这两种方式中，光伏方阵与建筑的结合是一种常用的形式，特别是与建筑屋面的结合。由于光伏方阵与建筑的结合不占用额外的地面空间，是光伏发电系统在城市中广泛应用的最佳安装方式，因而倍受关注。光伏方阵与建筑的集成是BIPV的一种高级形式，它对光伏组件的要求较高。光伏组件不仅要满足光伏发电的功能要求同时还要兼顾建筑的基本功能要求。[1]光伏建筑一体化在国外的发展现状美国是世界上能量消耗最大的国家，国会先后通过了“太阳能供暖降温房屋的建筑条例”和“节约能源房屋建筑法规”等鼓励新能源利用的法律文件。在经济上也采取有效措施，不仅在太阳能利用研究方面投入大量经费，而且由国会通过一项对太阳能系统买主减税的优惠办法。因此，美国太阳能建筑的发展极为迅速，无论是对太阳能建筑的研究、设计优化，还是材料、房屋部件结构的产品开发、应用，以及真正形成商业运作的房地产开发，美国均处于世界领先地位，并在国内形成了完整的太阳能建筑产业化体系。美国于上个世纪８０年代初就由新墨西哥洲的洛斯阿拉莫斯科学实验室编制出版了被动式太阳房设计手册。此外，美国还出版了许多实用的被动式太阳房建筑图集，既介绍成功的设计实例，也有对太阳房原理、构造的详细说明。这些工具书的发行和一些样板示范房屋的建立，对美国公众接受太阳房起到了很好的促进作用。比较著名的示范建筑有：位于新泽西州普林斯顿的凯尔布住宅；位于新墨西哥州科拉尔斯的贝尔住宅；位于新墨西哥州圣塔菲的圣塔菲太阳房；位于加利福尼亚州阿塔斯卡德洛的阿塔斯卡德洛住宅，以及位于新墨西哥州科拉尔斯的戴维斯住宅。这些建筑采用壁炉或电散热器作辅助热源，但太阳能供暖率均在７５％以上，有的已达到１００％，例如阿塔斯卡德洛住宅。早在上个世纪４０年代，美国麻省理工学院就开始利用太阳能集热器作为热源的供暖、空调系统研究，先后建成了ｗ号实验太阳房。这些实验太阳房，即是最早的主动式太阳房。到７０年代以后；又有华盛顿近郊的托马森太阳房和科罗拉多州丹佛市的洛夫太阳房等主动式太阳房的示范建筑建成。这些太阳房的成功运行，说明太阳能供热、空调系统在技术上是完全可行的，但由于投资较大，推广普及程度不及被动式太阳房。直到进入９０年代，由于开发出更加高效的太阳集热器和吸收式制冷机、热泵机组，应用范围才得以扩大。日本在主动式太阳房的研究应用领域也处于世界前列。１９７４年日本通产省制定了“阳光计划”，并按此计划建造了数幢典型太阳能采暖空调试验建筑，如矢崎实验太阳房。而且多年来日本的太阳能采暖、空调建筑一直稳步发展，并已应用于大型建筑物上。此外，法国、德国、澳大利亚、英国等发达国家也拥有相当先进的太阳能建筑应用技术。著名的集热蓄热墙采暖方式即是法国人菲利克斯·特朗勃的专利，法国的奥代洛太阳房是该采暖理论转化为实际应用的第一个样板房。英国利物浦附近的沃拉西的圣乔治郡中学，则是直接受益式太阳房最大和最早的样板之一。尽管英国的太阳能资源并不丰富，该所中学安装的常规采暖系统却从未使用过。最后值得一提的是近几年来在发达国家已有相当发展水平的“零能房屋”，即完全由太阳能光电转换装置提供建筑物所需要的全部能源消耗，真正做到清洁、无污染，它代表了２１世纪太阳能建筑的发展趋势。由于许多国家的政府（如美国、德国）都制定了太阳能在国家总能源消耗中的所占比例应超过２０％的计划，相信这种“零能房屋”将会有十分良好的发展前景。光伏建筑一体化建筑种类根据光伏方阵与建筑结合的方式不同，太阳能光伏建筑一体化可分为两大类：第一类是光伏方阵与建筑的结合。这种方式是将光伏方阵依附于建筑物上，建筑物作为光伏方阵载体，起支承作用。第二类是光伏方阵与建筑的集成。这种方式是光伏组件以一种建筑材料的形式出现，光伏方阵成为建筑不可分割的一部分。光伏方阵与建筑的结合是一种常用的形式。2023年奥运会体育赛事的国家游泳中心和国家体育馆等奥运场馆中，采用的就是光伏方阵与建筑结合的太阳能光伏并网发电系统，这些系统年发电量可达70万千瓦时，相当于节约标煤170吨，减少二氧化碳排放570吨。(施鹤群)光伏建筑一体化建筑优点航(1)完绿色能源。吩太阳能光伏协建筑一体化池产生的是绿存色能源，是太应用太阳能节发电，不会蛇污染环境。挣太阳能是最怨清洁并且是棒免费的，开清发利用过程狠中不会产生忠任何生态方鞭面的副作用侍。它又是一社种再生能源房，取之不尽肥，用之不竭多。暂(2)私不占用土签地。光伏阵款列一般安装粒在闲置的屋让顶或外墙上洞，无需额外羊占用土地，障这对于土地信昂贵的城市尾建筑尤其重妙要；夏天是捆用电高峰的斩季节，也正涝好是日照量趁最大、光伏卫系统发电量慢最多的时期圾，对电网可箱以起到调峰是作用。陕(3)常太阳能光伏第建筑一体技造术采用并网渔光伏系统，图不需要配备漏蓄电池，既霞节省投资，浅又不受蓄电绍池荷电状态伟的限制，可爸以充分利用罢光伏系统所捏发出的电力帽。鱼(4)调起到建筑湾节能作用。少光伏阵列吸败收太阳能转购化为电能，挣大大降低了不室外综合温重度，减少了舅墙体得热和喘室内空调冷慧负荷，所以拒也可以起到畏建筑节能作企用。因此，伪发展太阳能距光伏建筑一块体化，可以果“节能减排昆”。(施鹤灾群)蒙光伏建筑一勇体化建筑存疮在的问题型虽然太备阳能光伏建印筑一体化有饿高效、经济拿、环保等诸退多优点，并宴已在世博场泥馆和示范工肤程上得以运策用，但光伏写建筑还未进虽入寻常百姓宅家，成片使遥用该技术的姻民宅社区并漏未出现。这皱是由于太阳岸能光伏建筑呀一体化存有茄两大问题践一是太握阳能光伏建贝筑一体化建中筑物造价较锤高。一体化恐设计建造的舍带有光伏发三电系统的建秋筑物造价较镇高，在科研墙技术方面还误有待提升。旺河二是太租阳能发电的斗成本高。目涌前太阳能发洲电的成本是洋每度2.5喘元，比常规歪发电成本每腥度1元翻倍秋。划三是太单阳能光伏发柜电不稳定，惠受天气影响食大，有波动动性。这是由芒于太阳并不评是一天24中小时都有，戒因此如何解炭决太阳能光常伏发电的波题动性，如何允储电也是亟找待解决的问肥题。负(施鹤演群)垫光伏建筑一鸡体化建筑示驴范工程从世界各驻地出现了不液少太阳能光施伏建筑一体至化建筑物，断中国也不例采外，中国在廊借鉴国外发绒达国家推行犯太阳能光伏鲁建筑一体化生技术经验的插基础上，开榴始发展太阳根能光伏建筑长一体化建筑术物。章(1)备上海的一些鹿地标性工程熔在建设过程乳中已经使用剂新能源系统豪,并注意与手建筑本身融显为一体。如负，在虹桥交抹通枢纽庞大黎的主体建筑附上，顶面和剪部分外立面咳均安装了太桌阳能发电装府置，总量达刻6.5个兆场瓦，竣工后汉，每年将为蹈虹桥高铁客继运站提供6兼50万度清粒洁电力，可露减少二氧化陶碳排放50他00吨左右绣。书(2)怀2003梅年，在北京渔市大兴区建千成了一幢建镇筑面积达8捉000平方约米的综合利衣用新能源的珍生态建筑示资范工程，经吹过近一年的箱运行后，于辆2004年孟6月全面通稼过验收，被袜专家评议为膊“我国第一缝幢综合利用狗太阳能解决苦能源问题的挣建筑示范工桨程”。该工坟程中“50段千瓦大型屋痰顶光伏并网啦示范电站”浪是国家科技筑部“十五”羞科技攻关项款目。嘱(3)春2004年余，深圳建成议目前亚洲最珠大的并网太棒阳能光伏电蹈站，该光伏饺电站总容量剥1兆瓦，年音发电能力约穗为100万常度。电站设勒计及安装与淋深圳综合展驴馆、花卉展柿馆等建筑融抖为一体，堪谱称国内绿色我建筑的典范与。奇(4)姜北京南站中惧，主站房屋简面中央采光深带也采用了史太阳能光伏铁发电系统，耐该系统总发抬电量约32甩0千瓦，可贞辅助解决车搂站的用电问豆题。漠上述光京伏建筑一体雅化建筑的设抓计和建成，袜对于中国在堪更多城市建动筑中推广光住伏建筑一体何化的用能模夕式具有明显掩的示范意义烦，对于广大寿的农村地区距推广这种太熟阳能利用方列式也具有借垃鉴意义。(乳施鹤群)装上海世博会若上展示的光但伏建筑一体蚁化建筑拦上海世耀博会上，展辰示了多种太堡阳能光伏建翠筑一体化建宽筑，起到了睁示范效应，蹲能使人们逐解渐意识到未隔来城市建设召的生态建筑杠理念。瞧(1)虏英国零碳馆究的屋顶上，兔片片深色的遗太阳能电池绞板本身就是默屋顶建材，嗓通过吸收太饺阳能所产生块的能量不仅状用于发电、逼供暖，还与办被动风能和郑地源热能共晒同带动室内阅通风，调节容屋内的温度协和湿度。最(2)团法国阿尔萨娇斯的水幕太派阳墙，在法挎国阿尔萨斯执案例馆，“艺水幕太阳能赴墙”外层同甘样覆盖太阳开能电池板，缩能把照射到坏墙体外层的筒太阳光转换刑成电，正好专能维持“水瓜幕太阳能墙盈”不断运作之，为建筑带彻来冬暖夏凉免的感觉。六(3)盼德国弗莱堡视的生态建筑修，怠(4)曲中国馆、主渡题馆、世博佛中心和城市执未来馆四座摸标志性建筑鼓上采用太阳右能光伏建筑迁一体化技术利。上海世博裕会上光伏建絮筑的太阳能样发电规模达虽到4.68倍兆瓦，年均捕发电可达4损06万千瓦纸时，减排二猛氧化碳总量熟逾3400粪吨。世博园辱里的光伏建垂筑一体化并玩网电站，在尽世界同类电取站尤其是中龄心城区的电杨站中，总容第量位居前列哭。按在世博喊园内刷新了胳我们对建筑起的概念：通摧过太阳能光青伏组件与建叛筑材料合为霜一体，建筑黎物的门窗、朴外墙和屋顶狗皆能通过日巴照产生无污乘染的“绿电虾”，整座建涂筑成了无污胶染的“发电卫机”。从这炭种途径获得困的清洁电能殖不仅可供建货筑本身使用瞒，还可以输稿入城市电网赏，进入千家摸万户。(施卸鹤群)飞光伏建筑一径体化在国内畜的发展动态叮1、绿免色健康住宅苗根据国家有苍关部门的要原求，已进入捧了试点应用皮研究的重点叙阶段，而作浪为可再生能尊源的太阳能差热利用技术栏也同时进入打了快速发展弱时期，太阳鲁能热水器真退成为广大民盗众绿色家电遵的首选。建渔设部相继召宪开了“太阳趋能与建筑结伐合应用研讨箩会”，国家认有关部门对篇这项课题十贡分重视并抓口得很紧，建编设部、科技许部、经贸委苏先后分别下众发了《建设队部建筑节能渐“十五”计脾划纲要》、士《科技型中隶小企业技术咸创新基金若奴干重点项目污指南》、《握新能源和可道再生能源产琴业发展“十裂五”规划》晌、《关于组脆织实施资源途节约与环境扰保护重大的勇通知》等文桥件，强调并闯提出课题开插发应用的目导标，明确了衬发展的重点盖和重点支持毯的具体项目由。为此，中营国建筑标准敞设计研究所事承担了编制董建筑工程行胡业标准、建撕筑施工工法肝、标准设计挣图集等“太驶阳能供热制网冷成套技术叨开发与示范况”的课题，克为太阳能与注建筑一体化凑事业的健康食稳步发展，伙也为我们设伙计单位承担弃这项课题的恐专项设计提吴供有利条件候。福州康安缓康合太阳能阿公司200攀2年在“湖咸前兰庭”9量幢别墅做了威第一个太阳预能与建筑一蚊体化示范工坏程，接着又道在福州武警立消防大厦、杜泉州“中远曾名城”，马讽尾“时代广倡场”商住楼非等多处做了漆多例大型的加太阳能集中刺供热系统工切程，已全部坊通过验收投虹入使用，节鲜能效果显著寿。晶2、据甘了解，目前托太阳能利用代与建筑一体怠化这项新课导题主要是科谱研、院校在胀研究开发，误一些能源技棋术开发公司帅承担施工安浮装，福州康鸽安康合太阳康能技术开发徒公司经过多幸年的研究、鹿试验和开发掠，拥有“太都阳能吸热瓦述片”、“真济空管太阳能灶中央热水器隆”、“不对抬称太阳能集监热板”等多截项国家实用的型专利，该抢公司利用多尤项成果，专沉业从事太阳耀能集中供热脏建设，在解娱决太阳能与捏建筑一体化请上取得很大耀突破，已经费设计、安装康了上述介绍鞭的几项大工举程，积累了五很多的实践昂经验，取得瓣了可喜的成霜绩。五光伏建筑一伟体化的发展橡方向衰目前建足筑物空气温册度调节消耗绝着大量的能番量。在我国捉，它要占到软建筑物总能土耗的约70托％。用空调税机和燃煤来惧控制室温不拌仅消耗能量秘，带来外界卫的环境污染葱，而且并不筋能给室内人来员带来健康批的环境（虽肉然暂时它是袖舒适的）。就在太阳能用锡于采暖方面灭，除造价较凶高的被动式蚁太阳房有一倍些示范型建警筑外，还没纯有大规模的房采用。主动兰式太阳能供樱能由于成本王更高，与我占国的经济发群展也是远不害相适应。因花此，建筑供气能的主动与宪被动相结合父的思想及太执阳能与常规垦能源相结合禾的思想。按权照房间的功诚能，采用不律同方案的配还合及交叉，抖这样可以大津大降低太阳祖能用于建筑后供能的一次打投资和运行谊成本，使得犯整个方案在个商业化的意由义下具有可补操作性。被显动采暖与降灰温的意义在宁于使建筑本碰身能量负荷检大大降低（煌节能率约7们0％），使吼其所要求主劳动供能装置我提供的能量艳大大降低。滋也就是说，姨它将对昂贵拉装置的要求糕降低。另外附，被动供能矮是巧妙利用吩自然条件的通变化来调节撇室内温度。壮我们认为，诵建筑物内空问气温度调节桐技术发展方钥向不应当是勒改变自然环寿境来满足人胆的要求，而具是应当尽量决巧妙地利用系并顺应自然站界来满足人剪们对健康和址舒适的要求除。研究空调马的目的应当隔是尽量减少貌人工环境，例而不是相反块。主动供能蠢的意义在于妖保障建筑室熟内的舒适性探增加。在主释动与被动供唯能相互配合芹组成供能系寄统的情况下陷，整套建筑询供能系统的瑞设备性能将侄会提高，而浙尺寸和造价猾将会降低。脉悠光伏建筑一北体化建筑设豪计中需注意庆的几个问题辰一、光伏组惜件的力学性篇能乒作为普支通光伏组件松，只要通过韵IEC61吗215的检牺测，满足抗工130km饺/h(2，胖400Pa裙)风压和抗幅25mm直巩径冰雹23况m/s的冲林击的要求。激用做幕墙面莲板和采光顶销面板的光伏充组件，不仅舅需要满足光覆伏组件的性遗能要求，同盟时要满足幕伸墙的三性实臂验要求和建哨筑物安全性轻能要求，因兽此需要有更暖高的力学性临能和采用不究同的结构方蚕式。例如尺亡寸为120眨0mm×5宪30mm的正普通光伏组言件一般采用重3.2mm东厚的钢化超痒白玻璃加铝烟合金边框就呀能达到使用痛要求。但同聪样尺寸的组榴件用在BI跌PV建筑中详，在不同的墨地点，不同怜的楼层高度辩，以及不同邪的安装方式肠，对它的玻惊璃力学性能完要求就可能部是完全不同挖的。南玻大志厦外循环式际双层幕墙采曾用的组件就劈是两块6m锦m厚的钢化伯超白玻璃夹吵胶而成的光卖伏组件，这柏是通过严格婶的力学计算晌得到的结果冠。伞二、建筑的福美学要求阻BIP棕V建筑首先容是一个建筑跨，它是建筑碧师的艺术品就，就相当于躁音乐家的音铅乐，画家的艇一幅名画，廉而对于建筑第物来说光线极就是他的灵海魂，因此建啄筑物对光影拔要求甚高。压但普通光伏鉴组件所用的题玻璃大多为椅布纹超白钢盘化玻璃，其抚布纹具有磨软砂玻璃阻挡身视线的作用馆。如果BI证PV组件安暮装在大楼的肝观光处，这除个位置需要绸光线通透，钉这时就要采历用光面超白灭钢化玻璃制浸作双面玻璃锋组件，用来傍满足建筑物适的功能。同剧时为了节约写成本，电池谈板背面的玻膨璃可以采用米普通光面钢亩化玻璃。偏一个建判筑物的成功巩与否，关键战一点就是建软筑物的外观洋效果，有时坝候细微的不介协调都是不虹能容忍。但甘普通光伏组衫件的接线盒万一般粘在电赵池板背面，娇接线盒较大丢，很容易破织坏建筑物的而整体协调感易，通常不为居建筑师所接丢受，因此B出IPV建筑各中要求将接举线盒省去或更隐藏起来，移这时的旁路迅二极管没有威了接线盒的扒保护，要考艇虑采用其他资方法来保护孟它，需要将减旁路二极管肃和连接线隐舱藏在幕墙结致构中。比如隙将旁路二极渗管放在幕墙贱骨架结构中绍，以防阳光江直射和雨水颤侵蚀。唐普通光那伏组件的连逢接线一般外染露在组件下宫方，BIP三V建筑中光财伏组件的连宏接线要求全皇部隐藏在幕杜墙结构中。号富三、建筑结设构与光伏组敌件电学性能老的配合堵在设计础BIPV建锈筑时要考虑纠电池板本身删的电压、电援流是否方便侨光伏系统设魂备选型，但碑是建筑物的趟外立面有可葬能是一些大稍小、形式不毯一的几何图马形组成，这秤会造成组件驶间的电压、锡电流不同，正这个时候可颗以考虑对建嗽筑立面进行尤分区及调整荒分格，使B利IPV组件辽接近标准组吨件电学性能屡，也可以采锻用不同尺寸魂的电池片来联满足分格的仰要求，以最昌大限度地满环足建筑物外定立面效果。问另外，还可仆以将少数边萍角上的电池现片不连接入些电路，以满卡足电学要求琴。池四、巧妙利筝用太阳能的滤建筑碑太阳能炼为保护环境撤创造了有利逼条件，于是牺许多建筑学萌家巧妙利用扭太阳能建造仙太阳能建筑端。煮