光伏建筑一體化

　　光伏建筑一體化即BIPV（Building Integrated PV，PV即Photovolta-ic）。光伏建筑一體化（BIPV）技術(shù)是將太陽能發(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。
　　光伏建筑一體化簡介
　　光伏建筑一體化，是應(yīng)用太陽能發(fā)電的一種新概念，簡單地講就是將太陽能光伏發(fā)電方陣安裝在建筑的圍護(hù)結(jié)構(gòu)外表面來提供電力。根據(jù)光伏方陣與建筑結(jié)合的方式不同，光伏建筑一體化可分為兩大類：一類是光伏方陣與建筑的結(jié)合。這種方式是將光伏方陣依附于建筑物上，建筑物作為光伏方陣載體，起支承作用。另一類是光伏方陣與建筑的集成。這種方式是光伏組件以一種建筑材料的形式出現(xiàn)，光伏方陣成為建筑不可分割的一部分。如光電瓦屋頂、光電幕墻和光電采光頂?shù)取Ｔ谶@兩種方式中，光伏方陣與建筑的結(jié)合是一種常用的形式，特別是與建筑屋面的結(jié)合。由于光伏方陣與建筑的結(jié)合不占用額外的地面空間，是光伏發(fā)電系統(tǒng)在城市中廣泛應(yīng)用的最佳安裝方式，因而倍受關(guān)注。光伏方陣與建筑的集成是BIPV的一種高級形式，它對光伏組件的要求較高。光伏組件不僅要滿足光伏發(fā)電的功能要求同時還要兼顧建筑的基本功能要求。
　　建筑種類
　　根據(jù)光伏方陣與建筑結(jié)合的方式不同，太陽能光伏建筑一體化可分為兩大類： 　　
　　第一類是光伏方陣與建筑的結(jié)合。這種方式是將光伏方陣依附于建筑物上，建筑物作為光伏方陣載體，起支承作用。 　　
　　第二類是光伏方陣與建筑的集成。這種方式是光伏組件以一種建筑材料的形式出現(xiàn)，光伏方陣成為建筑不可分割的一部分。 　　
　　光伏方陣與建筑的結(jié)合（即第一類）是一種常用的形式。2008年奧運會體育賽事的國家游泳中心和國家體育館等奧運場館中，采用的就是光伏方陣與建筑結(jié)合的太陽能光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)，這些系統(tǒng)年發(fā)電量可達(dá)70萬千瓦時，相當(dāng)于節(jié)約標(biāo)煤170噸，減少二氧化碳排放570噸。
　　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) 不占用土地。光伏陣列一般安裝在閑置的屋頂或外墻上，無需額外占用土地，這對于土地昂貴的城市建筑尤其重要；夏天是用電高峰的季節(jié)，也正好是日照量最大、光伏系統(tǒng)發(fā)電量最多的時期，對電網(wǎng)可以起到調(diào)峰作用。 　　
　　(3)太陽能光伏建筑一體技術(shù)采用并網(wǎng)光伏系統(tǒng)，不需要配備蓄電池，既節(jié)省投資，又不受蓄電池荷電狀態(tài)的限制，可以充分利用光伏系統(tǒng)所發(fā)出的電力。 　　
　　(4) 起到建筑節(jié)能作用。光伏陣列吸收太陽能轉(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，所以也可以起到建筑節(jié)能作用。因此，發(fā)展太陽能光伏建筑一體化，可以“節(jié)能減排”。
　　問題
　　雖然太陽能光伏建筑一體化有高效、經(jīng)濟(jì)、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(jìn)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幾大問題
一、造價較高
　　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、成本高
　　太陽能發(fā)電的成本高。目前太陽能發(fā)電的成本是每度2.5元，比常規(guī)發(fā)電成本每度1元翻倍。
三、不穩(wěn)定
　　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。
　　示范工程
　　世界各地出現(xiàn)了不少太陽能光伏建筑一體化建筑物，中國也不例外，中國在借鑒國外發(fā)達(dá)國家推行太陽能光伏建筑一體化技術(shù)經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，開始發(fā)展太陽能光伏建筑一體化建筑物。 　　
　　(1)上海的一些地標(biāo)性工程在建設(shè)過程中已經(jīng)使用新能源系統(tǒng),并注意與建筑本身融為一體。如，在虹橋交通樞紐龐大的主體建筑上，頂面和部分外立面均安裝了太陽能發(fā)電裝置，總量達(dá)6.5個兆瓦，竣工后，每年將為虹橋高鐵客運站提供650萬度清潔電力，可減少二氧化碳排放5000噸左右。 　　
　　(2) 2003年，在北京市大興區(qū)建成了一幢建筑面積達(dá)8000平方米的綜合利用新能源的生態(tài)建筑示范工程，經(jīng)過近一年的運行后，于2004年6月全面通過驗收，被專家評議為“我國第一幢綜合利用太陽能解決能源問題的建筑示范工程”。該工程中“50千瓦大型屋頂光伏并網(wǎng)示范電站”是國家科技部“十五”科技攻關(guān)項目。 　　(3)2004年，深圳建成目前亞洲最大的并網(wǎng)太陽能光伏電站，該光伏電站總?cè)萘?兆瓦，年發(fā)電能力約為100萬度。電站設(shè)計及安裝與深圳綜合展館、花卉展館等建筑融為一體，堪稱國內(nèi)綠色建筑的典范。 　　
　　(4)北京南站中，主站房屋面中央采光帶也采用了太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)，該系統(tǒng)總發(fā)電量約320千瓦，可輔助解決車站的用電問題。 　　
　　上述光伏建筑一體化建筑的設(shè)計和建成，對于中國在更多城市建筑中推廣光伏建筑一體化的用能模式具有明顯的示范意義，對于廣大的農(nóng)村地區(qū)推廣這種太陽能利用方式也具有借鑒意義。
　　發(fā)展方向
　　目前建筑物空氣溫度調(diào)節(jié)消耗著大量的能量。在我國，它要占到建筑物總能耗的約70%。用空調(diào)機(jī)和燃煤來控制室溫不僅消耗能量，帶來外界的環(huán)境污染，而且并不能給室內(nèi)人員帶來健康的環(huán)境（雖然暫時它是舒適的）。在太陽能用于采暖方面，除造價較高的被動式太陽房有一些示范型建筑外，還沒有大規(guī)模的采用。主動式太陽能供能由于成本更高，與我國的經(jīng)濟(jì)發(fā)展也是遠(yuǎn)不相適應(yīng)。因此，建筑供能的主動與被動相結(jié)合的思想及太陽能與常規(guī)能源相結(jié)合的思想。按照房間的功能，采用不同方案的配合及交叉，這樣可以大大降低太陽能用于建筑供能的一次投資和運行成本，使得整個方案在商業(yè)化的意義下具有可操作性。被動采暖與降溫的意義在于使建筑本身能量負(fù)荷大大降低（節(jié)能率約70%），使其所要求主動供能裝置提供的能量大大降低。也就是說，它將對昂貴裝置的要求降低。另外，被動供能是巧妙利用自然條件的變化來調(diào)節(jié)室內(nèi)溫度。我們認(rèn)為，建筑物內(nèi)空氣溫度調(diào)節(jié)技術(shù)發(fā)展方向不應(yīng)當(dāng)是改變自然環(huán)境來滿足人的要求，而是應(yīng)當(dāng)盡量巧妙地利用并順應(yīng)自然界來滿足人們對健康和舒適的要求。研究空調(diào)的目的應(yīng)當(dāng)是盡量減少人工環(huán)境，而不是相反。主動供能的意義在于保障建筑室內(nèi)的舒適性增加。在主動與被動供能相互配合組成供能系統(tǒng)的情況下，整套建筑供能系統(tǒng)的設(shè)備性能將會提高，而尺寸和造價將會降低。
　　建筑設(shè)計
一、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1200mm×530mm的普通光伏組件一般采用3.2mm厚的鋼化超白玻璃加鋁合金邊框就能達(dá)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。
二、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(xì)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(hù)，要考慮采用其他方法來保護(hù)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。
三、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(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。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。
四、巧妙利用太陽能的建筑
　　太陽能為保護(hù)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。 　　
　　1、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。 　　
　　2、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(jìn)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明。 　　
　　3、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(jī)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。 　　
　　五、光伏建筑一體化的最新政策 　　
　　1、太陽能光電建筑應(yīng)用財政補(bǔ)助資金管理暫行辦法（財政部、住房城鄉(xiāng)建設(shè)部2009年3月26日頒布） 　　
　　2、關(guān)于支持加快太陽能光電建筑應(yīng)用的政策解讀（財建[2009]128號，財政部2009年4月發(fā)布） 　　
　　3、國家發(fā)展改革委關(guān)于完善太陽能光伏發(fā)電上網(wǎng)電價政策的通知（發(fā)改價格[2011]1594號）