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光伏建筑一體化設(shè)計(jì)論文精選
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。著重討論了光伏建筑一體化設(shè)計(jì)中需要注意的幾個(gè)問題，以供參考。
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)絹碓街匾曁柲堋L(fēng)能等可再生能源的利用。光伏建筑一體化建筑是光伏應(yīng)用形式中最接近人類生活的一種，其效果的好壞將直接影響到人們對(duì)光伏產(chǎn)品的映像。
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)。BIPV即BuildingIntegratedPV，PV即Photovolta-ic。光伏建筑—體化(BIPV)不同于光伏系統(tǒng)附著在建筑上(BAPV：BuildingAttachedPV)的形式。兩種系統(tǒng)的實(shí)例請(qǐng)見圖1、2、3。
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。
圖2為深圳南玻幕墻及光伏工程有限公司建造的南玻光伏建筑一體化建筑。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。此建筑的太陽電池板是建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的一部分，其既可以遮風(fēng)擋雨，又可以發(fā)電，同時(shí)又起到了遮陽的作用。
圖3為深圳市國際園林花卉博覽園并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)。在此BAPV建筑中采用的是普通太陽電池組件，太陽電池組件通過支架安裝在原先建好的屋頂上。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。在建造BAPV系統(tǒng)前，首先要考慮建筑的結(jié)構(gòu)受力問題、以及對(duì)建筑風(fēng)格的影響等問題，并不是所有建筑都適合建造BAPV系統(tǒng)。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。
3BIPV建筑設(shè)計(jì)中需注意的幾個(gè)問題
3.1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(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。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(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。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(jì)算得到的結(jié)果。
3.2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。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(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。同時(shí)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(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。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(shí)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。
3.3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。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。3.4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，只是簡單地安裝在建筑物上或者支撐構(gòu)件上，和建筑物并沒有形成統(tǒng)一的整體。這時(shí)的光伏組件作為BIPV組件來使用往往會(huì)將大量的熱量帶入室內(nèi)，造成耗能和節(jié)能相矛盾的情況，同時(shí)也不能滿足建筑的隔音要求。這時(shí)可以將普通光伏組件做成中空Low-E玻璃的形式，這樣既能隔熱又能隔音。或者采用南玻大廈一樣的雙層外循環(huán)系統(tǒng)的幕墻形式。
3.5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。但在BIPV組件中，要考慮到室內(nèi)的采光要求，這時(shí)要調(diào)整電池片間距到25mm左右，使組件的透光率在30％左右。
3.6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。一般BIPV組件安裝高度較高、安裝空間較小。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。
3.7光伏系統(tǒng)壽命問題
普通光伏組件封裝用的膠一般為EVA，由于EVA的抗老化性能不強(qiáng)、使用壽命達(dá)不到50年，不能與建筑同壽命。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。Schott和Schuco現(xiàn)在已經(jīng)有PVB封裝的光伏組件，國內(nèi)還沒有廠家掌握這種技術(shù)。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)有更長的使用壽命。盼望國內(nèi)光伏組件生產(chǎn)商盡快掌握PVB封裝技術(shù)。
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。BIPV建筑系統(tǒng)中的連接線大多都在幕墻立柱、橫梁等密閉結(jié)構(gòu)中，其溫度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于普通光伏系統(tǒng)電線所處的環(huán)境溫度，這對(duì)BIPV建筑系統(tǒng)中電線的要求也高很多。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。但在BIPV系統(tǒng)中，我們建議使用光伏專用電線：雙層交聯(lián)聚乙烯浸錫銅線。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。
建議選擇著名國際品牌的連接器；有同事做過對(duì)比實(shí)驗(yàn)。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。如果連接器的防水性能不好，這可能會(huì)導(dǎo)致大樓帶電。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。
4結(jié)束語
BIPV建筑設(shè)計(jì)應(yīng)把建筑的安全性放到第一位，在保證安全的前提下再來考慮優(yōu)化系統(tǒng)多發(fā)電。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。
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