太阳能发电与建筑一体化.doc

我国首座太阳能发电与建筑一体化正式并网发电核心提示： “电谷锦江”国内首座太阳能发电与建筑一体化完美结合标志性建筑，被定义为“金属与玻璃时装” 国内第一个实现建筑光伏发电并网运行，发电系统全动化。预计年发电量为26万度，相当于一个小型发电站，发电直接并入大电网，绿色、环保 太阳能大厦秘密武器其“呼吸式太阳能玻璃幕墙”。它不仅能够发出电，还具有良好透光、遮阳、节能、隔音效果 “电谷锦江”只保定市电谷广场一部分，全部项目建成后，电谷广场总发电容量将达到1.5兆瓦经过一段时间试运行，我国首座太阳能发电与建筑一体化完美结合标志性建筑保定“电谷锦江国际酒店”，今日将正式并网发电，这也国内首个实现建筑光伏发电并网运行示范工程。昨日，记者实地探寻了这座“会发电大厦”神奇。“光电大厦”相当于小型发电站远远望去，“电谷锦江大厦”在蓝天下巍然矗立，与周边其他时尚现代大厦相比，区别似乎不很大。但大厦技术人员告诉记者，这一座科技含量非常高太阳能大厦，秘密就在大厦外面玻璃幕墙上。据大厦技术人员介绍，这座被定义为“金属与玻璃时装”太阳能光伏大厦，在楼顶、立面、裙楼顶甚至挡雨棚等九个不同部位，安装了55种不同型号太阳能电池板，总计达到3800块、4500平方米。在一般天气阳光照射下，这座大厦光电玻璃幕墙便能产生0.3兆瓦电能。按当地年平均日照时间来估算，预计年发电量为26万度，相当于一个小型发电站，发出来电直接并入大电网。同时年可替代104吨标准煤，减少二氧化碳排放量75.5吨，二氧化硫排放量2.3吨，烟尘排放量1.8吨，一座绿色、环保、人性化、科技化完美建筑。 玻璃幕墙能发电、透光和“呼吸” 走进“会发电大厦”大堂内，明亮阳光透过顶上一排排光电板射进来。而走入大厦房间内，窗外明亮光线也透过光电幕墙射进来，完全没有记者想象中光线暗淡。这怎么回事呢？ 技术人员介绍说，“会发电大厦”玻璃幕墙不但能够发电，而且还能透光和“呼吸”。 据介绍，普通光伏发电板不透光，但作为一座五星级酒店，首先要考虑到居住舒适性，因此房间必须保证采光良好、温度适宜、外观悦目。这就要求安装在酒店上一种全新太阳能电池板。经过科技人员艰苦攻关，终于研发出一种全名为“双玻组件”太阳能电池板。用这种“双玻组件”建成玻璃幕墙，既具有传统幕墙功能，也能够将阳光转换成清洁电力，即使在阴天也能够发电。同时还具有良好透光、遮阳、节能、隔音效果。 此外，因为太阳能发电系统电池组件电池片温度高于25时，电池组件功率就会下降，因此技术人员特别在幕墙底部和顶部设置了大量百叶窗，通过空气自然对流为幕墙降温，这就“呼吸式太阳能玻璃幕墙”。 “电谷广场”一部分 实际上，并网发电“电谷锦江大厦”，只保定市“电谷广场”一部分，全部项目建成后，其并网发电能力将达到1.5兆瓦。 很多人不知道，“会发电大厦”前身，曾经烂尾楼“越秀酒店”。早在2003年，这座大厦主体建筑就已经完工。但由于种种原因，这座大厦建设和经营权却几度易手，成为保定市区一座“烂尾楼”。保定市委、市政府对大厦建设情况十分关心，决定通过市场方式转让大厦建设权和经营权。2006年7月，保定本土企业英利集团下属一家公司，以1.26亿人民币价格拍得酒店建设权、经营权，并最终将其打造成一座自发电大厦。 同时，借助保定“中国电谷”飞速发展，对周边地块进行详细规划和设计，最终形成了“电谷广场”方案。 据介绍，“电谷广场”占地面积14.4公顷，总建筑面积11.18公顷，建筑密度为30%，绿地面积为40%。除近日投用“电谷锦江国际酒店”外，还包括商务会议中心、商务会所及大型地下停车场等建筑。所有建筑都将太阳能发电融入整体设计中，大规模、多角度采用了光伏发电技术。其中，电谷广场二期工程商务会展中心，已于2007年11月5日开工建设。 全部建成后，电谷广场总发电容量将达到1.5兆瓦，年发电量为171万度，可替代684吨标准煤，可减少二氧化碳排放量496吨、二氧化硫排放量14吨、氮化物排放量7吨、烟尘排放量12吨。 并网发电全自动、管理方便 虽然数千块太阳能光电板复杂地连在一起并网发电，但管理起来却非常方便，这得益于技术方研发全自动控制系统。据介绍，太阳能光电板发出来直流电，一般需要用蓄电池将太阳能发出电进行储存。而并网发电则将太阳能电力用设备直接并入电网使用。像“电谷锦江大厦”，就通过专用设备将太阳能电池板发出直流电，转换成符合电网要求交流电。经过升压后太阳能电力，可以达到与常规电力一样要求，满足生产和生活需要。 这些复杂控制和转换，全靠技术人员自主研发光伏发电数据控制系统。这个系统位于酒店地下一层总控室内，通过操纵电脑，并网发电管理和维护非常简单、高效。这个系统甚至可以方便地对每一块电池板使用进行监控，整座酒店所有太阳能电池板都实现了模块化安装和维修，如果其中一块发生了故障，可以方便地将这一块进行更换，而不会对整个系统产生影响。 同时，这个系统可以实时记录酒店并网工程发电量，而设在酒店大厅大型液晶显示器，可随时显示大厦发电量、总发电量以及太阳能辐照度、风速等天气参数。 科技含量高创下多个“第一” 今日并网发电“电谷锦江”大厦，因为科技含量高在国内创下多个“第一”。 据介绍，由于太阳能幕墙安装和并网发电实现，这座高科技“光电大厦”拥有了光伏建筑一体化在五星级酒店应用、呼吸式太阳能玻璃幕墙应用和大规模多角度光伏建筑一体化应用三个“中国第一”。同时，将为我国太阳能双玻组件产品标准、太阳能双玻组件在幕墙应用设计标准、太阳能双玻组件在幕墙应用安装标准“三个标准”建立奠定基础。 据悉，“电谷锦江国际酒店”将成为国内太阳能光伏发电与建筑一体化示范基地，对全国建筑节能技术推广起到良好示范作用，促进我国可再生能源利用和发展。目前，在我国推广光伏并网发电系统存在的困难还较大。根本原因是生产太阳能电池片的原材料和光伏并网发电的核心部件和技术还依赖进口，成本高。所以，光伏并网发电系统在我国的推广，一方面要依靠国家政策的扶持，另一方面也是最为重要的是，要依靠科学研究，提高自主创新的能力。我省首个并网发电的太阳能与建筑一体化示范工程的重要意义就在于此。本项目的内容不是太阳能光伏发电系统和建筑物的普通结合，而是太阳能发电光伏器件和建筑材料及结构一体化集成，并且突破性地解决目前单独使用太阳能光伏发电成本过高问题。关键技术是研制适合太阳能光伏发电与建筑屋顶一体化的太阳能电池新材料和实施新工艺、新结构。本项目在同行业处于国际先进、国内领先水平。我国太阳能发电应用包括太阳能光伏发电和太阳能热发电。目前，我国除了利用光伏发电为边远地区和诸如通讯、导航和交通等分散电源供电之外，也开始了屋顶并网光伏发电系统的试验和示范工作，以及大规模荒漠半荒漠光伏并网发电系统的可行性研究工作。在我国能源结构中，目前太阳能等可再生能源利用的比重很小，在光伏发电方面，我国20多年光伏电池累计用量仅为100MWp，目前还没有大型的光伏并网发电系统。而在世界范围内，如德国、日本等发达国家已经建设了一批兆瓦级并网光伏发电系统，近年来一批十兆瓦级光伏并网发电系统也正在建设之中。我国，一些发达省市陆续开展了城市建筑屋顶光伏发电的试点。如，上海2005年6月的“十万太阳能屋顶计划”拉开了国内光伏建筑大规模应用的序幕，推出一系列绿色电力机制，由单位和个人自愿认购绿电，所得绿电费专款专用发展上海绿电事业。绿电是指通过太阳能等可再生能源生产的绿色电力，每度认购单价比常规电力高0.53元，截止2007年6月9日，上海已有5138户居民认购，认购总量77万度。除居民认购外，上海有22家单位认购了总共1476万度绿电。这一有力举措将推进我国第一个“十万太阳能屋顶计划”的落实。该计划将用十年时间，将上海现有2亿平方米屋顶的1.5，约300万平方米，即十万个屋顶用作太阳能发电，相当于新建一个300兆瓦的电站。十万屋顶计划完成后，每年将发电4.3万度，节约2万吨煤炭，减少近4万吨二氧化碳的排放。当前，太阳能光伏发电急待解决的两个问题是：(1)太阳能电池成本的快速降低；(2)太阳能电池光电转化效率的不断提高。太阳能产业极有可能在2009年或2010年开始进入黄金发展期。美国马萨诸塞州普罗米修斯可持续发展学院院长特拉维斯在他新出版的太阳革命一书中预言，太阳能将在未来20年内成为功效最佳、价格最低的替代能源，其价格将在10年内下降一半，20年内下降75%。本项目研究的创新之处在于：不是太阳能光伏发电系统和建筑物的普通结合，而是太阳能光伏发电器件和建筑材料及结构一体化集成,并且突破性地解决目前单独使用太阳能光伏发电系统成本过高问题。何为建筑一体化太阳能光伏发电技术在众多可再生能源发电技术中,太阳能光伏发电技术(Photovoltaics)被公认为是最有希望的。将太阳能光伏发电与建筑结合在一起，就有了建筑一体化太阳能光伏发电技术（Building Integrated Photovoltaics, 以下简称BIPV）。太阳能并网发电器件主要是电池板和逆变器。如何把电池板作为建筑材料，同时考虑发电效率的最大化，可能是BIPV 的最大任务。当然，如何使逆变器做到高效、可靠、易用，也是BIPV 的一项很有挑战性的工作。中国的BIPV 1.政府导向虽然目前还没有并网发电的法律依据，以及技术标准，也没有鼓励补贴措施，然而，许多公司正在积极建设城市并网发电示范工程。而这些示范工程中，大多采用一些初级的BIPV技术，即把电池板直接安装在屋顶上。政府已经在号召太阳能界积极行动起来，制定有关并网发电的技术标准。太阳能光电建筑应用:第一位就是要和建筑一体化，要大规模地推广太阳能光伏发电，要把太阳能光伏发电应用到千家万户，一个非常关键的问题是和建筑的一体化。当前太阳能光电建筑应用主要为太阳能屋顶、光伏幕墙等光电建筑一体化。其中屋顶太阳能光电建筑应用较为广泛，其主要特点是：可以调节太阳能电池板与太阳光之间的朝向，我国地处北半球，太阳能电池板要朝南，要朝北就不行，因此光伏幕墙有一定的局限性。目前太阳能光电建筑应用主要分为两种：1、太阳能独立发电系统建筑应用 ：可以实现与常规电力进行切换，从而实现在太阳能发电系统发电量不足的情况下，改由常规电力供电。太阳能电池板产生的直流电力通过逆变器转变为交流电，然后向用电负荷供电，同时多余的电量又通过控制器向蓄电池组充电。在无日照的情况下，通过逆变器由蓄电池向用电负荷供电，当蓄电池的电力不足时，自动切换到常规电力，由常规电力给用电器提供电能。该太阳能发电系统主要由太阳能电池组件、太阳能电池支架、控制器、逆变器、蓄电池组等组成。整个系统全自动运行无需人工管理。网址：2、太阳能光伏并网发电建筑应用：太阳能电池板产生的直流电力通过逆变器转变为交流电, 不经过蓄电池储能 , 直接通过并网逆变器 , 把电能送上电网 .效率更高，稳定性更好，经济性更优，有利于城市内推广应用。“太阳能家用发电系统”从1KW-50KW逐一划分，不再单纯的讲每天只发1度电-50度电，而是根据客户在实际使用过程中，每天的用电时间，用电高峰的峰值功率，照明设施，电器设施的负载特性来选择控制器，逆变器，蓄电池的各项技术参数。并且输出的220V交流电全部采取隔离处理，即使家中老人或小孩因不小心触摸到220V电力时也不会发生电击，不会对人体造成任何损伤，这样不仅提高了整套系统的安全性，也提高了整套系统的经济价值。太阳能建筑在中国已经历了几十年的发展。最初的太阳能建筑为中国五六十年代的太阳房，主要采用被动技术，通过被动设计满足人们的基本需求。现在，太阳能技术除被动技术外，还发展了主动技术，这主要表现在太阳能光热利用和太阳能光电利用两个方面。光热利用主要是用于采暖和制冷，根据利用温度的高低分为高温利用、中温利用和低温利用。工程供热主要是太阳能高温利用，日常的生活热水供应主要是低温利用。太阳能光电技术主要是利用单晶硅或多晶硅将光能转化为电能，一般用于航天飞机、空间站或边远地区。太阳能建筑的光电利用，主要是用来实现太阳能照明。太阳能光热技术在中国的应用非常广泛，具有良好的产业化和商业化基础。而太阳能光电技术，由于其较高的成本，还未像光热那么普及。中国太阳能建筑发展环境日趋良好。在中国，1998年5月29日签署加入京都议定书，2006年12月1日批准施行可再生能源法，2007年8月31日发布中国可再生能源中长期发展规划，2008年4月1日正式实施节约能源法，2008年10月1日开始实施建筑节能条例。“节能减排”、“节能省地”成为建筑行业点击率最高的词语之一。这一切都在向人们昭示：中国的房屋建设及其能源问题已成为中国社会的全局问题，太阳能建筑在中国的发展逐渐受到社会各界的广泛关注。目前，江苏、山东、河北、海南、云南等省，北京、上海、深圳、大连等市已经在新建12层以下居住建筑以及办公建筑、学校、医院、宾馆等公共建筑中开始强制推行太阳能热水系统，因此，应用太阳能热水系统完全可以成为国家层面的建筑节能强制要求，从而让50%或65%的建筑节能目标包含更多的内涵。在中国太阳能与建筑一体化技术已基本成熟的条件下，太阳能与建筑一体化是中国太阳能利用行业发展的必然趋势。中国政府对CO2减排国际义务的承诺和科学发展观的落实，以及不断加强的建筑节能全民意识和日益成熟的房地产市场环境，促进了建筑节能完整利益链与市场化运行机制的形成，为建筑利用太阳能提供了良好机遇。可以肯定，未来的建筑市场将是节能减排的市场，太阳能建筑将迎来快速发展的春天。1、 您所从事的设计主要是以民用为主还是公建为主？2、 您对太阳能发电与建筑一体化有什么看法？3、 您认为太阳能发电与建筑一体化在我国发展缓慢的原因是什么？4、 您认为当前太阳能发电与建筑一体化还存在哪些问题？5、 您是否看好太阳能发电与建筑一体化未来发展？6、 国家颁布对太阳能光电建筑应用的相关支持政策，您认为未来对太阳能光电建筑会产生怎样的影响？7、 您选择产品时主要关注哪方面信息？8、 您在设计中需要找产品资料时一般通过什么方式？9、 您平时经常收到直投的资料吗？销售人员上门拜访的多吗太阳能光伏电站光伏电站主要分为独立光伏电站和并网光伏电站。独立光伏电站系统由太阳电池方阵、系统控制器、蓄电池组、直流/交流逆变器等组成。并网光伏电站系统由太阳能电池方阵、系统控制器、并网逆变器以及其他配件等组成。相对于独立系统并网系统的直流电压较高，有多组光伏组件串联。它的最大优点是省略了蓄电池组和充电控制器，使系统的成本大大降低，同时提高了发电效率。太阳能所产生的电能直接传输到负载或电网。24届“全国门窗幕墙设计师培训班”上讲学稿摘要：从当前世界金融危机促进太阳能光伏建筑一体化发展入手，论述了太阳能光伏建筑一体化的定义、原理、类型、方式、特点和要求；介绍了薄膜光电池在太阳能光伏建筑一体化的发展及伏势，列举了一些国内外案例；光伏建筑一体化太阳能将成为功效最佳、价格最低廉的替代新能源。太阳能光伏建筑一体化发展任重道远。关键词：逆势上扬、三文件、光伏屋顶、光伏幕墙、光伏LED。（一）前言 1. 1金融危机促进发展新能源-太阳能光伏建筑一体化2008年世界金融危机使全球资产面临重新溢价，金融版图随之悄然改写，与之相伴的还有国际油价的跌宕起伏。伴随金融危机恐慌心理的蔓延，影响金融危机的因素扩大。能源安全，作为世界各国政府密切关注及深入研究的课题亦被提上议事日程，世界各国从保护国家安全角度，制定和调整本国的能源战略。为了对付世界性的能源、环境、金融等危机的影响，各国政府高度重视可再生清洁新能源，并把太阳能发电作为首选发展方向。美国奥巴马新政府将新能源列为振兴经济、化解危机的重要对策；美国迫切需要寻找替代传统能源的战略发展方向，将更多地向太阳能等新能源技术投资，奥巴马指出： “能够获得廉价而且清洁的能源的国家，将在未来的经济竞争中胜出，这是美国能够赢得未来的经济竞争的道路。”2009年5月27日，美国总统奥巴马在拉斯韦加斯的内利斯空军基地视察太阳能电池板。（图1.1），美国总统奥巴马提出的经济刺激计划中，首要的就是发展光伏发电能源，力图恢复美国在能源技术方面的国际领先地位，并使光伏发电可再生能源成为美国经济复苏的“发动机”。 德国、西班牙、意大利、法国等多个欧盟国家及日本相继出台新政策，强化部署发展太阳能产业；中东产油国纷纷把传统能源产业利润转投太阳能光伏产业；印度、印尼等发展中国家开始出台实质性的扶持光伏产业发展新政策。 特别引人瞩目的是2009年3月19、20日，胡锦涛总书记等中央领导联袂参加“2009中国国际节能减排和新能源科技博览会”，反复强调：“要大力推进节能减排，积极开发新能源”； 温家宝总理在广东调研时已明确强调“太阳能电池是可再生能源、清洁能源发展的重要载体，也是我国电力工业、能源工业的重要方向”。之后，国家财政部、住房和城乡建设部又于3月23日发出关于加快推进太阳能光电建筑应用的实施意见（财政部财建2009128号），财政部同步印发太阳能光电建筑应用财政补助资金管理暂行办法(财建2009129号)、关于印发太阳能光电建筑应用示范项目申报指南的通知(财办建200934号)，（简称三文件）推出了大幅度补贴示范性光伏发电项目的政策。国务院副总理李克强2009年5月21日出席财政支持新能源和节能环保等新兴产业发展工作座谈会讲话指出：“历史经验表明，每一次危机都孕育着新的技术突破，催生新的产业变革。综合考虑国内外情况，新能源和节能环保产业是促进消费、增加投资、稳定出口一个重要的结合点，也是调整结构、提高国际竞争力一个现实的切入点。这方面发展的潜力很大，应当重点给予扶持，力求取得突破，努力实现产业化、规模化。”2009年06月01日能源局副局长刘琦表示：“新能源发展规划讨论稿已完成将适时出台，新能源规划有三个方面的意义，第一是应对当前的金融危机，扩大内需、拉动投资、增加就业，第二个是应对气候变化，调整能源结构，持续能源的可持续发展。第三个是抢占未来经济发展的制高点，提升中国能源的国际竞争力”。这项 “金太阳”工程的的重点内容将是以国家财政补贴的形式，支持国内光伏市场的启动。把新能源的发展提高到前所未有的“战略高度”。这一系列行动，不仅在中国，而且在全世界范围内产生了极其明显的连动效应，引发了全国各地政府和企业界“光伏积极性”空前高涨。一场“太阳能建筑一体化”风暴正在全国各地掀起。在创建节约型社会的主题带动下，各地政府、企业界纷纷聚焦“太阳能光伏建筑一体化”，一场能源产业的革命已经在爆发边缘，开创太阳能光伏建筑一体化春天。2005年年底发布的国家中长期科学和技术发展规划纲要中，太阳能光伏建筑一体化技术被明确列为能源领域优先主题可再生能源低成本规模化开发利用重点研究目标。中国将进一步把太阳能光伏建筑一体化技术作为能源技术发展的优先主题，大力提高一次能源和终端能源利用技术水平。提升能源装备制造水平，加强能源领域前沿技术研究和基础科学研究，探索太阳能光伏建筑一体化新能源的新途径，大力推进先进适用太阳能光伏建筑一体化（以下简称光伏建筑一体化）新能源技术的产业化。1.2 四万亿救市计划是光伏建筑一体化新能源逆势上扬的强大动力为了应对金融危机给国内产业带来的不利影响，中国制定了高达4万亿元的投资计划，同时推出了“十大措施”。“加强生态环境建设、支持重点节能减排工程”成为其中亮点，政府在4万亿救市计划中着重强调节能环保领域，无疑是给光伏建筑一体化再生能源、太阳能光伏企业提供了广阔的市场机遇。光伏建筑一体化产业将会逆势上扬。中国兴业太阳能公司是生产及安装光伏建筑一体化系统及太阳能产品的著名企业， 2009年1月于香港挂牌上市。兴业太阳能在金融海啸中成功逆境上市表明，此次的金融危机对光伏建筑一体化产业来说不是危机，而是一次很好发展的契机。13推动光伏建筑一体化应用是落实扩内需、调结构、保增长的重要着力点。推动光伏建筑一体化应用是促进我国光电产业健康发展的现实需要。三文件为推动光电建筑应用、拓展国内应用市场、创造稳定的市场需求、促进我国光电产业健康发展提供了可靠的政策依据。三文件优先支持技术先进、产品效率高、建筑一体化程度高、落实上网电价分摊政策的示范项目，从而不断促进提高光电建筑一体化应用水平，增强产业竞争力。对推动光伏建筑一体化应用有重要意义。2004年至2007年底，全球太阳能电池产量增加了437，而中国更是猛增了77倍，2007年底我国电池产量达1088MW，超过日本，成为全球第一大太阳能电池生产国。有一批具有国际竞争力和国际知名度的光伏生产企业，已形成具有规模化、国际化、专业化的产业链条。与世界其它各国的光伏产业相比，中国的光伏行业有一个很大的特点，它几乎是完全依托于国外的市场而起来的。尽管国内太阳能电池产量得到了迅猛发展，但中国光伏发电市场发展却依然缓慢，绝大多数太阳能面板用于出口，国内消费量占比非常小，产业和市场之间发展极不平衡。中国光伏产业是近几年高速发展的新兴产业之一。但由于它的原料、市场甚至设备都严重依靠国际市场，使其成为此次金融危机的重灾区，对于98%的市场都在国外的中国光伏企业来说，国外市场的任何波动，都会在国内掀起巨大的波澜。不仅如此，阴沉的经济环境也阻断了光伏企业到国外融资的渠道，一旦资金与市场的大门同时被关上，国内一些光伏企业可能会休克，甚至死亡。国内太阳能电池光伏产业将会有一个比较大的洗牌过程。在此次金融危机中，日本光伏企业几乎没有受到影响，原因就是日本光伏产品三分之一的市场在本国。所以过度依赖国际市场，加大了市场风险，影响了产业发展。太阳能电池光伏企业已面临投资过热，但太阳能光伏发电在国内就没太多企业在做，尤其是做大规模、大型建筑光伏一体化的太阳能应用国内才刚刚起步，海外市场更需要推广的也是光伏建筑一体化，这正是建筑光伏一体化的拥有的逆势而上的海内外市场前景。（二）太阳能光伏建筑一体化（BIPV）。2.1太阳能光伏建筑一体化的定义与原则太阳能光伏建筑一体化(BIPV)技术即将太阳能发电(光伏)产品集成或结合到建筑上的技术。BIPV即Building Integrated Photovoltaic，其不但具有外围护结构的功能，同时又能产生电能供建筑使用。光伏与建筑一体化（简称BIPV）是“建筑物产生能源”新概念的建筑，是利用太阳能可再生能源的建筑，太阳能光伏建筑一体化太阳能光伏建筑。所谓太阳能光伏建筑一体化不是简单的相加，而是根据节能、环保、安全、美观和经济实用的总体要求，将太阳能光伏发电作为建筑的一种体系进入建筑领域，纳入建设工程基本建设程序，同步设计、同步施工、同步验收，与建设工程同时投入使用。同步后期管理，使其成为建筑有机组成部分的一种理念、一种设计、一种工程的总称。2.2太阳能光伏建筑一体化原则1. 生态驱动设计理念向常规建筑设计的渗透：建筑本身应该具有美学形式，而PV系统与建筑的整合使建筑外观更加具有魅力。建筑中的pv板使用不仅很好的利用了太阳能，极大的节省了建筑对能源的使用，而且还丰富了建筑立面设计和立面美学。BIPV设计应以不损害和影响建筑的效果、结构安全、功能和使用寿命为基本原则，任何对建筑本身产生损害和不良影响的BIPV设计都是不合格的设计。2. 传统建筑构造与现代光伏工程技术和理念的融合；引入建筑整合设计方法，发展太阳能与建筑集成技术。建筑整合设计是指将太阳能应用技术纳入建筑设计全过程，以达到建筑设计美观、实用、经济的要求。BIPV首先是一个建筑，它是建筑师的艺术品，其成功与否关键一点就是建筑物的外观效果。建筑应该从设计一开始，就要将太阳能系统包含的所有内容作为建筑不可或缺的设计元素加以设计，巧妙地将太阳能系统的各个部件融入建筑之中一体设计，使太阳能系统成为建筑组成不可分割的一部分，达到与建筑物的完美结合。3.关注不同的建筑特征和人们的生活习惯；合适的比例和尺度:PV板的比例和尺度必须与建筑整体的比例和尺度相吻合，与建筑的功能相吻合，这将决定PV板的分格尺寸和形式。PV板的颜色和肌理必须与建筑的其他部分相和谐，与建筑的整体风格相统一例如，在一个历史建筑上，PV板集成瓦可能比大尺度的PV板更适合，在一个高技派的建筑中，工业化的PV板更能体现建筑的性格。4.保温隔热的围护结构技术与自然通风采光遮阳技术的有机结合；精美的细部设计:不只是指PV屋顶的防水构造，而要更多关注的是具体的细部设计，pv板要从一个单纯的建筑技术产品很好的融合到建筑设计和建筑艺术之中。5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，才能成功。6建筑的初始投资与生命周期内光伏工程投资的平衡；综合考虑建筑运营成本及其外部成本。建筑运营体现在建筑物的策划、建设、使用及其改造、拆除等全寿命周期的各种活动中，建筑节能技术、太阳能技术以及生态建筑技术对与建筑运营具有重要影响。不仅要关注建筑初期的一次投资，更应关注建筑的后期运营和费用支出，不但要满足民众的居住需求，也要关注住房使用的耗能支出。另外，还应考虑二氧化碳排放等外部环境成本的增加等。2.3为什么要光伏与建筑一体化（BIPV）？由于太阳能能量密度较低并且高度分散，为了提供所需的能源，必须有足够的接受面积。据测算：为了满足2000年全球电力的需求，以太阳能电池转换率10%计算，需要的面积为840km840km=640000km2，这相当于德国和意大利两个国家的面积。我国1995年的发电量约为1亿MWh，如果全部用太阳能电池发电，其接收面积约为12500km2，比天津市还要大。以上数值表明，所需的面积是相当可观的，光伏与建筑一体化有效利用建築物的外表大面積，是解决接受面积的主要途径，光伏建筑一体化的系统，如幕墙光伏发电系统，成本随着建筑物的设计阶段和光伏电池与建筑装饰材料生产过程的结合程度有很大的依赖。研究表明，如果设计院、建材生产商和光伏制造商能够充分协作起来，建材光伏一体化的发电单元的制造成本与单独生产光伏组件的成本类似，甚至比建材加光伏组件的成本还低，而逆变和布线系统则可以整体并入到建筑物的电力系统中去，因此，BIPV的成本可能比单独的光伏发电还要低得多。24光伏建筑一体化的类型和方式光伏建筑一体化一般分为独立安装型和建材安装型两种类型。1.独立安装型。是指普通太阳电池板施工时通过特殊的装配件把太阳电池板同周围建筑结构体相连。其优点是普通太阳电池板叫以在普通流水线上大批量生产，成本低，价格便宜，既能安装在建筑结构体上，又能单独安装，其缺点是无法直接代替建筑材料使用，PV板与建材重叠使用造成浪费，施工成本高。这种独立安装型一体化方式在设计时也并非是与建筑的简单“叠加”，而是将其作为建筑的一种独立的设计元索加以整合，创造出独特的造型效果。2.建材安装型。则是在生产时把太阳电池芯片直接封装在特殊建材内，或做成独立建材的形式，如屋面瓦单元、幕墙单元、外墙单元等，外表面设计有防雨结构，施工时按模块方式拼装，集发电功能与建材功能于体，施工成本低。相比较而言，建材安装型的技术要求相对更高，因为它不仅用来发电，而且承担建材所需要的防水、保温、强度等要求。但是由于必须适应不同的建筑尺寸，很难在同一条流水线上大规模生产，有时甚至需要投入大量的人力进行手工操作生产，对于劳动力价格较低的我国而言，这种太阳电池组件更有利于国际竞争。25建材安装型又分为四种方式，屋顶一体化、墙面一体化、建筑构件一体化和建筑立面LED一体化。1屋顶一体化方式。是指将PV板做成屋面板或瓦的形式覆盖平屋顶或坡屋顶整个屋面，也叫以覆盖部分屋面，后者与建筑的整介具有更高的灵活性。这对于在旧房改造中使用PV板提供了叫能。PV板与屋顶整合一体化一是可以最大限度的接受太阳光的照射，二是可以兼做屋顶的遮阳板或者做成通风隔热屋面，减少屋顶夏天的热负荷。PV板与屋顶的构造做法有两种方式，一种是兼为屋顶防水构造层次的部分，这时必须要求PV系统具有良好的防水性能，另外一种是单独作为构造层次位于防水层之上，后者对于屋顶防水具有保护功能，可以延长防水层的使用寿命。2)墙面一体化方式是指PV板与墙面材料一起进行集成。现代建筑支撑系统和维护系统的分离使PV板能象木材、金属、石材、混凝土等预制板样成为建筑外围护系统的贴面材料。PV板墙面一体化主要有PV板外墙装饰板和PV板玻璃幕墙两种方式。PV板玻璃幕墙是指透光型PV板和玻璃集成制成的光电幕墙。该组件是由太阳电池芯片和双层玻璃板构成，芯片夹在玻璃板之间，芯片之间和芯片与玻璃板边端之间留有定的间隙，以便透光，芯片而积占总而积的70%，也即透光率为30%,叫以有效的解决幕墙的遮阳，在夏天就像把巨大的遮阳伞有效的降低了建筑的热负荷，同时为室内提供特殊的光照气氛，更因其特殊的颜色和肌理拓展了建筑的表现空间。现在PV板价格和某些天然石材己经没有差别，我们相信今后随着PV板的发展，成本只会越来越低，这就为PV板在建筑的广泛应用创造了良好条件。光电屋顶与光电幕墙的出现，为建筑师展示建筑艺术作品多了一种新的选择。 3)建筑构件一体化方式是指PV板与建筑的雨篷、遮阳板、阳台、天窗等构件有机整合在提供电力的同时可以为建筑增加美观的细部。PV板和遮阳板的结合不仅可以为建筑在夏天提供遮阳，还可以使入射光线变得柔和，避免同眩光，改善室内的光环境，而且可以使窗户保持清洁。但同时应该注意到高效率的PV系统并非定是高效率的一体化系统，一体化建筑具有美观性之外，还要求一体化进行科学的计算和设计，满足建筑构件所要求的强度、防雨、热工、防雷、防火等技术要求。4）光伏LED一体化光电LED多媒体动态幕墙和天幕。光伏LED一体化夹层由太阳能电池和LED半导体的透明基板，可放置在幕墙、屋面边框内构成的光电单元，可以模块化。常规交流供电系统作为LED供电电源，必须将电源转换成低压直流电才能使用，考虑到功率因素的影响和LED供电的特殊性，需要合理设计复杂控制转换电路，不仅增加了照明系统成本，又降低了能源的利用效率。太阳能光伏发电技术能与LED结合的关键在于两者同为直流电、电压低且能互相匹配。因此两者的结合不需要将太阳能电池产生的直流电转化为交流电，太阳电池组直接将光能转化为直流电能，通过串、并联的方式任意组合，可得到LED实际需要的直流电，再匹配对应的蓄能电池便能实现LED照明的供电和控制。无需传统的复杂逆变装置进行供电转换，因而这种系统将获得很高的能源利用效率、较高的安全性、可靠性和经济性。太阳能电池与半导体照明LED一体化是太阳能电池和LED技术产品的最佳匹配，是集发电、照明、多媒体、建筑节能、动态幕墙和动态天幕。2.6目前光伏建筑一体化大约有10种型式。光伏组件与屋顶的结合或集成、光伏组件与幕墙、光伏组件与玻璃窗、光伏组件与遮阳板的集成。光伏组件与LED组合或集成的幕墙、天幕等10种型式，如表6.3.1所示：形 式光伏组件要求建筑要求类型1光伏屋顶（天窗）透明光伏组件有采光要求集成2光伏屋顶光伏屋面瓦无采光要求集成3光伏幕墙（或窗）透明光伏组件透明幕墙集成4光伏幕墙非透明光伏组件非透明幕墙集成5光伏遮阳板透明光伏组件有采光要求集成6光伏遮阳板非透明光伏组件无采光要求集成7屋顶光伏电站普通光伏组件无结合8墙面光伏电站普通光伏组件无结合9光伏LED幕墙、LED光伏组件有、无采光均可结合或集成10光伏LED天幕LED光伏组件有、无采光均可结合或集成2.7光伏建筑一体化BIPV的设计2.7.1BIPV的设计要点1）建筑设计规劃設置成本估算發電量預估需求面積(空間)估算有效可利用面積估算規劃模組及設備評估、選用 -對建築物省能、節能之效益評估 -設計、施工及施工期程規劃 -系統維護管理規劃2）太阳辐射-当地太阳幅射能量-太阳角的计算-大气层外的太阳辐射-到达地表的太阳辐射通量-倾斜面上太阳总辐照量3）光伏系统的设备构成-太阳电池方阵，即光伏组件-储能装置，即蓄电池-阻塞二极管-控制器-逆变器4）光伏系统的总体设计-光伏系统的容量设计-光伏系统的机械结构设计-电气设计-辅助设备选配5）环境设计6）其它设计电气设计和辅助设计的选配，这些都需要经验丰富的设计师才能做好。中国太阳能产业联盟网2.7.2发电系统设计21TYN.COMBIPV的发电系统设计与光伏电站的系统设计不同，光伏电站一般是根据负载或功率要求来设计光伏方阵大小并配套系统，BIPV则是根据光伏方阵大小与建筑采光要求来确定发电的功率并配套系统。BIPV光伏系统设计包含三部分，分别为光伏方阵设计、光伏组件设计和光伏发电系统设计。21光伏方阵设计，在与建筑墙面结合或集成时，一方面要考虑建筑效果，如颜色与板块大小；另一方面要考虑其受光条件，如朝向与倾角。光伏组件设计，涉入电池片的选型（综合考虑外观色彩与发电量）与布置（结合板块大小、功率要求、电池片大小进行）；组件的装配设计（组件的密封与安装形式）。光伏发电系统的设计，即系统类型（并网系统或独立系统）确定，控制器、逆变器、蓄电池等的选型，防雷、系统综合布线、感应与显示等环节设计。21tyncom2.7.3结构安全性与构造设计21TYN.COM光伏组件与建筑的结合，结构安全性涉及两方面：一是组件本身的结构安全，如高层建筑屋顶的风荷载较地面大很多，普通的光伏组件的强度能否承受，受风变形时是否会影响到电池片的正常工作等。二是固定组件的连接方式的安全性。组件的安装固定不是安装空调式的简单固定，而是需对连接件固定点进行相应的结构计算，并充分考虑在使用期内的多种最不利情况。建筑的使用寿命一般在50年以上，光伏组件的使用寿命也在20年以上，BIPV的结构安全性问题不可小视。构造设计是关系到光伏组件工作状况与使用寿命的因素，普通组件的边框构造与固定方式相对单一。与建筑结合时，其工作环境与条件有变化，其构造也需要与建筑相结合。如隐框幕墙的无边框、采光顶的排水等普通组件边框已不适用。212.8光伏建筑一体化建筑需注意的几个问题2.8.1BIPV光伏组件的力学性能作为普通光伏组件，只要通过IEC61215的检测，满足抗130km/h(2，400Pa)风压和抗25mm直径冰雹23m/s的冲击的要求。用做幕墙面板和采光顶面板的光伏组件，不仅需要满足光伏组件的性能要求，同时要满足幕墙的三性实验要求和建筑物安全性能要求，需要通过严格的力学计算得到更高的力学性能和采用不同的结构方式。例如尺寸为1200mmX530mm的普通光伏组件一般采用32mm厚的钢化超白玻璃加铝合金边框就能达到使用要求。但同样尺寸的组件用在pv建筑中，在不同的地点，不同的楼层高度，以及不同的安装方式，对它的玻璃力学性能要求就可能是完全不同的。2.8.2BIPV的美学要求BIPV建筑首先是一个建筑，它是建筑师的艺术品，建筑物对光影要求甚高。但普通光伏组件所用的玻璃大多为布纹超白钢化玻璃，其布纹具有磨砂玻璃阻挡视线的作用。如果BIPV组件安装在大楼的观光处，这个位置需要光线通透，这时就要采用光面超白钢化玻璃制作双面玻璃组件，用来满足建筑物的功能。同时为了节约成本，电池板背面的玻璃可以采用普通光面钢化玻璃。BIPV建筑首先是一个建筑，它是建筑师的艺术品，关键一点就是建筑物的外观效果，有时候细微的不协调都是不能容忍。但普通光伏组件的接线盒一般粘在电池板背面，接线盒较大，很容易破坏建筑物的整体协调感，通常不为建筑师所接受，因此BIPV建筑中要求将接线盒省去或隐藏起来，这时的旁路二极管没有了接线盒的保护，要考虑采用其他方法来保护它，需要将旁路二极管和连接线隐藏在幕墙结构中。比如将旁路二极管放在幕墙骨架结构中，以防阳光直射和雨水侵蚀。普通光伏组件的连接线一般外露在组件下方，BIPV建筑中光伏组件的连接线要求全部隐藏在幕墙结构中。2.8.3 BIPV与光伏组件电学性能的配合在设计BIPV建筑时要考虑电池板本身的电压、电流是否方便光伏系统设备选型，但是建筑物的外立面有可能是一些大小、形式不一的几何图形组成，这会造成组件间的电压、电流不同，这个时候可以考虑对建筑立面进行分区及调整分格，使BIPV组件接近标准组件电学性能，也可以采用不同尺寸的电池片来满足分格的要求，以最大限度地满足建筑物外立面效果。另外，还可以将少数边角上的电池片不连接入电路，以满足电学要求。2.8.4 BIPV考虑区域气候特征和经济发达程度的差异；与环境、气候等条件相协调。太阳能光伏一体化建筑的电池方阵所能获得的辐射量决定了它的发电量。太阳辐射量与太阳高度、地理纬度、海拨高度、大气质量、大气透明度、日照时间等有关。一年当中四季的变化，一天当中时间的变化，到达地面的太阳辐射直散分量的比例，地表面的反射系数等因素都会影响太阳能的发电，但这些因素对于具体建筑而言是客观因素几乎只能被动选择。对于光伏组件而言，光伏方阵的倾角、光伏组件的表面清洁度、光伏电池的转换率、光伏电池的工作环境状态等在设计过程中应该考虑的。2.8.5 BIPV应依照建築物方位、當地環境及日照等氣象特性，結合地球科學、氣象學等，進行模擬分析，作好的規劃、設計與施工，使其產生最佳使用效益。对于某一具体位置的建筑来说，通过倾斜面上太阳辐照量计算模型和电池组件电学模型，分析光伏阵列的朝向和倾角对并网系统产能的影响，城市里主要推广BIPV屋顶，因为屋顶可以得到最佳的角度，例如：在广州地区，当光伏阵列朝向正南19倾角时，并网发电系统中有最大的年产出电能，而当阵列朝向偏离正南时，需要减小阵列的倾角来增加光伏阵列的年产出电能；并网发电系统中，高纬度地区光伏阵列朝向对阵列产电的影响较低纬度地区更明显。而在我国的北京、山东等地，角度是45-55度屋顶采光最大，是最佳发电的角2.9 BIPV对光伏组件的要求21tyncnm影响BIPV光伏发电的有两个方面。一是光伏组件可能接受到的太阳能，二是光伏组件的本身的性能。nBIPV将太阳能光伏组件作为建筑的一部分，对光伏组件提出了如下新的要求。2.9.1 颜色与质感21tyncn用于BIPV的光伏组件，由于其安装朝向与部位的要求，在不可能作为建筑外装饰的主要材料的前提下，光伏组件的颜色与质感需与整座建筑协调。2.9.2强度与抗变形的能力21tyn当光伏组件与建筑集成使用时，光伏组件是一种建筑材料，作为建筑幕墙或采光屋顶使用，满足建筑的安全性与可靠性。光伏组件的玻璃需要增厚，具有一定的抗风压能力。同时光伏组件也需要有一定的韧性，在风荷载作用时能有一定的变形，这种变形不会影响到光伏组件的正常工作。21tycn2.9.3透光率21tyn.c在光伏组件与建筑集成使用时，如光电幕墙和光电采光顶，通常对它的透光性会有一定要求。这对于本身不透光的晶体硅太阳电池而言，在制作组件时采用双层玻璃封装，同时通过调整电池片之间的空隙来调整透光量。21tyncom2.9.4尺寸和形状目前大部分的光伏组件的设计为用于光伏电站和与光伏电子产品配套，规格相对比较单一。用于BIPV的光伏组件产品。必须考虑到建筑的的多样化与个性化，一般正规的方形很难满足特殊造型的需求，这方面需要光伏组件的设计生产单位对光伏组件的制作工艺的进行进一步的提高。2.9.5普通光伏组件封装用的胶一般为EVA。由于EVA的抗老化性能不强、使用寿命达不到50年，不能与建筑同寿命而且EVA发黄将会影响建筑的美观和系统的发电量。BIPV光伏组件宜采用PVB或SGP代替EVA制作能达到更长的使用寿命。296建筑隔热隔音的要求普通光伏组件并没有像中空玻璃一样的隔热空气层，只呈简单地安装在建筑物上或者支撑构件上，和建筑物并没有形成统一的整体。这时的光伏组件作为BIPV组件来使用往往会将大量的热量带入室内，造成耗能和节能相矛盾的情况，同时也不能满足建筑的隔音要求，可以将普通光伏组件做成中空LowE玻璃的形式，这样既能隔热又能隔音。或者采双层外循环系统的幕墙形式。297光伏组件安装方便的要求曰PV光伏组件作为建筑物的一部分，它安装要求比普通组件的安装要求高很多，难度大很多。一般BIPV组件安装高度较高、安装空间较小。考虑到安装方便，可以将光伏组件做方便拆卸的单元式幕墙形式，这样既方便了安装，同时也提高安装精度。298对PV板的技术要求：1.避免阴影落在PV板上，这样会大大降低PV板的工作效率。必要时宜进行阴影模拟设计。图2.9.6为一案例。2.在PV板的背而需要有良好的通风，因为单晶硅和多晶硅太阳电池组成的PV板在20左右时效率最高，但是非晶硅PV板则影响很小。3.尽管PV板的使用寿命可达20年，但是应该考虑到局部损坏更换时不会影响整个系统的正常运行，这就要求在设计时应该考虑更换的可能性和留有扩容的余地。4. PV板放置的位置应尽量避免灰尘，表而集灰尘过多也会降低PV的工作效率。在设计时应使PV板保持定的倾斜度，利于雨水冲刷保持洁净。5.尽量使PV板易于连接，为PV板的连线留有介适的位置，使其避免日晒和雨淋，以免减少连线的使用寿命。6.规划师、建筑师和用户在建筑新建或改建过程中尽量为PV板的使用创造条件。只有在取得经济效益的同时合理地解决PV板在建筑使用中的美观和艺术。2.10光伏建筑一体化的系统工作原理光伏建筑一体化主要是光伏发电系统通过光伏组件用于建筑屋顶（光电屋顶）、墙面（光电幕墙）、遮阳（光电遮阳板）来获取电能的一种方式，其工作原理如图2.9。光伏系统工作时，安装在建筑物上光伏组件产生直流电源，通过接线盒与逆变器连接，将直流转换成交流，给建筑物负载供电或给建筑物以外其他负荷供电。光伏建筑一体化的发电主要有两种方式，一种是独立的供电系统，即所发电能直接用于建筑物内部分负载，过剩时采取蓄电池储存。2.10光伏建筑一体化系统分为独立光伏系统和并网光伏系统。带有蓄电池的可以独立运行的PV系统是独立光伏系统。并网光伏发电系统是与电网相连，并向电网馈送电力的光伏发电系统。从长远的角度来看，并网光伏发电