太阳能光伏建筑一体化及应用与发展前景.doc

题目 _太阳能光伏建筑一体化及应用与发展前景 学院 _ _专业 _光伏材料加工与应用_ 姓名 _学号 _ 指导老师 _职称_教师_ 2012年04月 目 录1引言.12光伏与建筑相结合的历史.2 2.1光伏建筑的市场潜力.2 2.2光伏建筑的现状.2 2.3光伏建筑的市场前景.23太阳能光伏发电.3 3.1太阳能热发电.3 3.2太阳能光伏发电.64建筑一体化.7 4.1太阳电池原理.7 4.2光伏发电系统.7 4.3BIPV建筑一体化.8 4.4为什么要光伏与建筑一体化（BIPV）？.12 4.5光伏建筑一体化主要安装类型.125光伏建筑一体化的优点.13 5.1绿色能源.13 5.2不占用土地.13 5.3起到建筑节能作用.136 BIPV建筑设计中需要注意到几个问题.14 6.1光伏组件的力学性能.14 6.2建筑的美学要求.14 6.3.建筑结构域光伏组件点穴性能的配合.15 6.4建筑采光的要求 .15 6.5光伏组件安装方便的要求.15 6.6光伏系统寿命问题.157太阳能建筑一体化的定义与原则.17 7.1太阳能建筑一体化的定义.17 7.2太阳能建筑一体化的原则.178我国光伏建筑一体化的发展前景.199结论.2010参考文献.2111致谢.22【摘 要】随着世界能源危机的日益显现，节能建筑是世界建筑发展的趋向，洁净能源，尤其是太阳能的合理、高效利用时未来建筑师设计的重要内容。其中，节能代表太阳能应用最尖锐、最有潜力的光伏发电时节能建筑的主角。联合国能源机构的调查报告显示，太阳能光伏建筑一体化将是21世纪最重要的新兴产业之一。太阳能光伏发电与建筑一体化是应用太阳能发电的一种新概念，在建筑为维护结构外表铺设光伏阵列提供发电。可以说在众多可再生能源发电技术中，光伏发电是最绿色最环保也是最值的期待的一项技术. 本文给出了光伏建筑一体化(BIPV)的定议，分析了BIPV与BAPV的区别。 关键词：光伏建筑一体化设计；BIPV的定议；BIPV设计中的问题 【Abstract】With the emerging world energy crisis, energy-efficient buildings is the world trend of architectural development, clean energy, particularly solar energy rational and efficient use of time an important part of future architects. Among them, the most intense solar energy on behalf of, the most promising photovoltaic energy efficient buildings when the protagonist. United Energy Agency survey, building integrated solar photovoltaic will be the 21st centurys most important emerging industries. And building integrated solar photovoltaic solar power is the application of a new concept in building the structure for the maintenance of the PV array to provide power lay outside. Can be said of many renewable energy technologies, PV is the most environmentally friendly green is the most anticipated value of a technology. In this paper, building integrated photovoltaic (BIPV) in the set proposed, analyzed the difference between BIPV and BAPV.Keywords:solar energy; Solar BIPV; solar photovoltaic power generation system; wall 引言 如果说20世纪是快速发展的机械文明的增长和资源掠夺的时代的话，那么21世纪就是享受与自然和谐文明的时代，我们希望大家充分认识到，如果不与身边的环境和谐的生活，地球的环境得不到保护的话，所产生的危机则是人类所共有的问题。随着石化能源的逐渐枯竭，自然环境的恶化，人们越来越重视太阳能、风能等可再生能源的利用。光伏建筑一体化建筑是光伏应用形式中最接近人类生活的一种，其效果的好坏将直接影响到人们对光伏产品的映像。 2 光伏与建筑相结合的历史2.1 光伏建筑的市场潜力由于光伏与建筑相结合有着巨大的市场潜力，各国很早就开始了相关研究开发。早在1979年，美国太阳联合设计公司（SDA）在能源部的支持下研制出了面积为0.9m*1.8m的大型光伏组件，建造了户用屋顶光伏实验系统，并于1980年在该厂建造了有名的“Carlisle house”,屋顶安装了7.5KW的光伏方阵，并结合被动太阳房及太阳能集热器，除了供电外，还可提供热水和制冷。2.2 光伏建筑的现状20多年前，日本三泽电气公司研制出了瓦片形状的非晶硅太阳电池组件，每块能输出2.7W，但由于价格太贵性能也不太稳定，未能推广应用。后来世界各国经过开发改进，陆续推出了多种形式的BIPV热。美国公司研制开发了以不锈钢为衬底的可以弯曲的非晶硅电池组件，可以作为屋顶材料使用。日本三洋公司也推出了一种美观小巧的屋顶光伏组件，到年就已经安装了数兆瓦，aint-gobaix公司的BIPV产品已在很多地方推广应用，其中包括安装在德国巴伐利亚州银行大楼的太阳能遮阳板，德国保险公司的大型光伏双层玻璃屋顶，以及丹麦的用梯形光伏组件构成的“屋顶舞台“。瑞士联邦银行新建大楼的屋顶上安装了光伏方阵。外墙安装了的光伏与建筑一体化的材料，形成了建筑物的”绿色外观“，每瓦光伏系统的安装成本小于美元，全部光伏系统的费用还不到建筑物造价的百分之一，纽约第四时代广场百老汇和大街转角处的层摩天大楼建于世纪年代，其层外墙覆盖了非晶硅太阳电池组件，所发电力供应大楼内一些房间使用。2.3光伏建筑的市场前景 当然光伏发电和建筑原来是完全互不相关的技术领域，要将两者结合在一起，有很多问题需要逐步解决，但是随着科技的进步，新产品还将不断涌现，光伏系统的大规模应用，将促进其价格的进一步下降，光伏发电与建筑相结合将成为光伏应用最重要的领域之一。也将为越来越多的建筑师所接受并实际应用，庞大的建筑市场与蓬勃发展的光伏发电相结合的，使光伏系统的应用由偏远农村地区进入城市的重要标志，有着广泛的发展前景。3太阳能光伏发电阐述了当前太阳能热发电系统和太阳能光伏发电系统的结构、原理和特点。同时对太阳能发电的现状和发展进行了介绍。关键词：太阳能热发电太阳能光伏发电槽式碟式塔式光伏20世纪以来，随着社会经济的发展和生活水平的提高，使人们对能源的需求量不断增长。同时由于化石能源资源的有限性，以及他们在燃烧过程中对全球气候和环境所产生的影响日益为人们所关注，因此从资源、环境、社会发展的需求来看，开发和利用新能源和可再生能源是必然的趋势。太阳能发电的主要优点在于：太阳能电池可以设置在房顶等平时不使用的空间，无噪音、寿命长，而且一旦设置完毕就几乎不要需要调整。现在只要将屋顶上排满太阳能电池，就可以实现家中用电的自给。现今太阳能的主要用途已不再是小规模的，从性质上来说，是专业化的。它从军事领域、通信领域到城市建设领域等都起到了重大的作用。委内瑞拉还推出廉价太阳能车、欧洲科学家研制出轻便的可穿在身上的太阳能电池。目前,太阳能的利用存在着巨大的发展空间，有关的技术有可能在短时间内实现突破。它已被许多发达国家作为其能源战略的一个重要组成部分。 在新能源和可再生能源家族中，太阳能是最引人注目，开展研究工作最多，应用最广的成员。太阳能是一种清洁能源，这对于当前人类对环境污染的重视尤为重要。太阳能还属于无限的能源。据专家预测，太阳的寿命有600亿年，而地球的寿命只有50亿年，因此太阳能相对于我们人类来说是无限的。而且它也不受任何人的控制和垄断。这些优点都是常规能源所无法比拟的。当然太阳能也有不足的地方，比如太阳辐射的强度受到气候、昼夜、纬度、季节、海拔的影响，往往需要配备储能设备。又如它的能流密度低，实际利用时需要较大的太阳能收集装置，占地面积大，投资大。这些因素也都制约了太阳能的利用。到本世纪以来，随着新材料的应用、电子技术等高科技的高速发展，为太阳能的有效利用提供了条件。人们将太阳能辐射通过收集和转换变为可直接利用的能源，使太阳能的利用得到相当大的发展。其中利用太阳能发电就是对太阳能最好的利用。 目前太阳能发电有两种方法。一种是将太阳能转换为热能，然后按常规方式发电，称为太阳能热发电。另一种是通过光电器件利用光生伏打原理将太阳能直接转换为电能，称为太阳能光伏发电。3.1太阳能热发电1、太阳能热发电系统太阳能热发电也叫做太阳能聚光发电，是将太阳辐射从面积上浓缩产生高温发电的装置。由于太阳光聚集后可以产生高温，因此该技术用于与热发电机相连来构成发电系统。太阳能聚光技术最早可以追溯到140年前(D.Mills,2003),Mouchot和Pifre于1882年在法国所做的研究工作。其后，在1888年Ericsson，1901年Eneas，1913年Shuman和1968年Francia在该方面也进行了大量的研究工作。最值得一提的是在上世纪80年代，由于70年代的石油危机，太阳能热发电得到了重视，一批大规模的太阳聚光器在世界各国安装。如发电总功率354MW的槽式太阳能热电站在美国加洲建成，在十几年间已经发电超过5000GWh。 当前太阳能热发电按照太阳能采集方式可划分为（1）太阳能槽式发电；（2）太阳能碟式发电；（3）太阳能塔式发电；（1）太阳能槽式发电槽式发电是最早实现商业化的太阳能热发电系统。它采用大面积的单轴槽式太阳能追踪采光板，通过对太阳光的聚焦，把太阳光聚集到安装在抛物线形反光镜焦点上的线形接收器上，并加热流过接收器的热传导液，使热传导液汽化，同时在能量区的热转换设备中产生高压、过热的蒸汽，然后送入常规的蒸气涡轮发电机内进行发电。通常接收太阳光的采光板采用模块化布局，许多采光板通过串并联的放置，均匀的分布在南北轴线方向。为了保证发电的稳定性，通常在发电系统中加入化石燃料发电机。当太阳光不稳定的时候，化石燃料发电机补充发电，来保证发电的稳定性和实用性。一些国家已经建立起示范装置，对槽式发电技术进行深入的研究。到2000年，随着先进技术和设计的提出，减少了槽式发电在热收集方面的损耗和电的寄生效应，使槽式发电得到了较大的提高。可使一个80MW的发电站的光电转换效率达到12.9。当前，随着热能存储设备的加入，可使槽式发电的效率比最初提高7。热能存储设备可以存储剩余的热量，保证发电的平稳，同时它也为独立的太阳能发电提供了保障。有了热能存储设备的加入，可使一个80MW的发电站的光电转换效率达到13.8。如表1所示为目前世界上太阳能槽式发电站列表。 当前正在发展的技术方向为直蒸汽（DSG）技术。典型的PTC发电厂动力范围为30-150MW，工作温度约为400C。表1世界太阳能槽式热发电站列表（2）太阳能碟式发电碟式发电是目前利用太阳能发电效率最高的太阳能发电系统，最高可达到29.41。因此它有潜力成为最廉价的利用太阳能发电的系统。它利用双轴跟踪技术，采用一组反光镜聚集太阳光，同时利用接收器进行有效地热转变工作，之后利用常规发电机进行发电。通常接收器的接收面被放置于聚光焦点的后面以减小激烈的高温熔化。碟式发电系统具有高效率、多功能、可和化石燃料混合发电等特点。高效率来自于它的低成本和高能量密度。和其它太阳能技术比较依赖场地和高费用来说,碟式发电每MW大约需要1.2到1.6公顷的占地。对于系统的安装成本，尽管当前为12000/kW，但是由于它具有的高效率,因此潜力巨大2。同时碟式发电系统功率较小，一般为550kW，因此它即可以单独分散发电，也可以组成较大的发电系统。研究表明，碟式太阳能热发电系统在空间上的应用，与光伏发电系统相比，具有气动阻力低、发射质量小和运行费用便宜等优点，因此目前世界各国也都在对碟式发电进行积极的研究和利用。如表2所示为目前世界上太阳能碟式发电站列表。NextPage表2世界太阳能碟式热发电站列表(3)太阳能塔式发电太阳能塔式发电又叫做高温太阳能热发电，它利用独立跟踪太阳光的定日镜群把太阳光聚集到塔顶的能量转换器（接收器）上，通过能量的转换把热量传递给热传导液，再由蒸汽发生器产生蒸汽带动蒸汽涡轮发电机产生电能，同时利用冷却塔进行冷却再进入接收器进行循环发电。塔式太阳能发电系统是利用定日镜来实现对太阳光的反射和聚集，由于塔式发电系统中定日镜的数量众多，因此可实现大功率的发电，实际应用上可达到30-400MW之间。而且接收器的散热面积相对较小，因而可以得到较高的光电转换效率。同时由于储能槽的加入，使系统可以一天内连续发电13小时。 在美国的西南部，由于充足的日照强度和相对便宜的土地价格，使这里成为了建设塔式发电站的理想区域，同样北非、墨西哥、南美、中东和印度等地，也都是理想的塔式发电站建设地3。如表3所示为目前世界上太阳能塔式发电站列表。目前正在发展的技术方向为直加热空气发电技术。表3世界太阳能塔式热发电站列表2、太阳能热发电系统的发展与展望1950年，前苏联设计了世界上第一座太阳能塔式电站，建造了一个小型试验装置。70年代，太阳能电池价格昂贵，效率较低。相对而言，太阳能热发电效率较高，技术比较成熟，因此当时许多工业发达的国家都将太阳能热发电作为重点，投资兴建了一批试验性太阳能热发电站。据不完全统计，从19811991年，全世界建造的太阳能热发电站（500kw以上）约有20余座，发电功率最大达80MW。80年代中期，人们对建成的太阳能热发电站进行技术总结后认为，虽然太阳能热发电在技术上可行，但投资过大，且降低造价十分困难，所以各国都改变了原来的计划，使太阳能热发电站的建设逐渐冷落下来。正当人们怀疑太阳能热发电的时候，美国和以色列联合组成的LUZ太阳能热发电国际有限公司，自1980年开始进行太阳能热发电技术研究，开发槽式太阳能热发电系统，并成功地进入了商品化阶段。于1985年至1991年间在美国加州沙漠建成了9座槽式太阳能热发电站，总装机容量达到了353.8MW4。并使发电成本逐渐下降，预期能达到56美分kWh。LUZ热发电站的成功实践，激发起人们对太阳能热发电继续进行研究开发的热情。 3.2太阳能光伏发电 太阳能光伏发电太阳能光伏发电是利用太阳能光伏电池的光生伏打原理把太阳光能直接转化为电能的发电方式。（1）太阳能光伏发电系统的组成太阳能光伏发电系统由太阳能光伏电池组、太阳能控制器、蓄电池（组）组成。如输出电源为交流220V或110V，还需要配置逆变器。太阳能光伏电池板是太阳能光伏发电系统中的核心部分，也是太阳能光伏发电系统中价值最高的部分。其作用是将太阳的辐射能转换为电能，或送往蓄电池中存储起来，或推动负载工作。太阳能光伏电池板的质量和成本将直接决定整个系统的质量和成本。太阳能控制器控制着整个系统的工作状态，并对蓄电池起到过充电保护、过放电保护的作用。在温差较大的地方，合格的控制器还应具备温度补偿的功能。蓄电池一般为铅酸电池，小微型系统中，也可用镍氢电池、镍镉电池或锂电池。其作用是在有光照时将太阳能电池板所发出的电能储存起来，到需要的时候再释放出来。在很多场合，都需要提供220VAC、110VAC的交流电源。由于太阳能的直接输出一般都是12VDC、24VDC、48VDC。为能向220VAC的电器提供电能，需要将太阳能发电系统所发出的直流电能转换成交流电能，因此需要使用DC-AC逆变器。在某些场合，需要使用多种电压的负载时，也要用到DC-DC逆变器，如将24VDC的电能转换成5VDC的电能。NextPage （2）太阳能光伏电池的原理太阳能电池内部存在P-N结，当P-N结处于平衡状态时，在P-N结处形成耗尽层，存在由N区到P区的势垒电场。当太阳光入射的能量大于硅禁带宽度的时候，射入电池内部的太阳光子，把电子从价带激发到导带，产生一个电子-空穴对。电子-空穴对随即被势垒电场分离，电子和空穴被分别推向N区和P区，并向P-N结交接面处扩散，当到达势垒电场边界时，受势垒电场的作用，电子留在N区，空穴留在P区，形成内建电场。而由于内建电场的作用，N区中的空穴和P区中的电子被分别推向对方区域，使N区积累了过剩的电子，P区积累了过剩的空穴，即在P-N结两侧形成了与势垒电场方向相反的光生电动势，当接入负载后，就会产生电流流出。 （3）太阳能光伏发电系统的分类当前太阳能光伏发电系统大致可分为三类：独立蓄电系统、反馈式发电系统、市电并联系统。独立蓄电系统(图4-a)：这是比较原始的一种太阳能应用方式。在国内外应用已有若干年。系统比较简单、造价低。只因其一系列的电池维护困难，而限制了使用范围。反馈式发电系统(图4-b)：当用电负载较大时，太阳能电力不足就向市电网络购电，而负载较小或不使用电器时，就可以将多余的电力卖给市电。这种方式的实施意义重大。适用于电网己全面改造的城市。市电并联系统(图4-c)：这是介于上述两种方案之间的系统。常常是太阳能发电的中期运用形式。由于城市电网改造尚未进行，只好采用此灵活的做法。图4光伏发电系统的分类 （4）太阳能光伏发电的现状和发展趋势国外太阳能光伏发电现状和发展趋势太阳能光伏发电产业是20世纪80年代以来世界上增长最快的高新技术产业之一。到2004年,世界太阳能光伏发电装机总容量达到964.9MW,到2006年底,达到4961.69MW。已经商品化、实用化的太阳能光伏电池主要有单晶硅电池、多晶硅电池、非晶硅电池、聚光电池、带状硅电池及薄膜电池等几类。在国际市场上,目前太阳能光伏电池的价格大约为3.15美元/W,并网系统价格为6美元/W,发电成本为0.25美元/(kWh)5。光伏电池的光电转化效率也不断提高,晶体硅光电池转化率达到15,单晶硅光电池转化率是23.3,砷化镓光电池是25,在实验室中特制的砷化镓光电池已达35365。同时太阳能光伏电池/组件的使用寿命也大大增长,最多可达到30年。目前,光伏发电主要集中在日本、欧盟和美国,其光伏发电量约占世界光伏发电量的806。今后光伏发电系统主要围绕高效率、低成本、长寿命、美观实用等方向发展。专家们预测到2050年,太阳能光伏发电在发电总量中将占13-15,到2100年将约占649。国内太阳能光伏发电现状和发展趋势20世纪90年代以来是我国光伏发电快速发展的时期。在这一时期我国光伏组件生产能力逐年增强,成本不断降低,市场不断扩大,装机容量逐年增加,2006年累计装机容量达35MW,约占世界份额的37。10多年来,我国光伏产业长期平均维持了全球市场1左右的份额。到2020年前,我国光伏技术产业将会得到不断的完善和发展,成本将不断下降,光伏市场会发生巨大的变化:预计20052010年,我国的太阳能电池主要用于独立光伏发电系统,发电成本到2010年将约为1.20元/kWh；20102020年,光伏发电将会由独立系统转向并网发电系统,发电成本到2020年将约为0.60元/kWh。到2020年我国光伏产业的技术水平有望达到世界先进行列8。 （5）太阳能光伏发电产业进一步发展需要解决的问题目前,世界太阳能光伏发电产业还处于初级阶段，为了保证太阳能光伏发电产业的健康发展,需要做好以下工作:a继续研制太阳能电池新材料,提高电池的光电转化效率；b研究太阳能光电电池最大功率跟踪算法,实现太阳光最大功率跟踪；c研究太阳能光电池阵列的优化组合算法,实现太阳能光电电池阵列的优化组合；d研究太阳能光伏发电的软并网技术,减少光伏电能对电网的冲击；e探索并实现太阳能光伏发电与建筑物建设相结合,实现建筑物绿色发电与自我供电；f探索并出台保护太阳能光伏发电发展的政策与法律、法规,对太阳能发电电价实行保护政策,促进太阳能发电产业的发展。三、结束语随着全世界能耗的不断上升，滥用化石能源导致的环境污染日益严重，人类在应对经济持续发展的同时，还要着重关注生态平衡的问题。无论是太阳能热发电还是太阳能光伏发电，都是人类未来能够持续生存和发展的重要手段之一，因此人类对于太阳能利用方面的探索和研究将更加积极，同时也预示着太阳能发电将在未来的社会中扮演越来越重要的角色。 4建筑一体化简介：太阳能作为一种洁净的可再生能源，有着矿物能源不可比拟的优越性。中国的太阳能资源十分丰富，为各种太阳能利用系统提供了巨大的市场。由此，建筑界提出“21世纪建筑”的一个概念即由建筑物自己产生能源，太阳能光伏建筑物一体化（BIPV）便成为21世纪建筑及光伏技术市场的热点。 随着2005年2月16号限制各国排放工业废气以控制全球气候变暖的京都议定书的正式生效，如何实现环境保护的可持续发展成为全球最强的呼声。中国作为发展中国家，能源消耗逐年以惊人的速度增长，而建筑作为能耗大户(发达国家的建筑能耗一般占到全国总能耗的13以上)，其节能效益则变得尤其重要。4.1太阳电池原理半导体根据导电机理的不同可分为P型半导体和N型半导体。当太阳光照射到半导体时，半导体中的电子被激发而移动，失去电子的地方就形成空穴。P型半导体和N型半导体结合在一起在半导体中形成“势垒”。由P型半导体产生的电子向N型层移动，由N型层中产生空穴向P型层移动。P型层中由于带有正电荷的空穴数目增多而带正电； N型层中由于带负电荷的电子数目增多而带负电。当达到稳定状态时，在半导体两端产生电压，称为太阳电池的开路电压。当用导线连接半导体两端时，光电流在外部回路中流动，称为短路电流2。最基本的太阳电池是由PN结构构成的。图1为典型光电池的剖面图。光图1 典型电池的剖面图1（光线的光子产生自由电子，顶部金属网格和底部金属板通过外电路收集和返还自由电4.2光伏发电系统光伏发电系统统按其系统配置可分为独立式（standalone）连接电网式（gridalone）2种。当不可能或没必要与电网连接时，独立式光电系统（standalone systems）较适用（图2）。这种系统白天产生的多余电能储存在电池组中，以备夜间及昏暗多云天使用。图2独立式光电系统1 （一个独立式系统需要电池储存电力以供夜间使用，还需要一个将直流电变成交流电的反用换流器）当有电网时，就不需电池组储能了。因为电网已经充当了一个大的蓄电池的作用。连接电网式如图3所示。当太阳能电池板供电不足时，由电网向用户供电，相反的，若太阳能电池板供电大于用户需求，剩余的电可通过直交流逆变换器输送到电网。只需在连接电网时安装一块双向计量电度表即可解决电力收费的问题。这种系统特别适合于已有电网供电的用户，不仅可省去蓄电他的设置，减少初投资和运行维护费用，而旦有利于削减因采用空调设备而造成的夏季白天用电高峰的问题。图3 一个典型的电网连接充电系统1 （白天，多余的电流将流入电网，计量表会倒转 4.3BIPV建筑一体化太阳能光伏建筑一体化BIPV(Building IntegratedPhotovoltaics,)是应用太阳能发电的一种新概念：在建筑为维护结构外表面铺设光伏阵列提供电力。可以说在众多可再生能源发电技术中，光伏发电是最绿色最环保也是最值得期待的一项技术。4.3.1 BIPV的优越性：1）可原地发电、原地使用，减少电流运输过程的费用和能耗2）避免了放置光电阵板的额外占用宝贵的建筑空间与建筑结构合一，省去了单独为光电设备提供的支撑结构3) 使用新型建筑维护材料，节约了昂贵的外装饰材料（玻璃幕墙等），减少建筑 物的整体造价，且使建筑外观更有魅力4) 因日照处在高压电网用电高峰期，BIPV系统除保证自身建筑内用电外，还可以向电网供电，舒缓了高峰电力需求，解决电网峰谷供需矛盾，具有极大的社会效益；5) 杜绝了由一般化石燃料发电所带来的严重空气污染，这对于环保要求更高的今天和未来极为重要；6) 由于光伏陈列安装在屋面和墙面上，并直接吸收太阳能，避免了墙面温度和屋顶温度过高，降低了空调负荷，并改善了室内环境。4.3.2形势与特点：在80年代，光伏地面系统除大量用于偏僻无电地区、游牧家庭、航海灯塔、孤岛居民供电以及某些特殊领域外，已开始进入一般单独用户、联网用户和商业建筑。进入90年代后，随着常规能源的日益枯竭而引起的发电成本上升和人们环境意识的日益增强，一些国家纷纷开始实施、推广BIPV系统。光伏与建筑的结合有两种方式：一种是建筑与光伏系统相结合；另外一种是建筑与光伏器件相结合。1) 建筑与光伏系统相结合把封装好的的光伏组件（平板或曲面板）安装在居民住宅或建筑物的屋顶上，再与逆变器、蓄电池、控制器、负载等装置相联。光伏系统还可以通过一定的装置与公共电网联接。这点内容在上一节光伏发电系统已介绍过。2) 建筑与光伏器件相结合建筑与光伏的进一步结合是将光伏器件与建筑材料集成化。一般的建筑物外围护表面采用涂料、装饰瓷砖或幕墙玻璃，目的是为了保护和装饰建筑物。如果用光伏器件代替部分建材，即用光伏组件来做建筑物的屋顶、外墙和窗户，这样既可用做建材也可用以发电，可谓物尽其美。目前光伏与建筑结合总结起来大约有8种安装方式，如表1所示。下面将分别从光电设备作屋面板、光电设备作建筑立面、玻璃窗与光电设备、光电设备与遮阳设备四方面分别介绍1。表1 光伏与建筑结合的8种形式101） 光电设备作屋面板1用光电设备作屋面板时的理想屋顶应为斜屋顶。因为可以获得理想的倾角，相对于平屋顶而言，少了附加支撑带来的不协调。锯齿形的高侧窗也要比平屋顶好得多，因为南向坡被建筑光电一体式设备占据了，北向玻璃窗就可用于昼光照明。如果光电板与屋顶成为一体，则其夏天需要通风以降温，冬天则可以收集这些余热以采暖。结构图如图3所示。图4 光电板与屋顶的结合1 （光电设备下面通风，夏天可避免光电元件过热，冬天可用于加热建筑）美国著名的UNlSOLAR的太阳能屋顶产品则另外一番特色，他是直接将非晶薄膜太阳能电池生成在薄钢片上，钢片可以任意裁剪。所以，一片太阳能电池板长度可以做到屋顶的宽度。另外，没有玻璃，不易破损；弱光性好；轻便易装。2）光电设备作建筑立面由于大尺度新型彩色光伏模块的诞生，将其安装在立面不仅节约了昂贵的外装饰材料（玻璃幕墙等），减少建筑物的整体造价，且使建筑外观更有魅力；如果建筑有凸窗棂，必须保证窗棂较薄，使光电板不至于产生太多阴影。在保持玻璃幕墙的外观整洁方面，德国 RWE的非晶太阳能玻璃幕墙做得非常优秀，为了防止电池片之间的连线有碍观瞻，他们的专利技术专门解决了电池片之间的“无线”连接4。如果光电设备安装在屋顶，则最好在设备下部留下一定量的空气层以供设备降温，同时冬天可以收集热空气采暖。具体结构如图4所示。图4 光电设备安装在屋顶1 双层墙可使空气在夏季流溢出来以给光电设备及建筑降温。冬天可用热空气加热建筑北部3） 玻璃窗与光电设备这里介绍两种典型的玻璃窗系统。一种是半透明的更像浅色玻璃窗；另一种是由透明玻璃窗上安装不透明光电元件，这些元件的排列间距决定了玻璃窗的透光率，就像我们在玻璃窗上涂上井字网一样。太阳电池可以和不同的玻璃结合制成各种特殊的玻璃幕墙和天窗，如：隔热玻璃组件、防紫外线玻璃组件、防盗或防弹玻璃组件、防火组件等等。目前有一种仅用红外辐射发电的光电玻璃窗正在研制中。这样，既可以发电又可降低昼光温度，相信正是多数向南的办公大楼所需要的。4） 光电设备与遮阳设备光电系统即可整体组合于入口雨篷中，也可组合与一些独立式遮阳结构中。就目前而言，虽然巴光电板用于露天停车场遮阳上的费用较高，但遮阳结构与光电发电器相结合终究物有所值。随着电力汽车的数量增加，这些结构最终会成为理想的充电站。4.3.3BIPV对太阳电池的特殊要求： 1） 颜色方面当太阳电池作为南立面的幕墙或天窗时，考虑到电池板的反光而造成光污染的现象，就会对太阳电池的颜色和反光性提出要求，即可采用具有不均匀反光的多晶硅太阳电池组件做幕墙或是安装在人们视角之内的大坡度屋顶。对于晶体硅电池则可以用腐蚀绒面的办法将其表面变成黑色或在蒸镀减反射膜的时候加入一些微量原色来改变太阳电池表面的颜色。2）透光要求当太阳电池用作天窗、遮阳板和幕墙时，对于它的透光性有一定要求。一般选用非晶硅太阳电池，因为它可制作成茶色玻璃一般的效果，透光好而且投影十分均匀柔和。而对于本身不透光的晶体硅太阳电池，需要透光时只能将组件用双层玻璃封装，通过调整电池片之间的空隙来调整透光量。2） 尺寸和形状的要求因为考虑到与建筑的结合，一般正规的方形很难满足特殊造型的需求。这方面还有待制作工艺的进一步提高。4.4为什么光伏要与建筑一体化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， BIPV的成本可能比单独的光伏发电还要低得多。发展BIPV建筑、推进节能省地型住宅建设节能省地的核心依然是节能、节地、节水、节材和环境保护，充分体现资源的节约和可持续发展。一我国人均土地占有量是世界平均水平的13，而960万平方公里的国土中适宜居住的只有23。其中耕地只占13，人均耕地面积只有141亩。因此，我国不仅粮食要依赖进口，更需要大量进口能源。截至2008年底，全国既有房屋建筑面积为500亿平方米。随着经济的发展，估计到2020年，我国还将新增建筑面积约300万平方米(目前，我国城市平均每年新增建筑面积10亿平方米，住宅建筑面积占6070)。“充分利用屋顶资源，向屋顶要能源”，发展BIPV建筑十分迫切。4.5光伏建筑一体化主要安装类型建材型，指将太阳能电池与瓦、砖、卷材、玻璃等建筑材料复合在一起成为不可分割的建筑构件或建筑材料，如光伏瓦、光伏砖、光伏屋面卷材、玻璃光伏幕墙、光伏采光顶等；构件型，指与建筑构件组合在一起或独立成为建筑构件的光伏构件，如以标准普通光伏组件或根据建筑要求定制的光伏组件构成雨蓬构件、遮阳构件、栏版构件等；与屋顶、墙面结合安装型，指在平屋顶上安装、坡屋面上顺坡架空安装以及在墙面上与墙面平行安装等形式。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。5光伏建筑一体化优点5.1绿色能源。太阳能光伏建筑一体化产生的是绿色能源，是应用太阳能发电，不会污染环境。太阳能是最清洁并且是免费的，开发利用过程中不会产生任何生态方面的副作用。它又是一种再生能源，取之不尽，用之不竭。 5.2 不占用土地。光伏阵列一般安装在闲置的屋顶或外墙上，无需额外占用土地，这对于土地昂贵的城市建筑尤其重要；夏天是用电高峰的季节，也正好是日照量最大、光伏系统发电量最多的时期，对电网可以起到调峰作用。 5.3起到建筑节能作用。光伏阵列吸收太阳能转化为电能，大大降低了室外综合温度，减少了墙体得热和室内空调冷负荷，所以也可以起到建筑节能作用。因此，发展太阳能光伏建筑一体化，可以“节能减排”6.BIPV建筑设计中需注意的几个问题6.1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，因此需要有更高的力学性能和采用不同的结构方式。例如尺寸为1200mm530mm的普通光伏组件一般采用3.2mm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BIPV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。南玻大厦外循环式双层幕墙采用的组件就是两块6mm厚的钢化超白玻璃夹胶而成的光伏组件，这是通过严格的力学计算得到的结果。 6.2建筑的美学要求BIPV建筑首先是一个建筑，它是建筑师的艺术品，就相当于音乐家的音乐，画家的一幅名画，而对于建筑物来说光线就是他的灵魂，因此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