太阳能光伏建筑物一体化

1、太阳能光伏建筑物一体化（BIPV ）研究进展华南理工大学建筑学院内容摘要: 产生能源，太阳能光伏建筑物一体化建筑界提出“21世纪建筑”的一个概念即由建筑物自己 （BIPV）便成为21世纪建筑及光伏技术市场的热点。有着矿物能源不可比拟的优越性。中国的太阳能资“21世纪建筑”的BIPV）便成为21世纪建筑太阳能作为一种洁净的可再生能源，源十分丰富，为各种太阳能利用系统提供了巨大的市常由此，建筑界提出 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（ 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

2、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1/3以上），其节能 效益则变得尤其重要。1太阳电池原理当太阳光照射到半导体P型半导体和N型半导N型层移动，由N型层 N型层中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。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。 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当达到稳定状态时， 在半导体两端产生电压， 称为中产生空穴向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; 由于带负电荷的电子数目增多而带负电。太阳电池的开路电压。当用

3、导2。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。光电阵板电池Z反用换KESS竝耗矣3m耗电设备掩盖式帕0(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 子)2光伏发电系统1光伏发电系统统按其系统配置可分为独立式(stand alone)连接电网式(grid alone) 2种。当不可能或没必要与电网连接时，独立式光电系统(stand alone 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。还需要一个将直流电变成交流电的（一个

4、独立式系统需要电池储存电力以供夜间使用, 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。充电控制器计量表电raUHW光电阵板图3 个典型的电删连接充电系统1（白天，多余的电磴将流入电輒 计量表会倒转）

5、（白天，多余的电流将流入电网，计量表会倒转）3 BIPV建筑一体化太阳能光伏 一建筑一体化 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。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，减少建筑物的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） 整体造价，

6、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。3.2 BIPV的形式与特点在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

7、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

8、、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。空裝材斛杆衣装曲我乘ffig涵島聖唯a熨件.安住恠鞋军販螳来器 a起材HZ上ffl特理的盥ffl电憩姐”为理日5银在W 釘型上采刚*通电社观ft.妄islAl睪ESE舉It的a a材林之a躱用ttH：戲A幽电也症ffl尢建就HK安5t広睾ws老或将殊1：田氓ft雷tt-安*ft肉空吏j 媒用巧眸的奄StlL件.吟为躍駅零装金肅d也上 采用总却的直Wifersin件.吟:期料安

9、錢在 A & h蕪刖含孑或畦蜂止阳电ft朋性期e型轉安蔑 ftstxh圉总进电携乌逢质的结合11）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。（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UNISOLAR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

10、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，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。德国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, 冬天可以收集热空气采暖。具体

11、结构如图4所示。同时光电设备夏季图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。 部冬天可用热空气加热建筑北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； 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, 窗上涂上井字网一样。另一种是由透明玻就像我们在玻璃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。 光温度，相信正是多数向南的办公 大楼所需要的。这样，既可以发电又可降低昼4）光

12、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。3.3 BIPV对太阳电池的特殊要求101）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，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

13、。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 BIPV在国外太阳光发电是21世纪科学技术的前沿阵地，世界各地的政府都支持太阳光发电事业。 欧盟可再生能源白皮书和起飞运动”是欧洲太阳光发电的里程碑；德国政府的十万个光伏屋顶计划”和德国新的 可再生能源

14、法”保证私人的太阳光发电系统用不完的电，可以上电力 网卖给国家电力公司；美国政府的克林顿总统百万太阳光发电屋顶计划”即在2001年前将8。要为100万个美国家庭的每一户安装 35KW太阳光发电屋顶；日本政府在 阳光规划执行 后，2000年又推出新阳光规划，对光伏屋顶系统实行强有力的补贴政策，使居民光伏屋 顶系统最近5年平均年增产率为 96.7%，成为目前世界光伏发电的最大市场有人作过乐观估计， 在今后太阳能发电随着技术的不断改进将更加迅猛的发展，到010年发电量将达到4.6GWP，累计容量将达到20GWP。到21世纪中也，阳光发电量将占世界 总发电量的15%20% ，超过核能，成为人类的基本能

15、源之一。5 BlPV在中国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。悉尼奥运会是迄今为止最绿”的一届奥运会。中国的奥运会和世博会，将肯定更绿”就在去年12月份召开的2004上海市金属学会年会上，太阳能电池专家殷秒廷透露，为配合世博会的召开和应对能源的紧缺，上海正在筹备一项名为 十万屋顶计划”的工程即在上海十万户家庭的房顶上安装太阳能发电装置，届时上海的十万屋顶计划”将为我国的太阳能源发展起到表率作用。另外据了解2008年北京奥运场馆外墙也将贴上太阳能电池，周围80%90%的路灯和洗浴热水将来自太阳能光伏技术 8。总之，光

16、伏与建筑集成的BIPV产品作为庞大的建筑市场和潜力巨大的光伏市场两者的结合点，必将存在着无限广阔的发展前景。出师表两汉：诸葛亮先帝创业未半而中道崩殂，今天下三分，益州疲弊，此诚危急存亡之秋也。然侍卫之臣不懈于内，忠志之士忘身于外者，盖追先帝之殊遇，欲报之于陛下也。诚宜开张圣听，以光先帝遗德，恢弘志士之气，不宜妄自菲薄，引喻失义，以塞忠谏之路也。宫中府中，俱为一体；陟罚臧否，不宜异同。若有作奸犯科及为忠善者，宜付有司论其刑赏，以昭陛下平明之理；不宜偏私，使内外异法也。侍中、侍郎郭攸之、费祎、董允等，此皆良实，志虑忠纯，是以先帝简拔以遗陛下：愚以为宫中之事，事无大小，悉以咨之，然后施行，必能裨补阙漏,有所广益。将军向宠，性行淑均，晓畅军事，试用于昔日，先帝称之曰能”是以众议举宠为督:愚以为营中之事，悉以咨之，必能使行阵和睦，优劣得所。亲贤臣，远小人，此先汉所以兴隆也； 亲小人，远贤臣,此后汉所以倾颓也。先帝在时,每与臣论此事，未尝不叹息痛恨于桓、 灵也。侍中、尚书、长史、参军，此悉贞良死节之臣,愿陛下亲之、信之，则汉室之隆，可计日而待也臣本布衣，躬耕于南阳，苟全性命于乱世，不求闻达于诸侯。先帝不以臣卑鄙，猥自枉屈，三顾臣于草庐之中，咨臣以当世之事，由是感激，遂许先帝以驱驰。