光伏建筑一体化建筑设计需注意的几个问题

1、光伏建筑一体化建筑设计需注意的几个问题黄向阳 谢士涛中国南玻集团幕墙及光伏工程有限公司 深圳 518067摘 要:本文着重讨论了光伏建筑一体化设计中需注意的几个问题,以供参考。关键词:光伏建筑一体化设计1.前言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1。2.光伏建筑一体化的定义光伏建筑一体化(BIPV技术即将太阳能发电(光伏产品集成到建筑上的技术。BIPV即Building Integrated PV, PV即Photovoltaic。 光伏建筑一体

2、化(BIPV不同于光伏系统附着在建筑上(BAPV: Building Attached PV的形式。两种系统的实例请见下图。 图1 BIPV建筑实例:南玻光伏建筑一体化建筑 图2 BAPV实例:深圳市国际园林花卉博览园并网光伏电站(From SMA-CHINA图1为南玻幕墙及光伏工程有限公司建造的南玻光伏建筑一体化建筑。此BIPV建筑的屋顶是由4块80Wp的多晶硅双玻光伏组件及支撑结构组成的采光顶,立面墙体由4块80Wp多晶硅双玻光伏组件及支撑结构组成。此建筑的太阳电池板是建筑围护结构的一部分,其既可以遮风挡雨,又可以发电。如果将太阳电池板拆除,此建筑将失去遮风挡雨的功能。图2为深圳市国际园林

3、花卉博览园并网光伏发电系统。在此BAPV建筑中采用的是普通太阳电池组件,太阳电池组件通过支架安装在原先建好的屋顶上。拆除此BAPV建筑上的光伏组件,并不会影响原有建筑的基本功能。在建造BAPV 系统前,首先要考虑建筑的承受能力、光伏系统对原建筑结构的破坏、对建筑风格的影响等问题,并不是所有建筑都适合建造BAPV系统。大型BAPV工程都应报建,经过有关部门审批。3BIPV建筑设计中需注意的几个问题3.1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。用作幕墙面板和采光顶面板的光伏组件,要有更高

4、的力学性能。尺寸为长1200mm宽500mm的普通光伏组件一般采用3.2mm厚的钢化超白玻璃加较薄的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,就需要两块6mm厚的钢化玻璃才能达到要求。3.2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,应满足一定的美学要求。普通光伏组件所用的玻璃是绒面超白钢化玻璃,其有磨砂玻璃阻挡视线的效果。如果BIPV组件安装在大楼的观光处,这就要采用光面超白钢化玻璃制作双面玻璃组件。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。普通光伏组件的接线盒一般粘在电池板背面,接线盒较大。BIPV建筑中要求将接线盒省去,将旁路二极管和

5、连接线隐藏在结构中。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。比如将旁路二极管放在支撑结构中,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建筑结构中。3.3建筑结构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。比如在光电幕墙设计时,可以考虑调整分隔,使BIPV组件接近标准组件电学性能。另外,也可以采用不同尺寸的电池片来满足分隔的要求。另外,还可以将少数边角上的电池片不连接如电路,一满足电学要求。3.4建筑隔热隔音的要求普通光伏组件一般只有4mm厚,这中组件作为BI

6、PV组件来使用往往会将大量的热量带人室内,同时也不能满足隔音的要求2。这时可以将普通光伏组件做成中空Low-E隔音节能玻璃,这样既能隔热又能隔音,但技术上的难题有待解决。3.5建筑采光的要求普通光伏组件为了提高效率,会将电池片间距缩小到25mm。但在BIPV组件中,要考虑到室内的采光要求,这时要调整电池片间距到25mm左右,使组件的透光率在30%左右。3.6光伏组件安装方便的要求BIPV光伏组件的安装要比普通组件的安装难度大很多。一般BIPV组件安装高度较高、安装空间较小。考虑到安装方便,可以将光伏组件和结构做成单元式结构,方便安装提高安装精度。比如可以采用单元式光电幕墙代替明框幕墙和隐框幕墙

7、。3.7光伏系统寿命问题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3。EVA发黄将会影响建筑的美观和系统的发电量,所以设计师在选择BIPV组件时应该尽量避免使用EVA封装的组件。Schott 和 Schuco现在已经有PVB封装的光伏组件,国内还没有厂家掌握这种技术。PVB已经成熟应用于建筑用夹胶玻璃的制作,用PVB代替EVA制作的光伏组件会有更长的使用寿命。盼望国内光伏组件生产商尽快掌握PVB封装技术。普通光伏系统的大部分连接线都是敞开在大气中,空气对流充分,温度低。BIPV建筑系统中的连接线大多都在幕墙立柱、横梁等密闭结构中,其温

8、度远远高于普通光伏系统电线所处的环境温度,这对BIPV建筑系统中电线的要求也高很多。普通系统中,一般使用普通的聚氯乙稀铜线就能满足要求。但在BIPV系统中,我们建议使用光伏专用电线:双层交联聚乙烯铜线。另外考虑到温度对电阻的影响,BIPV建筑系统中选用的电线直径应该要比普通系统大一些。建议选择著名国际品牌的连接器,有同事做过对比实验。性能优异的连接器的防水性能和耐老化性能要比一般的连接器好很多。如果连接器的防水性能不好,这可能会导致大楼带电。如果连接器的耐老化性能不佳,这将会导致系统漏电、电线氧化。4结束语BIPV建筑设计应把建筑的安全性放到第一位,在保证安全的前提下再来考虑优化系统多发电。本

9、文只提到了BIPV应用中的一部分问题,还有很多问题有待大家共同探索和研究。光伏建筑一体化建筑设计需注意的几个问题黄向阳 谢士涛中国南玻集团幕墙及光伏工程有限公司 深圳 518067 Abstract:Some questions in Building Integrated Photovoltaic designing are discussed in this paper. Attention must be paid to them.Key Words: BIPV designing参 考 文 献1 Case study for building integrated photovoltaic (BIPV facade in United States. RIO 3 - World Climate & Energy Event, 1-5 December 2003, Rio de Janeiro, Brazil2 THERMAL ISOLATED BIPV DESIGN MATCHED TO A-SI MODULES BEHAVIOURS, Angelo Bernasconi, the 4th World Conference on PV EnergyConversion(WCP