【作 者】:莊大建 何清
【摘 要】:本文引出了光伏建筑一體化(BIPV)的定義，分析了BIPV與BAPV的區別。列舉了光伏建筑一體化的幾種應用形式，并簡單介紹了光伏建筑一體化應用的幾個優勢和相關工程實例，以供參考。
【關鍵字】:光伏建筑一體化
1.前言
隨著石化能源的日益枯竭和人類生存環境的日益惡化，世界各國對清潔能源如太陽能、風能等可再生能源的支持力度越來越大。光伏建筑一體化建筑是光伏應用形式中最接近人類生活的一種，是綠色節能環保理念的完美體現。德國、西班牙等國《上網電價法》的頒布給歐洲光伏市場帶來了強大的支持，歐洲光伏系統裝機容量以每年45－60%的速度遞增，同時也涌現出了一大批BIPV光伏建筑藝術品。
2.光伏建筑一體化的定義
光伏建筑一體化(BIPV)技術即將太陽能發電(光伏)產品集成到建筑上的技術。BIPV即Building Integrated Photovoltaic，其不但具有外圍護結構的功能，同時又能產生電能供建筑使用。光伏建筑一體化(BIPV )不同于光伏系統附著在建筑上(BIPV : Building Attached PV)的形式。兩種系統的工程實例請見下圖。
圖1 BIPV建筑實例
廣東金剛玻璃公司辦公樓光伏采光頂
圖2 BIPV建筑實例
深圳市國際園林花卉博覽園并網
圖1為廣東金剛玻璃科技股份有限公司建造的光伏采光頂。此BIPV建筑的屋頂是由高效多晶硅中空光伏組件及支撐結構組成的采光頂。此建筑的太陽電池板是建筑外圍護結構的一部分，其既可以遮風擋雨，又可以發電。如果將太陽電池板拆除，此建筑將失去遮風擋雨的功能。
圖2為深圳市國際園林花卉博覽園并網光伏發電系統。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，并不會影響原有建筑的基本功能。在建造BAPV系統前，首先要考慮建筑的承受能力、光伏系統對原建筑結構的破壞、對建筑風格的影響等問題，并不是所有建筑都適合建造BAPV系統。大型BAPV工程都應報建，經過有關部門審批。
3.光伏建筑一體化的應用形式
隨著幕墻行業的迅速發展和建筑設計師們的奇思妙想，玻璃幕墻的形式越來越多樣化。而作為玻璃幕墻的一種深化表現形式，光伏建筑一體化在建筑物上也出現了多種多樣的應用形式。如圖3所示。
圖3
3.1采光頂:采光比較理想，發電效率較高;
3.2幕墻立面:示范效果好，形式多樣，美觀;
3.3遮陽板:既遮擋陽光，又發電補充能源;
3.4護欄和地板:充分利用空間，安放簡單方便;
4.光伏建筑一體化的優勢
4.1能夠滿足建筑美學的要求
BIPV建筑首先是一個建筑，它是建筑師的藝術品，其成功與否關鍵一點就是建筑物的外觀效果。在BIPV建筑中，我們可通過相關設計將接線盒、旁路二極管、連接線等隱藏在幕墻結構中。這樣既可防陽光直射和雨水侵蝕，又不會影響建筑物的外觀效果，達到與建筑物的完美結合，實現建筑大師們的構想。
4.2能夠滿足建筑物的采光要求
對建筑物來說光線就是靈魂，其對光影的要求甚高。BIPV建筑是采用光面超白鋼化玻璃制作的雙面玻璃組件，能夠通過調整電池片的排布或采用穿孔硅電池片來達到特定的透光率，即使是在大樓的觀光處也能滿足光線通透的要求。當然，光伏組件透光率越大，電池片的排布就越稀，其發電功率也會越小。
圖4 穿孔硅電池片BIPV組件
圖5 德國柏林火車站BIPV采光頂
4.3能夠滿足建筑的安全性能要求
BIPV組件不僅需要滿足光伏組件的性能要求，同時要滿足幕墻的三性實驗要求和建筑物安全性能要求，因此需要有比普通組件更高的力學性能和采用不同的結構方式。在不同的地點，不同的樓層高度，不同的安裝方式，對它的玻璃力學性能要求就可能是完全不同的。
BIPV建筑中使用的雙玻璃光伏組件是由兩片鋼化玻璃，中間用PVB膠片復合太陽能電池片組成復合層，電池片之間由導線串、并聯匯集引線端的整體構件。鋼化玻璃的厚度是按照國家建筑規范和幕墻規范，通過嚴格的力學計算得出的結果。而組件中間的PVB膠片有良好的粘結性、韌性和彈性，具有吸收沖擊的作用，可防止沖擊物穿透，即使玻璃破損，碎片也會牢牢粘附在PVB膠片上，不會脫落四散傷人，從而使產生的傷害可能減少到最低程度，提高建筑物的安全性能。
《玻璃幕墻工程技術規范JGJ 102－2003》第3.4.6項明文規定，玻璃幕墻采用夾層玻璃璃時，應采用干法加工合成，其夾片宜采用聚乙烯醇縮丁醛(PVB)膠片。而在作者參編的《民用建筑太陽能光伏系統應用技術規范》也將“夾層玻璃應采用PVB膠片”作為一項強制性的條文加入到規范中，以加強建筑物的安全性。
圖6 雙玻璃光伏組件結構
圖7 PVB膠片（破而不穿） 圖8 EVA膠片（破則穿透）
4.4能夠滿足安裝方便的要求
BIPV建筑是光伏組件與玻璃幕墻的緊密結合。幕墻在我國發展三十年以來，各種幕墻形式都具有了比較成熟的設計和安裝技術。構件式幕墻施工手段靈活，主體結構適應能力強，工藝成熟，是目前采用最多的結構形式。單元式幕墻在工廠內加工制作，易實現工業化生產，降低人工費用，控制單元質量，從而縮短施工周期，為業主帶來較大的經濟效益。雙層通風幕墻系統具有通風換氣，隔熱隔聲，節能環保等優點，并能夠改善了BIPV組件的散熱情況，降低了電池片溫度，減少了組件的效率損失，降低熱量向室內的傳遞。BIPV建筑簡單來說，就是用BIPV光伏組件取代普通鋼化玻璃，其結構形式基本上同傳統玻璃幕墻能夠相通。這就使得BIPV光伏組件的安裝具有深厚的技術基礎和優勢，完全能夠達到安裝方便的要求。
4.5能夠具有壽命長的優勢
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、使用壽命達不到50年，不能與建筑同壽命而且EVA發黃將會影響建筑的美觀和系統的發電量。而PVB膜具有透明、耐熱、耐寒、耐濕，機械強度高等特性，并已經成熟應用于建筑用夾層玻璃的制作。國內玻璃幕墻規范也明確提出“應用PVB”的規定。BIPV光伏組件采用PVB代替EVA制作能達到更長的使用壽命。目前，國外的Schott和Schuco公司、國內的廣東金剛玻璃科技股份有限公司已經掌握了較成熟的PVB封裝技術的光伏組件。
此外，在BIPV系統中，選用光伏專用電線(雙層交聯聚乙烯浸錫銅線)，選用偏大的電線直徑，以及選用性能優異的連接器等設備，都能延長BIPV光伏系統的使用壽命。
4.6具有綠色環保的效果
BIPV建筑物能為光伏系統提供足夠的面積，不需要另占土地，還能省去光伏系統的支撐結構;太陽能硅電池是固態半導體器件，發電時無轉動部件，無噪聲，對環境不會造成污染;BIPV建筑可自發自用，減少了電力輸送過程的費用和能耗，降低了輸電和分電的投資和維修成本。而且日照強時恰好是用電高峰期，BIPV系統除可以保證自身建筑內用電外，在一定條件下還可能向電網供電，舒緩了高峰電力需求，具有極大的社會效益;還能杜絕由一般化石燃料發電所帶來的嚴重空氣污染，這對于環保要求更高的今天和未來極為重要。
5.光伏建筑一體化的相關應用案例
5.1香港圣保羅小學
此BIPV光伏采光頂總面積為82m2，系統總發電功率為7. 9 KWp，由65片雙玻璃光伏組件構成，采用156 x 156mm高效晶體硅電池片，安裝方向為東南偏南。采用明框玻璃幕墻的結構形式，從接線盒引出電線進人鋁合金龍骨內走線(詳見圖11)。2008年7月竣工。
圖9 香港圣保羅小學（外觀效果）圖10 香港圣保羅小學（內視效果）
圖11 香港圣保羅小學的結構形式
5.2南玻大廈光伏幕墻
南玻大廈光伏幕墻總面積59m2，2007年8月投人運行。光伏系統包含兩個子系統，總容量為6015 Wp，并網光伏系統容量為sn95'6wp，獨立光伏系統容量為920Wp采用的組件為雙玻璃光伏組件，厚度為6+2+6mm。最大組件的長x寬尺寸為2460 x 1160mm，面積2.85平方米，功率280Wpo結構形式采用外循環雙層幕墻的形式。外層為開放式光伏幕墻，光伏組件間空隙不打膠，保持空氣流通，有利于控制電池片溫度，提高組件發電效率。內層為鋁板幕墻，其可以很好地將雨水及熱量阻擋在墻體之外。外層開放式光伏幕墻與內層鋁板幕墻的完美結合，既避免了高溫對光伏組件效率的降低，又有效地阻止了熱量及雨水進人室內。(詳見圖12－14)
圖12 南玻大廈光伏幕墻
圖13 南玻大廈光伏幕墻縱向節點
圖14 南玻大廈光伏幕墻水平節點
6.結束語
BIPV建筑是清潔能源產品與建筑完美結合的產物。我國頒布的(可再生能源法》、(十一五可再生能源發展中長期規劃》及《電網企業全額收購可再生能源電量監管辦法》在政策上對我國光伏市場的發展給予了強力的支持。另外，隨著光伏材料成本的下降及歐美光伏發電項目的普及，光伏產品在國內的應用條件日趨成熟。相信在未來2一3年內將會涌現出大批的BIPV光伏建筑藝術品，并且是一些非常有代表性的大型光伏建筑項目。
參考文獻
[1]何清，黃向陽.光伏建筑一體化設計淺談《中外建筑》
[2]黃向陽，何清.一種新型光伏幕墻的介紹《新能源》.
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