太阳能光伏建筑一体化

【摘 要】随着全世界对可再生能源的大力推广,光伏建筑一体化（BIPV）作为可再生能源在建筑上的应用技术受到广泛关注.本文介绍光伏与建筑系统结合的多种形式及光伏建筑一体化的诸多优点,并展望了光伏建筑一体化的前景和趋势.

【关 键 词】太阳能；光伏建筑一体化；应用；前景

引言

能源是全球国民经济发展和人民生活水平提高的重要基础保障,目前全世界能源的紧缺提出了对可再生能源的需求的,太阳能作为一种资源最丰富,适用范围最广泛的新能源,受到了全世界的关注.而随着现代化社会的发展,人们对舒适的居住环境的追求越来越高,导致建筑采暖和空调的能耗日益增长.目前发达国家中建筑用能已占全国总能耗的30%—40%,对经济发展形成了一定的制约作用；我国的建筑能耗也已接近全社会能耗的1/3,并且随着我国城市化进程的加快,建筑能耗将继续保持增长趋势.发展太阳能光伏建筑越来越成为当今社会发展的必然选择.光伏发电与建筑相结合是目前世界上大规模利用光伏技术发电的研发热点.在我国,光伏建筑一体化尚处于示范阶段,随着《中华人民共和国可再生能源法》的施行,将大大地推动我国光伏发电与建筑的结合.加强光伏建筑一体化技术研发,促进光伏产品在建筑上的应用,是光伏行业、建筑行业推动可再生能源在建筑上应用的新课题.

1.光伏建筑一体化（BIPV）的概念

1991年,德国旭格公司首次提出了“光伏发电与建筑集成化（BuildingIntegratedPhotovoltaic,简称BIPV）”的概念.一般来说光伏建筑一体化是在建筑结构的表面安装光伏组件,以提供电力,同时作为建筑结构的功能部分,取代原有传统建筑的部分结构如屋顶板、瓦、窗户、墙面、遮挡棚等,也可以做成光伏多功能建筑组件,实现更多的功能,如光伏光热系统、与照明结合、与建筑遮阳结合等.

2.光伏建筑一体化（BIPV）应用的意义

从建筑、能源和经济角度来看,光伏建筑一体化（BIPV）有诸多优点：节地、节能、节材、减少环境污染.具体而言：（1）光伏组件可以有效的利用围护结构表面,如屋顶或墙面,无需额外用地或增建其他设施,适用于人口密集的地方使用,这对于土地昂贵的城市尤其重要.（2）可原地发电、原地用电,在一定距离范围内可以节省电站送电网的投资.在那些架起公共电网非常昂贵的地方,光伏发电是一个具有很高性价比的替代物.（3）夏季,由于大量制冷设备的使用,形成电网用电高峰.BIPV并网系统除保证自身建筑用电外,还可以向电网供电,从而舒缓高峰电力需求,解决电网峰谷供需矛盾,具有极大的社会效益.（4）由于光伏阵列安装在屋顶和墙壁等护结构上,吸收的太阳能转化为电能,大大降低了室外综合温度,减少了墙体得热和室内宅调冷负荷,既节省了能源,又利于保证室内的空气品质.（5）由于大尺度新型彩色光伏模块和各种造型的光伏模块的诞生,不仅节约了昂贵的外装饰材料（玻璃幕墙、屋顶瓦片等）,而且使建筑外观更具有魅力.（6）避免由于使用一般化石燃料发电所导致的空气污染和废渣污染,这对于环保要求越来越高的今天和未来是至关重要的.（7）在建筑围护结构上安装光伏阵列,可以促进光伏组件的大规模生产,从而进一步降低PV部件的市场,这对BIPV系统的广泛应用有着极大的推动作用.

3.光伏建筑一体化的应用形式

3.1光伏屋顶系统.建筑屋顶作为太阳能有其特有的优势,日照条件好,可充分接受太阳辐射,系统可以紧贴屋顶结构安装,减少风力的不利的影响,并且,太阳电池组件可替代保温隔热层遮挡屋面.现在出现了另一种新型光伏系统：太阳能瓦.太阳能瓦是太阳能光电池与屋顶瓦板结合成一体化的产品,这一材料的创新之处在于使太阳能与建筑达到真正意义上的一体化,该系统直接铺在屋面上,不需安装独立支架.

3.2光伏幕墙系统.随着BIPV技术与建筑幕墙技术的日益融合,一种集成了光伏发电技术和建筑幕墙技术的新型功能性幕墙应运而生——“光伏幕墙”.光伏幕墙与传统玻璃幕墙的构造方式基本相同,兼具采光、遮阳功能,比传统玻璃幕墙更加节能,还是一种产能材料,因此大有取代传统玻璃幕墙的趋势.

3.3光伏采光顶系统.光伏采光顶是将具有发电功效的电池板应用到屋面,除了要满足安全、抗风压、防水和防雷要求,还必须满足屋面采光要求.光伏采光顶需具有一定的透光能力,因此常采用透光性的光伏元件（如薄膜太阳能电池）.设计时还可通过组件中电池片排列的间隔、安装位置及角度不同达到合适的透光率.

3.4光伏遮阳系统.将光电板作为遮阳构件,有以下优点：由于安装角度始终与太阳辐射角度垂直,有利于光电板最大限度的接受太阳辐射,提高光电转化效率；（2）将光电板作为遮阳构件,还可以阻挡阳光进入室内,利于控制和调节室内温度,降低建筑物空调负荷,起到节能减排的作用；（3）光电板作为一种新型的建筑遮阳构件,还可以节约遮阳材料,丰富建筑外观.因此,光伏遮阳结构是未来最具发展潜力的光伏应用形式之一.

3.5与其它光伏建筑构件一体化设计.光伏系统还可以与景观小品,如路灯、围栏等相结合构成一体化设计.像双面发光太阳能围栏,双面发电技术采用了正反两面都可以扑捉光线的“PN结”结构,有效提高了电池的输出功率,这种电池与传统电池的最大不同点在于它完全突破了太阳电池使用空间和安装区域的限制,可以不必考虑太阳运动对电池发电量的影响,很好地解决了在有限的空间保证功率需求的问题.

4.光伏建筑一体化的前景

随着世界能源日趋紧张,大力推广可再生能源应用已成为全世界面临的重大课题.太阳能是清洁、安全、取之不尽的可再生能源,充分开发利用太阳能是世界各国政府可持续发展的能源战略决策,利用太阳能近期可解决特殊应用领域的需要,作为常规能源的补充,远期将大规模应用,逐步替代常规化石能源.

我国颁布的《可再生能源法》、《十一五可再生能源发展中长期规划》及《电网企业全额收购可再生能源电量监管办法》等一系列法规,在政策上对我国光伏市场的发展给予了强力的支持.另外,随着光伏材料成本的下降及欧美光伏发电项目的普及,光伏产品在国内的应用条件日趋成熟.相信在未来2-3年内将会涌现出大批的BIPV光伏建筑艺术品,并且是一些非常有代表性的大型光伏建筑项目.目前中国建设部明确指出新建建筑全面推行50%的设计标准.“十二五”期间,中国节能建筑总面积累计要超过21.6亿平方米,其中新建16亿平方米,改造5.6亿平方米.我国现有400亿平方米的建筑中,130多亿平方米要进行节能改造.要实现这一目标,必然要采用包括太阳能照明、太阳能建筑一体化系统（太阳能瓦、玻璃幕墙等）等节能技术和设备.BIPV市场发展前景十分广阔.

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