光伏建筑一体化 论文.pdf

1、学 生 毕 业 设 计 （ 论 文 ）题 目 光 伏 建 筑 一 体 化学 院专 业班 级姓 名学 号指 导 教 师完 成 日 期 引 言太 阳 能 光 伏 建 筑 一 体 化 （ BIPV） 系 统 ， 是 应 用 太 阳 能 发 电 的 一 种 新 概 念 ， 简 单 地 讲 就 是将 太 阳 能 光 伏 发 电 阵 列 安 装 在 建 筑 的 围 护 结 构 外 表 来 提 供 电 力 。 这 和 系 统 有 诸 多 优 点 ， 如 有效 利 用 建 筑 外 表 面 、 无 需 额 外 用 地 或 者 加 建 其 他 设 施 、 节 约 外 饰 材 料 （ 玻 璃 幕 墙 等 ） 、 外

2、 观更 有 魅 力 、 缓 解 电 力 需 求 、 降 低 夏 季 空 调 负 荷 、 改 善 室 内 热 环 境 等 。 光 伏 建 筑 一 体 化 系 统 是目 前 世 界 上 大 规 模 利 用 光 伏 技 术 发 电 的 重 要 市 场 ， 一 些 发 达 国 家 都 将 光 伏 建 筑 一 体 化 作 为 重点 项 目 积 极 推 进 。 近 年 来 ， 国 外 推 行 在 用 电 密 集 的 城 镇 建 筑 物 上 安 装 光 伏 系 统 ， 并 采 用 与 公共 电 网 并 网 的 形 式 ， 极 大 地 推 动 了 光 伏 并 网 系 统 的 发 展 ， 光 伏 与 建 筑 一

3、 体 化 已 经 占 据 了 整 个太 阳 能 发 电 量 的 最 大 比 例 。光 伏 应 用 技 术 作 为 一 种 新 型 的 技 术 ， 在 建 筑 学 上 已 经 成 为 一 种 新 的 可 行 的 选 择 。 光 伏应 用 技 术 利 用 太 阳 光 这 种 巨 大 的 可 再 生 能 源 来 产 生 电 力 ， 其 光 伏 转 换 构 件 既 可 以 安 装 在 建 筑2物 上 ， 又 可 以 作 为 多 功 能 建 筑 材 料 构 成 实 际 的 建 筑 物 部 件 ， 光 伏 建 筑 的 产 生 是 建 筑 物 设 计 领域 超 越 能 源 意 识 的 新 型 设 计 意 识

4、 ， 对 人 类 生 态 环 境 起 着 重 要 作 用 。光 伏 并 网 和 建 筑 一 体 化 的 发 展 ， 标 志 着 光 伏 发 电 由 边 远 地 区 向 城 市 过 渡 ， 由 补 充 能 源 向替 代 能 源 过 渡 ， 人 类 社 会 向 可 持 续 发 展 的 能 源 体 系 过 渡 。 太 阳 能 光 伏 发 电 将 作 为 最 具 可 持 续发 展 特 征 的 能 源 技 术 进 入 能 源 机 构 其 比 例 将 愈 来 愈 大 并 成 为 能 源 主 体 构 成 之 一 。摘 要 ： 本 文 介 绍 了 光 伏 发 电 原 理 ， 并 对 光 伏 发 电 系 统 的

5、 种 类 分 别 进 行 总 结 ，针 对 不 同 发 电 系 统 的 特 点 ， 指 出 了 其 不 同 的 适 用 环 境 ； 通 过 对 光 伏 与 建 筑 结 合 方式 的 总 结 ， 系 统 的 概 括 了 所 有 光 伏 建 筑 的 结 合 方 式 ， 并 对 其 优 劣 进 行 对 比 ； 总 结了 光 伏 建 筑 的 优 点 ， 分 析 了 世 界 各 国 的 光 伏 建 筑 发 展 情 况 ； 最 后 对 光 伏 建 筑 前 景进 行 了 分 析 。关 键 词 ： 半 导 体 ； 光 伏 建 筑 一 体 化 ； 太 阳 电 池 ； 光 伏 幕 墙目 录摘 要 21 引 言 2

6、2 光 伏 建 筑 一 体 化 原 理 32.1太 阳 电 池 原 理 32.2光 伏 发 电 系 统 32.3 BIPV 建 筑 一 体 化 43 光 伏 与 建 筑 相 结 合 的 形 式 53.1建 筑 与 光 伏 系 统 的 结 合 53.2建 筑 与 光 伏 组 件 的 结 合 64 BIPV 系 统 的 发 展 前 景 84.1.光 伏 建 筑 一 体 化 的 优 点 84.2世 界 各 国 的 光 伏 建 筑 发 展 情 况 85 总 结 106 致 谢 117 参 考 文 献 112光 伏 建 筑 一 体 化 原 理2.1 太 阳 电 池 原 理半 导 体 根 据 导 电 机

7、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3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

8、 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 。最 基 本 的 太 阳 电 池 是 由 P N 结 构 构 成 的 。 图 1 为 典 型 光 电 池 的 剖 面 图 。图 1 典 型 光 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

9、还 自 由 电子 ）2.2 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 （ 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 。图 2 独 立 式 光 电 系 统（ 一 个 独 立 式 系 统 需 要 电 池 储 存 电

10、 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4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

11、 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（ 白 天 ， 多 余 的 电 流 将 流 入 电 网 ， 计 量 表 会 倒 转 ）2.3 BIPV 建 筑 一 体 化太 阳 能 光 伏 建 筑 一 体 化 BIPV(Build

12、ing Integrated Photovoltaics,)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 1。图 4 户 用 型 光 伏 建 筑 一 体 化 原 理 图3.光 伏 与 建 筑 相 结 合 的 形 式光 伏 与 建 筑 的 结 合 有 两 种 方 式 。 一 种 是 建 筑 与 光 伏 系 统 的 结 合 ， 把 封 装 好

13、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 ， 建 筑 物 作 为 光 伏 阵 列 载 体 ， 起 支 撑 作 用 ， 然后 光 伏 阵 列 再 与 逆 变 器 、 蓄 电 池 、 控 制 器 、 负 载 等 装 置 相 连 。 建 筑 与 光 伏 系 统 相 结 合 是 一 种常 用 的 光 伏 建 筑 一 体 化 形 式 ， 特 别 是 与 建 筑 屋 面 的 结 合 。另 一 类 是 建 筑 与 光 伏 组 件 相 结 合 。 建 筑 与 光 伏 组 件 相 结 合 是 光 伏 建 筑 一 体 化 的 一 种 高 级形 式 ， 它

14、 对 光 伏 组 件 的 要 求 较 高 。 光 伏 组 件 不 仅 要 满 足 光 伏 发 电 的 功 能 要 求 ， 同 时 还 要 兼 顾建 筑 的 基 本 功 能 要 求 。 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 保护 和 装 饰 建 筑 物 。 如 果 用 光 伏 组 件 代 替 部 分 建 材 ， 即 用 光 伏 组 件 来 做 用 作 建 材 也 可 建 筑 物 的屋 顶 ， 外 墙 和 窗 户 ， 这 样 既 可 用 以 发 电 。3.1 建 筑 与 光 伏 系 统 的 结 合5与 建 筑 相 结 合

15、 的 光 伏 系 统 ， 可 以 作 为 独 立 电 源 供 电 或 者 以 并 网 的 方 式 供 电 。 当 光 伏 建 筑一 体 化 系 统 参 与 并 网 时 ， 可 以 不 需 要 蓄 电 池 ， 但 需 要 与 电 网 连 入 的 装 置 ， 而 并 网 发 电 是 当 今光 伏 应 用 的 新 趋 势 。 将 光 伏 组 件 安 装 在 建 筑 物 上 ， 引 出 端 经 过 控 制 器 及 逆 变 器 与 公 共 电 网 连接 ， 需 要 由 光 伏 阵 列 及 电 网 并 联 向 用 户 供 电 ， 这 就 组 成 了 户 用 并 网 光 伏 系 统 。 由 于 不 需 要

16、蓄电 池 ， 大 大 降 低 了 造 价 。光 伏 系 统 与 建 筑 物 相 结 合 的 形 式 主 要 包 括 与 建 筑 物 屋 顶 相 结 合 以 及 与 建 筑 墙 体 相 结 合等 方 式 ， 下 面 分 别 进 行 介 绍 。1） 光 伏 系 统 与 建 筑 屋 顶 相 结 合将 建 筑 屋 顶 作 为 光 伏 阵 列 的 安 装 位 置 有 其 特 有 的 优 势 ， 日 照 条 件 好 ， 不 容 易 受 到 遮 挡 ，可 以 充 分 接 受 太 阳 辐 射 ， 光 伏 系 统 可 以 紧 贴 建 筑 屋 顶 结 构 安 装 ， 减 少 风 力 的 不 利 影 响 。并 且

17、， 太 阳 组 件 可 替 代 保 温 隔 热 层 遮 挡 屋 顶 。 此 外 ， 与 建 筑 屋 顶 一 体 化 的 面 积 光 伏 组 件由 于 综 合 使 用 材 料 ， 不 但 节 约 了 成 本 ， 单 位 面 积 上 的 太 阳 能 转 换 设 施 的 价 格 也 可 以 大 大降 低 ， 有 效 地 利 用 了 屋 面 的 符 合 功 能 。 图 5、 6 为 光 伏 系 统 与 建 筑 屋 顶 相 结 合 的 建 筑 实例 。 图 5 图 62） 光 伏 系 统 与 建 筑 墙 体 相 结 合对 于 多 、 高 层 建 筑 来 说 ， 建 筑 外 墙 是 与 太 阳 光 接 触

18、 面 积 最 大 的 外 表 面 。 为 了 合 理 地 利 用墙 面 收 集 太 阳 能 ， 可 采 用 各 种 墙 体 构 造 和 材 料 。 将 光 伏 系 统 置 于 有 建 筑 墙 体 上 不 仅 可 以 利 用太 阳 能 产 生 电 力 ， 满 足 建 筑 的 需 求 ， 而 且 还 能 有 效 减 低 建 筑 墙 体 的 温 度 ， 从 而 降 低 建 筑 物 室内 空 调 冷 负 荷 。 图 7 为 光 伏 系 统 与 建 筑 墙 体 相 结 合 的 建 筑 实 例 。6图 73.2 建 筑 与 光 伏 组 件 的 结 合建 筑 与 光 伏 组 件 的 结 合 是 指 将 光

19、伏 组 件 与 建 筑 材 料 集 成 化 ， 光 伏 组 件 以 一 种 建 筑 材 料 的形 式 出 现 ， 光 伏 阵 列 成 为 建 筑 不 可 分 裂 的 一 部 分 ， 如 光 伏 玻 璃 幕 墙 、 光 伏 瓦 和 光 伏 遮 阳 板 装置 。 把 光 伏 组 件 作 为 建 材 所 要 求 的 几 项 条 件 ， 如 坚 固 耐 用 、 保 温 隔 热 、 防 水 防 潮 、 适 当 强 度和 刚 度 等 性 能 、 用 光 伏 组 件 替 代 部 分 建 材 、 在 将 来 随 着 应 用 面 的 扩 大 ， 光 伏 组 件 的 生 产 规 模也 随 之 增 大 ， 则 可

20、从 规 模 效 益 上 降 低 光 伏 组 件 的 成 本 ， 有 利 于 光 伏 产 品 的 推 广 应 用 ， 所 以 存在 着 巨 大 的 潜 在 市 场 。近 几 年 ， 随 着 全 球 光 伏 产 业 的 迅 猛 发 展 ， 薄 膜 光 伏 电 池 市 场 前 景 看 好 ， 技 术 日 臻 成 熟 ，光 伏 转 换 效 率 和 稳 定 性 不 断 提 高 。 薄 膜 光 伏 电 池 的 一 个 重 要 优 点 是 适 合 做 成 鱼 建 筑 物 结 合 的光 伏 发 电 组 件 ： 双 层 玻 璃 封 装 性 的 薄 膜 光 伏 电 池 组 件 ， 可 以 根 据 需 要 ， 制

21、成 不 同 的 透 光 率 ，可 以 替 代 玻 璃 幕 墙 ， 而 不 锈 钢 和 集 合 物 衬 底 的 柔 性 薄 膜 光 伏 电 池 适 用 于 建 筑 屋 顶 等 需 要 造 型的 部 分 。 一 方 面 它 具 有 漂 亮 的 外 观 ， 能 够 发 电 ;另 一 方 面 ， 用 于 薄 膜 光 伏 电 池 的 透 明 导 电 薄膜 又 能 很 好 地 阻 挡 外 部 红 外 线 的 进 入 和 内 部 热 能 的 散 失 ， 将 成 为 建 筑 与 光 伏 组 件 结 合 的 主 要方 向 之 一 。7图 8 光 伏 与 建 筑 结 合 的 方 式1） 光 伏 组 件 与 玻 璃

22、 幕 墙 相 结 合将 光 伏 组 件 同 玻 璃 幕 墙 集 成 化 的 光 伏 玻 璃 突 破 了 传 统 玻 璃 幕 墙 的 单 一 围 护 功 能 ， 把 以 前被 当 做 有 害 因 素 而 屏 蔽 在 建 筑 物 表 面 的 太 阳 光 ， 转 化 为 能 被 人 们 利 用 的 电 能 ， 同 时 这 种 复 合材 料 部 多 占 用 建 筑 面 积 ， 而 且 优 美 的 外 观 具 有 特 殊 的 装 饰 效 果 ， 更 赋 予 建 筑 物 鲜 明 的 时 代 特色 和 技 术 特 色 ， 已 经 成 为 光 伏 建 筑 一 体 化 应 用 的 一 道 亮 丽 风 景 线 。

23、 2） 光 伏 组 件 与 遮 阳 板 的结 合 将 光 伏 系 统 与 遮 阳 装 置 构 成 多 功 能 建 筑 构 件 ， 一 物 多 用 ， 既 可 以 有 效 利 用 空 间 为 建 筑 物提 供 遮 挡 ， 又 可 以 提 供 能 源 ， 在 美 学 与 功 能 两 个 方 面 都 达 到 了 完 美 的 统 一 。 3)光 伏 组 件 与 屋顶 瓦 板 相 结 合光 伏 组 件 与 屋 顶 相 结 合 的 另 一 种 光 伏 系 统 ： 太 阳 能 瓦 。 太 阳 能 瓦 是 太 阳 能 光 伏 电 池 与 屋 顶瓦 板 结 合 形 成 一 体 化 的 产 品 ， 这 一 材 料

24、 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 顶 上 ， 不 需 要 在 屋 顶 上 安 装 支 架 ， 太 阳 能 瓦 由 光 伏 模 块 组 成 ， 光 伏模 板 的 形 状 、 尺 寸 、 铺 装 时 的 构 造 方 法 都 与 平 板 式 的 大 片 屋 面 瓦 一 样 。4)光 伏 组 件 与 窗 户 及 采 光 顶 相 结 合光 伏 组 件 若 是 用 于 窗 户 、 采 光 顶 等 ， 则 必 须 能 够 透 光 ， 就 是 说 既 可 以 发 电 又 可 以 采 光 。除 此 之 外 ，

25、还 要 考 虑 安 全 性 、 外 观 和 施 工 简 便 等 因 素 。 图 9 为 光 伏 组 件 与 窗 户 及 采 光 顶 相 结合 的 建 筑 实 例 。图 984.BIPV 系 统 的 发 展 前 景4.1 光 伏 建 筑 一 体 化 的 优 点从 建 筑 学 、 光 伏 技 术 和 经 济 效 益 方 面 的 观 点 来 看 ， 光 伏 发 电 技 术 和 建 筑 学 相 结 合 的 光伏 建 筑 一 体 化 有 如 下 优 点 ：1、 无 需 占 用 宝 贵 的 土 地 资 源 ；2、 建 筑 物 光 伏 发 电 不 需 要 安 装 额 外 的 基 础 设 施 ；3、 能 有

26、效 的 减 少 建 筑 能 耗 ， 实 现 建 筑 节 能 ；4、 能 够 降 低 建 筑 物 室 内 冷 负 荷 ；5、 建 筑 物 光 伏 发 电 可 以 提 供 创 新 方 式 改 善 建 筑 物 的 外 观 审 美 ；6、 安 全 环 保 ， 增 加 楼 盘 的 整 体 品 质 。4.2 世 界 各 国 的 光 伏 建 筑 发 展 情 况在 能 源 和 环 保 压 力 的 促 进 下 ， 太 阳 能 光 伏 技 术 已 逐 步 成 为 国 际 社 会 走 可 持 续 发 展 道路 的 首 选 技 术 之 一 。 事 实 已 经 证 明 ， 对 于 几 kW 以 下 的 系 统 ， 采

27、用 太 阳 光 伏 发 电 是 最 为 理 想的 。 光 伏 （ PV） 技 术 除 传 统 的 单 独 用 户 及 特 殊 领 域 应 用 外 ， 正 在 向 高 水 平 和 大 规 模 方 向 发展 。 BIPV 的 联 网 发 电 已 成 为 近 年 来 PV 应 用 的 主 要 方 向 和 热 点 。 联 合 国 能 源 机 构 最 近 发 布的 调 查 报 告 显 示 ， BIPV 将 成 为 21 世 纪 的 市 场 热 点 ， 太 阳 能 建 筑 业 将 是 21 世 纪 最 重 要 的 新兴 产 业 之 一 。 各 国 一 直 在 通 过 改 进 工 艺 、 扩 大 规 模 、

28、 开 拓 市 场 等 ， 大 力 降 低 光 伏 电 池 的 制 造成 本 和 提 高 其 发 电 效 率 。近 年 来 ， 世 界 光 伏 市 场 发 生 了 很 大 变 化 ： 由 过 去 的 农 村 独 立 运 行 （ 提 水 、 照 明 等 ）和 通 讯 设 备 、 卫 生 保 健 、 导 航 浮 标 等 领 域 转 向 并 网 发 电 和 与 建 筑 物 结 合 的 常 规 供 电 ； 开 始 由作 为 补 充 性 能 源 逐 步 向 替 代 性 能 源 过 渡 。 现 在 分 别 介 绍 一 下 不 同 国 家 的 发 展 情 况 。1） 美 国1993 年 6 月 ， 美 国 能

29、 源 部 和 国 立 再 生 能 源 实 验 室 签 定 五 年 合 同 ， 实 施 “ PV： BONUS”计 划 ， 耗 资 2 500 万 美 元 发 展 与 建 筑 相 结 合 的 光 伏 产 品 ， 即 建 筑 幕 墙 光 伏 器 件 和 大 型 屋 顶 光伏 组 件 等 。为 了 促 进 美 国 光 伏 产 业 的 快 速 发 展 ， 降 低 光 伏 发 电 成 本 以 及 节 约 能 源 和 保 护 环 境 ， 美 国前 总 统 克 林 顿 1997 年 6 月 26 日 在 联 合 国 环 境 与 发 展 特 别 会 议 上 宣 布 美 国 将 实 施 “ 百 万 太 阳能 屋

30、 顶 ” 计 划 ， 到 2010 年 要 在 全 国 范 围 的 住 宅 、 商 业 建 筑 、 学 校 和 联 邦 政 府 办 公 楼 屋 顶 上安 装 100 万 套 太 阳 能 系 统 ， 包 括 光 伏 系 统 和 太 阳 能 集 热 器 ， 可 以 供 应 电 力 和 热 水 。 为 此 ， 1998财 政 年 度 美 国 政 府 的 光 伏 研 究 经 费 增 加 了 30 。2） 日 本日 本 很 重 视 光 伏 与 建 筑 相 结 合 的 技 术 。 20 世 纪 90 年 代 ， 政 府 资 助 一 些 大 学 、 研 究所 和 公 司 进 行 开 发 研 究 。 如 三

31、洋 电 气 公 司 推 出 了 几 种 非 晶 硅 电 池 与 建 筑 材 料 相 结 合 的 产 品（ 三 洋 公 司 在 非 晶 体 太 阳 电 池 技 术 方 面 是 世 界 一 流 的 ） ： 一 种 是 做 成 曲 线 形 瓦 片 形 状 ， 每 片面 积 为 305 平 方 厘 米 、 输 出 功 率 2.7 WP， 价 格 比 较 昂 贵 ； 另 一 种 是 90cm 35cm 的 平 板 非晶 硅 电 池 组 件 ， 组 件 背 面 有 “ 脚 ” 便 于 安 装 ， 一 般 用 做 屋 顶 材 料 。 三 洋 电 气 公 司 还 推 出 了 半透 明 和 不 透 明 的 非

32、晶 硅 玻 璃 组 件 ， 用 于 商 业 建 筑 物 的 垂 直 幕 墙 。 其 半 透 明 组 件 的 透 光 率 为30 ， 既 可 作 为 窗 户 采 光 用 ， 又 可 用 于 发 电 （ 目 前 德 国 也 有 类 似 产 品 ） 。 以 上 光 伏 组 件 已 安装 在 三 洋 电 气 公 司 、 Fsukasa 电 力 公 司 等 办 公 楼 建 筑 物 上 。1997 年 ， 通 产 省 又 宣 布 执 行 “ 七 万 屋 顶 ” 计 划 ， 安 装 了 37 MWP 屋 顶 光 伏 系 统 。9该 计 划 使 日 本 成 为 该 年 度 世 界 最 大 的 光 伏 组 件

33、市 场 。 日 本 政 府 计 划 到 2000 年 安 装 400 MW、2010 年 安 装 4 600 MW 光 伏 发 电 系 统 。1998 年 ， 日 本 三 家 公 司 （ 清 水 建 筑 、 夏 普 、 川 崎 制 铁 ） 合 作 研 制 一 种 新 型 建 筑 材料 ， 即 把 太 阳 能 电 池 安 装 在 建 筑 材 料 里 ， 并 按 需 要 做 成 三 种 ， 用 做 屋 顶 和 外 墙 。3） 德 国1990 年 首 先 开 始 实 施 “ 一 千 屋 顶 计 划 ” ， 在 私 人 住 宅 屋 顶 上 推 广 容 量 为 1 5kWP的 户 用 联 网 光 伏 系

34、 统 。在 光 伏 器 件 与 建 筑 相 结 合 方 面 ， ASE 所 属 几 家 公 司 分 别 推 出 了 多 种 光 伏 组 件 ， 其中 有 大 尺 寸 （ 1.5 m 2.5m ） 的 无 边 框 非 晶 硅 组 件 ， 每 块 组 件 功 率 可 达 360Wp， 可 用 于 垂 直外 墙 和 倾 斜 屋 顶 ； 也 推 出 了 尺 寸 为 1 m 0.6m 的 非 晶 硅 不 透 明 组 件 ， 可 分 别 用 于 屋 面 、 垂直 幕 墙 和 窗 户 。目 前 世 界 上 最 大 的 太 阳 能 屋 顶 光 伏 系 统 安 装 在 新 慕 尼 黑 贸 易 展 览 中 心 。

35、4） 印 度印 度 近 年 来 大 力 推 广 应 用 太 阳 能 ， 已 取 得 了 很 大 成 绩 。 在 发 展 中 国 家 ， 印 度 的 光 伏产 业 及 应 用 市 场 居 领 先 地 位 ； 据 报 道 ， 目 前 已 成 为 继 美 国 之 后 的 第 二 大 单 晶 硅 太 阳 能 电 池 生产 国 。 全 国 已 有 40 万 套 光 伏 系 统 用 于 多 种 应 用 领 域 。 并 且 ， 政 府 正 在 组 织 一 些 研 究 和 生 产机 构 开 展 光 伏 器 件 与 建 筑 相 结 合 的 研 究 开 发 。1997 年 12 月 18 日 印 度 政 府 宣

36、布 ， 到 2002 年 要 在 全 国 范 围 内 推 广 150 万 套 太 阳 能屋 顶 。 5） 中 国中 国 的 太 阳 能 光 伏 技 术 也 具 有 了 一 定 的 规 模 。 据 统 计 ， 截 止 1997 年 底 ， 我 国 已 完成 并 正 常 使 用 的 太 阳 能 光 伏 发 电 系 统 装 机 容 量 为 10 15MW， 主 要 用 于 边 远 地 区 居 民 的 供电 。 随 着 光 伏 发 电 领 域 的 转 变 ， 我 国 的 BIPV 系 统 的 研 究 与 开 发 已 取 得 了 很 大 的 发 展 。 “ 九五 ” 期 间 我 国 在 深 圳 、 北

37、京 分 别 成 功 建 成 17kWp、 7kWp 光 伏 发 电 屋 顶 并 实 现 并 网 发 电 。 在世 界 银 行 捐 赠 及 双 边 或 多 边 技 术 合 作 的 支 持 下 ， 预 计 我 国 光 伏 市 场 年 销 售 量 将 以 20 的 年增 长 速 度 发 展 ， 到 2010 年 可 望 超 过 10MW.香 港 特 区 政 府 为 支 持 环 保 工 业 ， 香 港 工 业 署 日 前 拨 款 170 万 港 元 给 香 港 理 工 大 学 ， 建 立第 一 座 “ 光 伏 建 筑 ” 实 验 系 统 ， 以 太 阳 能 为 大 厦 提 供 部 分 电 力 。紧 紧

38、 围 绕 降 低 光 伏 发 电 成 本 的 各 种 研 究 开 发 工 作 一 直 在 发 达 国 家 紧 张 地 进 行 。 在 光伏 系 统 方 面 ， 目 前 已 开 发 出 带 微 型 逆 变 器 的 光 伏 组 件 ， 这 将 给 光 伏 系 统 安 装 及 与 建 筑 集 成 带来 革 命 性 的 变 化 。BIPV 的 开 发 是 目 前 世 界 上 大 规 模 利 用 光 伏 技 术 发 电 的 一 大 研 究 热 点 ， 西 方 发 达 国家 都 在 作 为 重 点 项 目 积 极 进 行 。 除 了 在 屋 顶 安 装 光 伏 电 池 板 外 ， 已 推 出 了 把 光

39、伏 电 池 装 在 瓦片 内 的 产 品 。在 现 代 飞 速 发 展 的 智 能 建 筑 （ IB） 中 ， 楼 宇 自 动 化 系 统 （ BAS） 是 一 个 重 要 组 成 部分 。 对 于 BIPV 系 统 ， 其 本 质 上 是 属 于 楼 宇 设 备 的 范 畴 ， 但 在 目 前 关 于 BAS 的 资 料 文 献 中还 没 有 被 纳 入 其 中 。 笔 者 认 为 ， BIPV 系 统 应 当 纳 入 BAS.未 雨 绸 缪 ， 在 实 际 建 筑 施 工 中 应 当预 留 光 伏 阵 列 的 铺 设 装 置 ； 在 综 合 布 线 系 统 （ PDS） 中 ， 应 当 预

40、 设 光 伏 设 备 的 接 入 端 口 和 线路 匣 ， 为 以 后 光 伏 组 件 与 楼 宇 设 备 的 结 合 作 准 备 。 随 着 光 伏 组 件 的 广 泛 应 用 和 价 格 大 幅 度 下降 ， 未 来 实 现 智 能 化 的 建 筑 物 必 定 要 配 装 BIPV 系 统 ， 同 时 这 也 是 对 IB 内 容 的 一 个 重 要 补充 。 可 以 预 计 ， 光 伏 与 建 筑 相 结 合 是 未 来 光 伏 应 用 中 最 重 要 的 领 域 之 一 ， 其 发 展 前 景 十 分 广阔 ， 并 且 有 着 巨 大 的 市 场 潜 力 。由 于 价 格 、 法 规

41、等 因 素 ， BIPV 系 统 在 短 期 内 还 难 以 大 规 模 普 及 ， 但 随 着 常 规 能 源 的 日10益 枯 竭 、 人 们 环 保 意 识 的 日 益 提 高 ， 以 及 由 此 促 进 的 制 造 工 艺 的 革 新 和 技 术 的 发 展 ， BIPV一 定 会 展 现 出 强 大 的 生 命 力 。 25.总 结随 着 国 际 石 油 价 格 持 续 上 涨 和 国 内 煤 炭 价 格 上 调 压 力 的 增 大 ， 我 国 能 源 供 应 正 面 临 着 前所 未 有 的 严 峻 形 势 。 地 球 上 的 环 境 由 于 大 量 燃 烧 矿 物 能 源 已 产

42、 生 很 明 显 的 变 化 ， 人 们 世 代 赖以 生 存 的 环 境 正 在 逐 渐 恶 化 ， 减 少 传 统 常 规 能 源 的 消 耗 量 、 节 能 减 排 、 保 护 环 境 的 迫 切 性 已引 起 我 国 各 级 政 府 的 高 度 重 视 。 建 筑 能 耗 是 各 行 中 的 耗 能 大 户 ， 我 国 已 经 接 近 占 总 能 耗 的30%， 如 何 有 效 地 降 低 建 筑 能 耗 是 目 前 人 们 关 注 的 焦 点 之 一 。 “ 开 源 节 流 ” 是 解 决 能 源 安 全问 题 的 唯 一 选 择 ， 在 大 力 节 能 的 基 础 上 人 们 的

43、努 力 方 向 。 太 阳 能 按 如 何 使 用 可 再 生 能 源 ， 降低 建 筑 物 传 统 能 源 消 耗 量 是 近 几 年 以 其 清 洁 ， 用 之 不 竭 的 特 性 近 几 年 再 次 引 起 人 们 的 高 度 关注 ， 比 如 太 阳 能 光 伏 建 筑 发 电 产 品 的 生 产 和 销 售 平 均 每 年 都 以 超 过 30%的 速 度 增 长 ， 太 阳能 光 伏 建 筑 发 电 和 太 阳 能 热 利 用 将 成 为 最 普 及 的 建 筑 物 可 再 生 能 源 利 用 形 式 。太 阳 能 在 建 筑 上 的 应 用 最 为 有 效 的 方 法 之 一 是

44、 采 用 建 筑 光 伏 一 体 化 （ BIPV） ,即 光 伏 建筑 ， 在 建 筑 物 上 镶 嵌 太 阳 能 光 伏 板 发 电 为 建 筑 物 提 供 全 部 或 部 分 电 力 。 建 筑 物 能 耗 通 常 占 一个 国 家 和 地 区 全 部 能 源 消 耗 的 30%50%， 利 用 光 伏 建 筑 发 电 对 于 减 少 常 规 电 力 消 耗 量 ， 降低 供 电 高 峰 负 荷 和 保 护 地 球 环 境 具 有 重 要 的 意 义 。随 着 全 球 气 候 的 急 速 变 化 ， 发 展 中 国 家 对 能 源 需 求 量 的 增 加 ， 矿 物 质 燃 料 的 逐

45、步 短 缺和 耗 尽 ， 能 源 的 开 发 和 使 用 已 成 为 人 类 活 动 的 突 出 问 题 。 在 全 球 能 源 应 用 中 ， 人 们 越 来 越 深刻 的 认 识 到 能 源 消 耗 对 生 态 环 境 的 影 响 ， 作 为 占 全 球 能 源 消 耗 40%的 建 筑 ， 其 环 保 节 能 设计 变 得 越 来 越 重 要 。 在 建 筑 材 料 和 设 施 的 设 计 方 面 ， 已 经 有 许 多 节 能 技 术 可 以 选 择 。光 伏 建 筑 一 体 化 是 光 伏 技 术 、 建 筑 学 和 社 会 效 应 的 统 一 体 ， 已 经 成 为 了 光 伏 应

46、 用 的 选择 。 光 伏 建 筑 设 计 是 一 个 综 合 过 程 ， 把 光 伏 建 筑 技 术 的 能 源 意 识 和 环 保 意 识 加 到 建 筑 学 上 ，是 一 种 最 有 希 望 的 未 来 光 伏 技 术 市 场 ， 它 像 一 座 桥 梁 ， 把 光 伏 技 术 应 用 从 小 规 模 新 型 产 品 过渡 到 大 型 发 电 中 心 技 术 。 随 着 光 伏 发 电 成 本 的 降 低 ， 光 伏 技 术 和 建 筑 学 会 很 好 地 结 合 在 一 起 ，光 伏 建 筑 技 术 和 整 体 光 伏 技 术 市 场 将 会 越 来 越 大 。光 伏 发 电 与 建 筑 相 结 合 ， 将 原 来 互 不 相 关 的 领 域 结 合 到 一 起 ， 涉 及 面 很 广 ， 并 非 是 光 伏设 计 及 制 造 者 所 能 独 立 完 成 的 ， 必 须 与 建 筑 材 料 、 建 筑 设 计 、 建 筑 施 工 等 有 关 部 门 密 切 合 作 ，共 同 努 力 ， 才 能 取 得 成 功 。 光 伏 建 筑 一 体 化 体 现 了 创 新 性 的 建 筑 设 计 理 念 、 高 科 技 以 及 人 文环 境 协 调 的 美 学 观 念 。就 目 前 而 言 ， 尽 管 光 伏 器 件 与 建 筑 相 结 合 可 能 降 低 一