1、 南昌航空大学Nanchang Hangkong University本 科 毕 业 论 文太阳能光伏建筑一体化概论系（院）名称：新能源学院专业班级：光伏 10 级 15 班学生姓名：曾亲指导教师：潘红娜学 号：11052515382012 年 4 月 19I太阳能光伏建筑一体化概论摘要 光伏建筑一体化即 BIPV（Building Integrated PV，PV 即 Photovolta-ic） 。光伏建筑一体化（BIPV）技术是将太阳能发电（光伏）产品集成到建筑上的技术。光伏建筑一体化，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方阵安装在建筑的围护结构外表面来提供电力，同
2、时作为建筑结构的功能部分，取代部分传统建筑结构如屋顶板、瓦、窗户、建筑立面、遮雨棚等，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。根据光伏方阵与建筑结合的方式不同，光伏建筑一体化可分为两大类：一类是光伏方阵与建筑的结合。这种方式是将光伏方阵依附于建筑物上，建筑物作为光伏方阵载体，起支承作用。另一类是光伏方阵与建筑的集成。这种方式是光伏组件以一种建筑材料的形式出现，光伏方阵成为建筑不可分割的一部分。如光电瓦屋顶、光电幕墙和光电采光顶等。在这两种方式中，光伏方阵与建筑的结合是一种常用的形式，特别是与建筑屋面的结合。由于光伏方阵与建筑的结合不占用额外的
3、地面空间，是光伏发电系统在城市中广泛应用的最佳安装方式，因而倍受关注。光伏方阵与建筑的集成是BIPV 的一种高级形式，它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。关键词：光伏发电, 建筑, 光伏建筑一体化 II目 录摘 要 .一 .引言 .1二 .BIPV 发电技术简介 .22.BIPV 特点 .22.2 光伏与建筑相结合的方式 .32.3 BIPV 对光伏光伏系统及光伏组件的要求 .52.4 BIPV 的整体要求 .6 三.BIPV 的优缺点 .93.1 BIPV 的优点 .93.2 BIPV 的缺点 .10四BIPV 行业在国内外的发展状况1
4、14.1 BIPV 在国外的发展114.2 BIPV 在国内的发展13五BIPV 的发展经济、因素、前景及趋势分析 .155.1 BIPV 的经济分析155.2 BIPV 的发展有利和不利因素分析185.3 BIPV 市场前景分析 .205.4 BIPV 发展趋势分析 .21六.结束语 .24七.致谢 .25八.参考文献 .26III- 1 -引言随着国际价格持续上涨和国内煤炭价格上调压力上调压力的增大，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生明显的变化，人们世代赖以生存的地球遭到破坏，减少传统能源的消耗量节能减排，保护环境的迫切性已经引起我国各级政府的高
5、度重视。建筑能耗是各行业中的耗能大户，在我国已经接近占总能耗的30%，如何有效的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人们的努力方向。太阳能以其清洁，用之不竭的特性，近几年再度引起人们的高度关注，比如太阳能光伏建筑发电产品和销售平均每年都已超过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遍的建筑物可再生利用形式。 太阳能在建筑上的的应用最为有效的方法之一就是采用光伏建筑一体化(BIPV)技术，即光伏建筑在建筑物上镶嵌光伏发电系统为建筑物提供电力。建筑物（包括住宅，商
6、用和公用建筑）能耗通常占一个国家和地区全部能源消耗的30% 50%（在香港高达 50%之多） ，利用光伏建筑发电对于减少常规电力消耗，降低供电高峰负荷和保护地球环境具有重要意义。如果在房屋屋顶和外墙安装太阳能电池板，不仅可以进行太阳能光伏发电，而且可以替代传统的玻璃幕墙、屋顶和墙面材料，降低房屋和太阳能项目的整体造价。还可以降低建筑物的冷负荷，达到建筑物能源的有效利用，降低建筑物的能耗，为建筑物创造宜人的生活环境。而带来这一切的，就是光伏建筑一体化技术!- 2 -二 、光伏建筑一体化发电技术简介.2.1:光伏建筑一体化及特点.随着太阳能发电技术的日益成熟，光伏发电系统除大量用于无电地区、游牧家
7、庭、航海灯塔、孤岛居民供电以及某些特殊领域外，也已经开始进入一般单独用户、联网用户和商业建筑。而近年来，随着常规能源的日益枯竭而引起的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、推广光伏建筑一体化发电系统。而光伏建筑一体化发电技术，也在这种形势下迅速得：到发展。太阳能光伏建筑一体化是应用太阳能发电的一种新概念；在建筑结构表面铺设太阳能电池以提供电力。可以说在众多太阳能发电系统中，光伏建筑一体化发电系统是值得期待的一项技术。建筑光伏一体化的特点：（1） 并网系统光伏阵列安装在闲置的建筑物屋顶或墙面上，无需占用土地或增建其它基础设施，适用于人口密集的城市，这对于土地昂贵的城市建筑尤
8、其重要。（2）所发电能馈入电网，省掉蓄电池，节省建设投资与维护费用，从而使发电成本大为降低。提高了系统的平均无故障时间和防止蓄电池的二次污染。（3）分布式建设可原地发电、原地用电，使输电成本和损耗变得最小。在一定距离范围内可以节省常规电网的投资。（4）本地发供电，进出电网灵活。夏季由于大量制冷设备的使用，形成电网用电高峰。而这时也是光伏阵列发电最多的时候。BIPV 系统除保证自身建筑用电外，还可以向电网供电，从而缓解高峰电力需求。 （5）由于光伏阵列安装在屋顶和墙壁等外围护结构上，吸收太阳能，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空调冷负荷，既节省了能源，又利于保证室内的空气
9、品质。 （6）由于光伏电池的组件模块化，光伏阵列安装起来很简便，而且可以任意选配发电容量。- 3 -(7)光伏电池组件与建筑物完美结合，既可发电又能作为建筑材料和装饰材料，使物质资源充分利用并发挥多种功能，同时降低了建设费用；使建筑物科技含量大大提高，减少了光伏系统成本的回收器，增加了“卖点”。(8) 避免了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，这对于环保要求严格的今天与未来更为重要。(9)发展前途远大。并网光伏系统是世界各发达国家在光伏应用领域竞相发展的热点和重点，是世界太阳能光伏发电的主流发展趋势，市场巨大，前景广阔。2.2：光伏与建筑相结合的方式。根据光伏方阵与建筑结合的方
10、式不同，太阳能光伏建筑一体化可分为两大类： 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。 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、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。对于框架结构的建筑物，可把其整个围护结构做成光伏阵列，选择适当光伏组件，既可吸收太阳直射光，也可吸收太阳反射光。
11、目前已经研制出大尺度的彩色光伏模块，可以实现以上目的，还可使建筑外观更具魅力。真正意义上的 BIPV 是：BIPV 构件既是光伏构件也是建筑部件，可以完全- 4 -替代传统建材，这样即可用做建材又可以发电，是光伏和建筑的完美融合。从光伏组件与建筑的集成来讲，主要有光伏幕墙、光伏采光顶、光伏遮阳板等形式，如表 1。 表1：BIPV 的主要形式BIPV 形式 光伏组件 建筑要求 类型1 光伏采光顶（天窗）光伏玻璃组件建筑效果、结构强度、采光、遮风挡雨集成2 光伏屋顶 光伏屋面瓦 建筑效果、结构强度，遮风挡雨集成3 光伏幕墙（透明幕墙）光伏玻璃组件（透明）建筑效果、结构强度、采光，遮风挡雨集成4 光
12、伏幕墙（非透明幕墙）光伏玻璃组光（非透明）建筑效果、结构强度、采光，遮风挡雨集成5 光伏遮阳板（有采光要求）光伏玻璃组件（透明）建筑效果、结构强度采光集成6 光伏遮阳板（无采光要求）光伏玻璃组件（非透明）建筑效果、结构强度集成7 屋顶光伏方阵 普通光伏电池 建筑效果 结合8 墙面光伏方阵 普通光伏电池 建筑效果 结合BIPV 产品目前分为晶体硅 BIPV 构件和非晶硅薄膜 BIPV 构件，晶体硅转换效率高，但其产品透光性差，颜色难以满足建筑对美观方面的追求；非晶硅- 5 -目前转换效率低于晶体硅，但透光性好，颜色更接近建筑的要求，同时成本低，尺寸大，适合大规模化生产，是未来光伏建筑一体化的发展
13、方向。2.3 光伏建筑一体化对光伏光伏系统及光伏组件的要求把光伏器件用做建材，必须具备建材所要求的几项条件：坚固耐用、保温隔热、防水防潮、适当的强度和刚度等性能。若是用于窗户、天窗等，则必须能够透光，就是说既可发电又可采光。除此之外，还要考虑安全性能、外观和施工简便等因素。光伏建筑一体化对光伏光伏系统及光伏组件具体有如下要求：组件的要求 与一般的平板式光伏组件不同，（BIPV）组件既然兼有发电和建材的功能，就必须满足建材性能的要求，如：隔热、绝缘、抗风、防雨、透光、美观，还要具有足够的强度和刚度，不易破损，便于施工安装及运输等。为了满足建筑工程的需要，已经研制出了多种颜色的太阳电池组件，以供建
14、筑师选择，使得建筑物色彩与周围环境更加和谐协调。根据建筑工程的需要，已经生产出多种满足屋顶瓦、外墙、窗户等性能要求的太阳电池组件。其外形不单有标准的矩形，还有三角形、菱形、梯形、甚至是不规则形状。也可以根据要求，制作成组件周围是无边框的，或者是透光的，接线盒可以不安装在背面而在侧面。 容量的确定对于并网光伏系统，由于不受到蓄电池容量的限制，并且有公共电网作为后盾，确定光伏方阵容量时，不必像独立光伏系统那样一定要经过严格的优化设计，只要根据负载的要求和投资情况经过适当计算就可决定4。对于一般家庭使用，通常太阳电池方阵容量的范围为 15 千瓦。 方阵倾角 在独立光伏系统中，光伏方阵要尽量朝向赤道倾
15、斜安装，与水平面之间的倾角要经过严格的计算，以达到光伏方阵输出的极大性和均衡性5。而在并网光伏系统中，只要考虑光伏方阵输出的极大性即可。然而在实际应用中，往往因为要服从于建筑物外形的需要，方阵可能会有各种朝向，倾角也可能从 0900 都有，这就需要光伏和建筑设计师共同协商，兼顾的双方的需要，- 6 -妥善解决。 计量电表 家庭使用的并网光伏系统中，光伏方阵所发出的电能，主要供给用户负载使用，多余部分输入电网，用户负载所消耗的电能，也是由光伏方阵和公共电网共同供应。原则上可以用一块电表来进行计量，电网供电时电表正转，光伏方阵向电网馈电时电表反转。实际上由于各国政府对于开发利用新能源大多实行优惠政
16、策，目前太阳能发电的上网电价要远大于用户的用电电价，常常用两块电表来分别计量，所以有“买入”电表和“卖出”电表的区别。 逆变和控制器 太阳电池方阵所发出的是低压直流电，要与电网连接，必须变换成 220 伏、380 伏甚至更高电压的交流电，而且对于电能质量如：电压、波动、频率、谐波和功率因素等参数都有严格的要求。为了保证电网、设备和人生安全，还必须配备并网检测保护装置，如对于处理：过/欠电压、过/欠频率、电网失电（防孤岛效应）、恢复并网、直流隔离、防雷和接地、短路保护、断路开关、功率方向保护等都有明确的规定。所以逆变和控制器是并网光伏系统的关键设备。 2.4 光伏建筑一体化的整体要求。 (1)
17、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。用做幕墙面板和采光顶面板的光伏组件，不仅需要满足光伏组件的性能要求，同时要满足幕墙的三性实验要求和建筑物安全性能要求，因此需要有更高的力学性能和采用不同的结构方式。例如尺寸为1200mm530mm 的普通光伏组件一般采用3.2mm 厚的钢化超白玻璃加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，在不同的地点，不同的楼层高度，以及不同的安装方式，对它的玻璃力学性能要求就可能是完全不同的。南玻大厦外循环式双层幕墙采用的组件就是两块6mm 厚的钢化超白玻璃夹胶而成的光伏组件，这是通过严格的力学计算得到的结果。(2)建筑的美学要求
