根據光伏方陣與建筑結合的方式不同，光伏建筑一體化可分為兩大類。

 

一類是光伏方陣與建筑的結合。這種方式是將光伏方陣依附于建筑物上，建筑物作為光伏方陣載體起支撐作用。

 

另一種是光伏方陣與建筑的集成，這種方式是光伏組件以一種建筑材料的形式出現，光伏方陣成為建筑不可分割的一部分。如光電瓦屋頂、光電幕墻和光電采光頂等。

 

這兩種方式中光伏方陣與建筑的結合是一種常用的形式，特別是與建筑屋面的結合。由于光伏方陣與建筑的結合，不占用額外的地面空間，是光伏發電系統在城市中廣泛應用的最佳安裝方式，因而備受關注。

 

光伏方陣與建筑的集成是BIPV的一種高級形式，它對光伏組件的要求較高，光伏組件不僅要滿足光伏發電的功能要求，同時還要兼顧建筑的基本功能要求。一般要求：

 

①一體化設計。設計的內容應包括建筑和光伏系統，也應包括其他需要的器件和結構，并把建筑物的墻體和屋頂分解為結構模塊一體化。

 

②一體化制造。建立專用的生產線，并用該生產線對設計好的建筑結構模塊進行大規模、高效率、低成本的制造。

 

③一體化安裝。用電動吊裝設備把生產出的結構模塊集中安裝成房屋。其中屋頂太陽能光電建筑應用較為廣泛，其主要特點是：可以調節太陽能電池板與太陽光之間的朝向。我國地處北半球太陽能電池板要朝南，因此光伏幕墻有一定的局限性。

 

 

1. 光伏建筑一體化的優勢

 

(1) 能夠滿足建筑美學和采光要求

 

BIPV建筑首先是一個建筑，而對于建筑物來說光線是它的靈魂，一個建筑物的成功與否，關鍵一點是建筑物的外觀效果。普通光伏組件的接線盒一般粘在電池板背面，因為接線盒較大，很容易破壞建筑物的整體協調感。

 

BIPV建筑中要求將接線盒省去或隱藏起來，需要將旁路二極管和連接線隱藏在幕墻結構中，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。

 

BIPV建筑是采用向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即使是在大腦的觀光處，也能滿足光線通透的要求，即使是在大樓的觀光處也能滿足光線通透的要求。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。

 

 

（2）建筑的安全性能高

 

BIPV組件不僅需要滿足光伏組件的技能要求，同時要滿足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，中間用聚乙烯醇縮丁醛（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結構。

 

組件中的聚乙烯醇縮丁醛（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聚乙烯醇縮丁醛（PVB）膠片上，不會脫落傷人，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。

 

 

（3）建筑節約能源

 

有效利用建筑外圍表面（屋頂和墻面），省去支撐結構，節省土地資源，可原地發電、原地使用，節約送電網投資和減少損耗；避免墻面溫度和屋頂溫度過高，改善室內環境，降低空調負荷。

 

BIPV建筑是光伏組件與玻璃幕墻的緊密結合。構建式幕墻施工手段靈活，主體結構適應能力強，工藝成熟，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。

 

雙層通風幕墻系統具有通風換氣、隔熱、隔音，節能環保等優點，并能改善BIPV組件的散熱情況，降低電池溫度，減少組件效率損失，降低熱量向室內的傳遞。 BIPV建筑簡單來說就是利用BIPV光伏組件取代普通鋼化玻璃，既是建筑材料又是供電系統。

 

（4）光伏組件壽命長

 

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。而聚乙烯醇縮丁醛（PVB）膜具有透明、耐熱、耐寒、耐濕、機械性強度高等特性，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聚乙烯醇縮丁醛（PVB）的規定。

 

BIPV光伏組件采用聚乙烯醇縮丁醛（PVB）代替EVA制作能達到更長的使用壽命，此外在BIPV系統中選用光伏專用電線（雙層交聯聚氯乙烯浸錫銅線），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。

 

2. 光伏建筑一體化的幾種形式

 

從光伏方陣與建筑墻面屋頂的結合來看，主要為屋頂光伏電站和墻面光伏電站；而從光伏組件與建筑的集成來看，主要有光伏幕墻、光伏屋頂等形式。光伏建筑一體化的結構特點大致如下。

 

第1種結構特點：橫向和豎向框架不顯露于幕墻玻璃外表面。玻璃分隔間看不到龍骨和窗框，僅可見打膠膠縫或安裝縫。全玻璃組件的安裝固定主要靠結構膠的黏結實現。幕墻整體表現出美觀的平面，外觀統一新穎，通透感較強，整體表現出一種簡潔明快的格調。

 

第2種結構特點：橫向和豎向框架均顯露于幕墻玻璃外表面。玻璃分隔間可以看到龍骨和窗框，幕墻平面表現為矩形風格。全玻璃組件的安裝固定主要靠結構膠的黏結和構件壓接實現。幕墻整體表現出明顯的層次感，太陽能電池組件與龍骨型材互為裝飾，表現出一種建筑美學。

 

第3種結構特點：全玻璃組件通過支撐裝置固定于支撐結構上。強化玻璃四角開孔，穿裝螺栓，固定螺栓與玻璃表面平齊，使內外流通、融合。

 

全玻璃組件的安裝固定主要是固定于支撐結構的駁接件穿裝。全玻璃組件間通過結構膠粘接完成。沒有框架結構，只有拉桿繩索等簡單結構，室內明亮開闊，通透感極強，適用于大型建筑物和建筑物的大堂頂部或入口等。

 

第4種結構特點：平屋頂、樓頂。這種屬于半建筑結合應用方式，在屋頂采用生根或不生根筑起水泥條或水泥帶，并在其中預埋地腳螺栓用于固定組件支架。屋面鋼結構基礎的施工應符合下列規定：

 

①鋼結構基礎施工應不損害原有建筑物主體結構，并應保證鋼結構基礎與原建筑物承重結構的連接牢固可靠。

 

②接地的扁鋼、角鋼的焊接處應進行防腐處理。

 

③屋面防水工程施工應在鋼結構支架施工前結束，鋼結構支架施工過程中不應破壞屋面防水層，如根據設計要求不得不破壞原建筑物防水結構時，應根據原防水結構重新進行防水恢復。

 

從發電角度看，平屋頂經濟性是最好的，主要有以下幾點：

 

①可以按照最佳角度安裝，獲得最大發電量。

 

②可以采用標準光伏組件，具有最佳性能。

 

③與建筑物功能不發生沖突。利用南向斜屋頂與頂樓類似，具有較好經濟性。

 

太陽能電池屋頂外觀見圖1-1、1-2。

圖1-1太陽能電池屋頂外觀圖一

 

圖1-2太陽能電池屋頂外觀圖二

 

第5種結構特點：光伏天棚。光伏天棚要求透明組件，組件效率較低。除發電和透明外，天棚結構要滿足一定的力學、美學、結構連接等建筑方面要求。太陽能電池花棚外觀見圖1-3。

 

圖1-3太陽能電池花棚

 

第6種結構特點：光伏幕墻。安裝方便。BIPV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。

 

如果設計院、建材生產商和光伏制造商能夠充分協作起來，建材光伏一體化發電單元的制造成本與單獨生產光伏組件的成本類似，甚至比建材加光伏組件的成本還低。而逆變和布線系統則可以整體并入到建筑物的電力系統中去，因此BIPV的成本可能比單獨的光伏發電低得多。

 

3. 建筑一體化對電池組件的要求

 

在建筑光伏一體化設計中，對于建筑不同部位選用不同光伏電池的原則如下：

 

①多晶硅薄膜、非晶硅薄膜電池在建筑一體化設計中比較有優勢。與晶硅電池相比，多晶硅薄膜電池、非晶硅薄膜電池對散射光、折射光、直射光等各種光源都有良好的吸收效應，穩定電流輸出，長時間光電轉換。宜采用與建筑屋面、墻面、玻璃幕墻相結合的多晶薄膜、非晶薄膜電池。

 

②根據建筑要求確定合適的玻璃性能（如采光）及結構（如夾層、中空、異型）。

 

③根據抗風等要求確定玻璃的強度要求（鋼化、厚度）。

 

④應根據電池的特性選用面板玻璃，考慮透光性能、厚度、強度、平整度等。在夾膠生產工藝方面應選用專用的膠片，并在組件邊緣采用，專用密封膠密封。在彎曲成型方面應注意電池的彎曲能力。在電池焊接、連接、合片、引出線等工藝設計中，要重點關注成品率。

 

⑤組件的安裝與使用問題。光伏幕墻組件在設計中應把安裝方式作為重點之一，這其中包括組件固定方式，光伏幕墻的水密性，安裝、使用中的損壞問題，光伏組件背后的散熱問題等。

 

⑥在設計中還應充分考慮光伏幕墻的建筑使用要求和在壽命期的一系列問題，包括：與建筑外觀的協調；透光性能；應考慮玻璃在夏季的升溫問題及熱炸裂問題；冬季玻璃結構的保溫能力；光伏電池的效率衰減；光伏電池組件的使用壽命；組件的清洗、維護等。

 

⑦光伏組件的力學性能要求。用做幕墻面板和采光頂面板的光伏組件，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，需要有更高的力學性能和采用不同的結構方式。

 

⑧建筑結構與光伏組件電學性能的配合。在設計BIPV建筑時，要考慮電池板本身的電壓、電流是否方便光伏系統設備選型，但是建筑物的外立面有可能由一些大小、形式不一的幾何圖形組成，這會造成組件之間的電壓、電流不同。

 

這個時候可以考慮對建筑外立面進行分區及調整分格，使BIPV組件接近標準組件電學性能，也可以采用不同尺寸的電池片來滿足分格的要求，以最大限度地滿足建筑物外立面效果。另外，還可以將少數邊角上的電池片不接入電路以滿足電學要求。

 

另外，光伏幕墻安裝在建筑上，可能會出現被周圍建筑遮擋的情況。如果部分太陽能電池被遮擋，則被遮擋的電池把功率以熱的方式耗盡，降低整體發電效率。時間過長易導致故障產生，造成整個光伏電池組件損壞。

 

因此，光伏幕墻應安裝在日照最多，陰影最少的地方；并且盡量保證組件上部和下部的空氣流通，以保持盡可能低的溫度。

 

在建筑密度較高的城市，建筑應用光伏幕墻應結合建筑所在地塊建筑現狀和規劃，采用計算或實驗的方法對遮擋問題進行預測，盡量避免周邊建筑對光伏幕墻的遮擋。若存在太陽光大面積被遮擋的情況，則不適宜安裝光伏幕墻。

 

太陽能夾層玻璃組件也成全玻組件，在玻璃屋頂、玻璃幕墻、玻璃廳房等建筑中廣泛安裝使用。有些組件還包括獨特的保溫單元。太陽能光伏組件通過調節太陽能電池片之間的間隙，優化光線透射，使明暗度和透光性能達到理想的設計效果。

 

全玻組件上層為透明鋼化玻璃或半鋼化玻璃。中間的太陽能電池片采用2毫米厚的聚乙烯醇縮丁醛（PVB）樹脂進行封裝。底層玻璃同樣為鋼化或半鋼化玻璃，其厚度一般與頂層玻璃相同，可做成印花玻璃或彩色玻璃。

 

全玻組件的玻璃厚度組合通常為6毫米加6毫米、8毫米加8毫米或10毫米加10毫米，厚度取決于組件自身的尺寸大小及對抵御機械載荷能力的要求。

 

在建筑結構中，一般都要求玻璃組件能夠起到保溫、隔熱的作用。在溫度較高的環境下組件的底層玻璃下面可添加保溫窗結構，填充氬氣或空氣后，可降低其熱傳導率。需要增加組件強度和安全性時，底層玻璃可使用夾層安全玻璃替代。