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

 

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

 

①一體化設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)的內(nèi)容應(yīng)包括建筑和光伏系統(tǒng)，也應(yīng)包括其他需要的器件和結(jié)構(gòu)，并把建筑物的墻體和屋頂分解為結(jié)構(gòu)模塊一體化。

 

②一體化制造。建立專用的生產(chǎn)線，并用該生產(chǎn)線對(duì)設(shè)計(jì)好的建筑結(jié)構(gòu)模塊進(jìn)行大規(guī)模、高效率、低成本的制造。

 

③一體化安裝。用電動(dòng)吊裝設(shè)備把生產(chǎn)出的結(jié)構(gòu)模塊集中安裝成房屋。其中屋頂太陽能光電建筑應(yīng)用較為廣泛，其主要特點(diǎn)是：可以調(diào)節(jié)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(yōu)勢(shì)

 

(1) 能夠滿足建筑美學(xué)和采光要求

 

BIPV建筑首先是一個(gè)建筑，而對(duì)于建筑物來說光線是它的靈魂，一個(gè)建筑物的成功與否，關(guān)鍵一點(diǎn)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?yàn)榻泳€盒較大，很容易破壞建筑物的整體協(xié)調(diào)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(jié)構(gòu)中，這樣既可防陽光直射和雨水侵蝕，又不會(huì)影響建筑物的外觀效果，達(dá)到與建筑物的完美結(jié)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(diào)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(fā)電功率也會(huì)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(shí)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(xué)性能和采用不同的結(jié)構(gòu)方式。在不同的地點(diǎn)、不同的樓層高度、不同的安裝方式，對(duì)它的玻璃力學(xué)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(fù)合太陽能電池片組成復(fù)合層，電池片之間由導(dǎo)線串、并聯(lián)匯集引線端的整體結(jié)構(gòu)。

 

組件中的聚乙烯醇縮丁醛（PVB）膠片有良好的粘結(jié)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(huì)牢牢粘附在聚乙烯醇縮丁醛（PVB）膠片上，不會(huì)脫落傷人，從而使產(chǎn)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(jié)約能源

 

有效利用建筑外圍表面（屋頂和墻面），省去支撐結(jié)構(gòu)，節(jié)省土地資源，可原地發(fā)電、原地使用，節(jié)約送電網(wǎng)投資和減少損耗；避免墻面溫度和屋頂溫度過高，改善室內(nèi)環(huán)境，降低空調(diào)負(fù)荷。

 

BIPV建筑是光伏組件與玻璃幕墻的緊密結(jié)合。構(gòu)建式幕墻施工手段靈活，主體結(jié)構(gòu)適應(yīng)能力強(qiáng)，工藝成熟，單元式幕墻在工廠內(nèi)加工制作，易實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)，降低人工費(fèi)用，控制單元質(zhì)量，從而縮短施工周期。

 

雙層通風(fēng)幕墻系統(tǒng)具有通風(fēng)換氣、隔熱、隔音，節(jié)能環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)，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(nèi)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(tǒng)。

 

（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(qiáng)，使用壽命達(dá)不到50年，不能與建筑同壽命，而且EVA發(fā)黃將會(huì)影響建筑的美觀和系統(tǒng)的發(fā)電量。而聚乙烯醇縮丁醛（PVB）膜具有透明、耐熱、耐寒、耐濕、機(jī)械性強(qiáng)度高等特性，并已經(jīng)成熟應(yīng)用于建筑用夾層玻璃的制作。國內(nèi)玻璃幕墻規(guī)范也明確提出應(yīng)用聚乙烯醇縮丁醛（PVB）的規(guī)定。

 

BIPV光伏組件采用聚乙烯醇縮丁醛（PVB）代替EVA制作能達(dá)到更長的使用壽命，此外在BIPV系統(tǒng)中選用光伏專用電線（雙層交聯(lián)聚氯乙烯浸錫銅線），選用偏大的電線直徑，以及選用性能優(yōu)異的連接器等設(shè)備，都能延長BIPV光伏系統(tǒng)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?shù)慕Y(jié)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?shù)刃问健９夥ㄖ惑w化的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)大致如下。

 

第1種結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：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(jié)構(gòu)膠的黏結(jié)實(shí)現(xiàn)。幕墻整體表現(xiàn)出美觀的平面，外觀統(tǒng)一新穎，通透感較強(qiáng)，整體表現(xiàn)出一種簡潔明快的格調(diào)。

 

第2種結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：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(xiàn)為矩形風(fēng)格。全玻璃組件的安裝固定主要靠結(jié)構(gòu)膠的黏結(jié)和構(gòu)件壓接實(shí)現(xiàn)。幕墻整體表現(xiàn)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(xiàn)出一種建筑美學(xué)。

 

第3種結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：全玻璃組件通過支撐裝置固定于支撐結(jié)構(gòu)上。強(qiáng)化玻璃四角開孔，穿裝螺栓，固定螺栓與玻璃表面平齊，使內(nèi)外流通、融合。

 

全玻璃組件的安裝固定主要是固定于支撐結(jié)構(gòu)的駁接件穿裝。全玻璃組件間通過結(jié)構(gòu)膠粘接完成。沒有框架結(jié)構(gòu)，只有拉桿繩索等簡單結(jié)構(gòu)，室內(nèi)明亮開闊，通透感極強(qiáng)，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(jié)構(gòu)特點(diǎn)：平屋頂、樓頂。這種屬于半建筑結(jié)合應(yīng)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(yù)埋地腳螺栓用于固定組件支架。屋面鋼結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)的施工應(yīng)符合下列規(guī)定：

 

①鋼結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)施工應(yīng)不損害原有建筑物主體結(jié)構(gòu)，并應(yīng)保證鋼結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)與原建筑物承重結(jié)構(gòu)的連接牢固可靠。

 

②接地的扁鋼、角鋼的焊接處應(yīng)進(jìn)行防腐處理。

 

③屋面防水工程施工應(yīng)在鋼結(jié)構(gòu)支架施工前結(jié)束，鋼結(jié)構(gòu)支架施工過程中不應(yīng)破壞屋面防水層，如根據(jù)設(shè)計(jì)要求不得不破壞原建筑物防水結(jié)構(gòu)時(shí)，應(yīng)根據(jù)原防水結(jié)構(gòu)重新進(jìn)行防水恢復(fù)。

 

從發(fā)電角度看，平屋頂經(jīng)濟(jì)性是最好的，主要有以下幾點(diǎn)：

 

①可以按照最佳角度安裝，獲得最大發(fā)電量。

 

②可以采用標(biāo)準(zhǔn)光伏組件，具有最佳性能。

 

③與建筑物功能不發(fā)生沖突。利用南向斜屋頂與頂樓類似，具有較好經(jīng)濟(jì)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(jié)構(gòu)特點(diǎn)：光伏天棚。光伏天棚要求透明組件，組件效率較低。除發(fā)電和透明外，天棚結(jié)構(gòu)要滿足一定的力學(xué)、美學(xué)、結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)特點(diǎn)：光伏幕墻。安裝方便。BIPV幕墻施工手段靈活，主體結(jié)構(gòu)適應(yīng)能力強(qiáng)，工藝成熟，是目前采用最多的結(jié)構(gòu)形式。單元式幕墻在工廠內(nèi)加工制作，易實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)，降低人工費(fèi)用，控制單元質(zhì)量，從而縮短施工周期，為業(yè)主帶來較大的經(jīng)濟(jì)效益。

 

如果設(shè)計(jì)院、建材生產(chǎn)商和光伏制造商能夠充分協(xié)作起來，建材光伏一體化發(fā)電單元的制造成本與單獨(dú)生產(chǎn)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(tǒng)則可以整體并入到建筑物的電力系統(tǒng)中去，因此BIPV的成本可能比單獨(dú)的光伏發(fā)電低得多。

 

3. 建筑一體化對(duì)電池組件的要求

 

在建筑光伏一體化設(shè)計(jì)中，對(duì)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(shè)計(jì)中比較有優(yōu)勢(shì)。與晶硅電池相比，多晶硅薄膜電池、非晶硅薄膜電池對(duì)散射光、折射光、直射光等各種光源都有良好的吸收效應(yīng)，穩(wěn)定電流輸出，長時(shí)間光電轉(zhuǎn)換。宜采用與建筑屋面、墻面、玻璃幕墻相結(jié)合的多晶薄膜、非晶薄膜電池。

 

②根據(jù)建筑要求確定合適的玻璃性能（如采光）及結(jié)構(gòu)（如夾層、中空、異型）。

 

③根據(jù)抗風(fēng)等要求確定玻璃的強(qiáng)度要求（鋼化、厚度）。

 

④應(yīng)根據(jù)電池的特性選用面板玻璃，考慮透光性能、厚度、強(qiáng)度、平整度等。在夾膠生產(chǎn)工藝方面應(yīng)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(yīng)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(shè)計(jì)中，要重點(diǎn)關(guān)注成品率。

 

⑤組件的安裝與使用問題。光伏幕墻組件在設(shè)計(jì)中應(yīng)把安裝方式作為重點(diǎn)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(shè)計(jì)中還應(yīng)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(xié)調(diào)；透光性能；應(yīng)考慮玻璃在夏季的升溫問題及熱炸裂問題；冬季玻璃結(jié)構(gòu)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(hù)等。

 

⑦光伏組件的力學(xué)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(shí)要滿足幕墻的三性實(shí)驗(yàn)要求和建筑物安全性能要求，需要有更高的力學(xué)性能和采用不同的結(jié)構(gòu)方式。

 

⑧建筑結(jié)構(gòu)與光伏組件電學(xué)性能的配合。在設(shè)計(jì)BIPV建筑時(shí)，要考慮電池板本身的電壓、電流是否方便光伏系統(tǒng)設(shè)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(huì)造成組件之間的電壓、電流不同。

 

這個(gè)時(shí)候可以考慮對(duì)建筑外立面進(jìn)行分區(qū)及調(diào)整分格，使BIPV組件接近標(biāo)準(zhǔn)組件電學(xué)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(shù)邊角上的電池片不接入電路以滿足電學(xué)要求。

 

另外，光伏幕墻安裝在建筑上，可能會(huì)出現(xiàn)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(fā)電效率。時(shí)間過長易導(dǎo)致故障產(chǎn)生，造成整個(gè)光伏電池組件損壞。

 

因此，光伏幕墻應(yīng)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(yīng)用光伏幕墻應(yīng)結(jié)合建筑所在地塊建筑現(xiàn)狀和規(guī)劃，采用計(jì)算或?qū)嶒?yàn)的方法對(duì)遮擋問題進(jìn)行預(yù)測，盡量避免周邊建筑對(duì)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(dú)特的保溫單元。太陽能光伏組件通過調(diào)節(jié)太陽能電池片之間的間隙，優(yōu)化光線透射，使明暗度和透光性能達(dá)到理想的設(shè)計(jì)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(jìn)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(duì)抵御機(jī)械載荷能力的要求。

 

在建筑結(jié)構(gòu)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(huán)境下組件的底層玻璃下面可添加保溫窗結(jié)構(gòu)，填充氬氣或空氣后，可降低其熱傳導(dǎo)率。需要增加組件強(qiáng)度和安全性時(shí)，底層玻璃可使用夾層安全玻璃替代。