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1、光伏建筑一體化的設計方案一、簡介2二、光伏建筑一體化原理3（一）太陽電池原理3（二）光伏發電系統原理3三、光伏建筑一體化BIPV4（一）光伏與建筑相結合的形式5（四）光伏系統與建筑墻體相結合7（五）建筑與光伏組件的結合7（六）光伏組件與玻璃幕墻相結合8（七）光伏組件與遮陽板的結合9（八）光伏組件與屋頂瓦板相結合9（九）光伏組件與窗戶及采光頂相結合9四、光伏建筑一體化的開展前景9五、總結10體化有如下優點：1 .無需占用珍貴的土地資源；.建筑物光伏發電不需要安裝額外的基礎設施；2 .能有效的減少建筑能耗，實現建筑節能；.能夠降低建筑物室內冷負荷；3 .建筑物光伏發電可以提供創新方式改善建筑物的外2、觀審 美；.平安環保，增加樓盤的整體品質。五、總結隨著國際石油價格持續上漲和國內煤炭價格上調壓力的 增大，我國能源供應正面臨著前所未有的嚴峻形勢。地球上的 環境由于大量燃燒礦物能源已產生很明顯的變化，人們世代賴 以生存的環境正在逐漸惡化，減少傳統常規能源的消耗量、節 能減排、保護環境的迫切性已引起我國各級政府的高度重視。 建筑能耗是各行中的耗能大戶，我國已經接近占總能耗的30%, 如何有效地降低建筑能耗是目前人們關注的焦點之一，開源節 流”是解決能源平安問題的唯一選擇，在大力節能的基礎上人 們的努力方向。太陽能按如何使用可再生能源，降低建筑物傳 統能源消耗量是近幾年以其清潔，用之不竭的特性近幾3、年再次 引起人們的高度關注，比方太陽能光伏建筑發電產品的生產和 銷售平均每年都以超過30%的速度增長,太陽能光伏建筑發電和 太陽能熱利用將成為最普及的建筑物可再生能源利用形式。10太陽能在建筑上的應用最為有效的方法之一是采用建筑光 伏一體化(BIPV),即光伏建筑，在建筑物上鑲嵌太陽能光伏板 發電為建筑物提供全部或局部電力。建筑物能耗通常占一個國 家和地區全部能源消耗的30%50%,利用光伏建筑發電對于減少 常規電力消耗量，降低供電高峰負荷和保護地球環境具有重要 的意義。隨著全球氣候的急速變化，開展中國家對能源需求量的增 加，礦物質燃料的逐步短缺和耗盡，能源的開發和使用已成為 人類活動的突出問4、題。在全球能源應用中，人們越來越深刻的 認識到能源消耗對生態環境的影響，作為占全球能源消耗40% 的建筑，其環保節能設計變得越來越重要。在建筑材料和設施 的設計方面，已經有許多節能技術可以選擇。光伏建筑一體化是光伏技術、建筑學和社會效應的統一體, 已經成為了光伏應用的選擇。光伏建筑設計是一個綜合過程， 把光伏建筑技術的能源意識和環保意識加到建筑學上，是一種 最有希望的未來光伏技術市場，它像一座橋梁，把光伏技術應 用從小規模新型產品過渡到大型發電中心技術。隨著光伏發電 本錢的降低，光伏技術和建筑學會很好地結合在一起，光伏建 筑技術和整體光伏技術市場將會越來越大。光伏發電與建筑相結合，將原來互不相5、關的領域結合到一 起，涉及面很廣，并非是光伏設計及制造者所能獨立完成的， 必須與建筑材料、建筑設計、建筑施工等有關部門密切合作，11 共同努力，才能取得成功。光伏建筑一體化表達了創新性的建 筑設計理念、高科技以及人文環境協調的美學觀念。 就目前 而言，盡管光伏器件與建筑相結合可能降低一些應用本錢，但 與常規能源相比，費用仍然較高，這是影響光伏推廣的主要障 礙之一。然而我們必須注意到，這樣簡單的比照是不恰當的， 因為一些隱藏的本錢并沒有計入常規能源的本錢，譬如治理常 規能源所造成的污染等費用，一些國家對化石燃料的價格補貼, 以及最近逐漸高漲的是有價格等。光伏發電雖然一次性投入較 大，但運行費用很6、低，并且越來越多的國家正在出臺相應的政 策，扶植光伏產業的開展。可以預計，光伏發電與建筑相結合 時未來光伏應用中最重要的領域之一，前景十分廣闊，有著巨 大的市場潛力。隨著科學技術的不斷進步，光伏組件的本錢會 逐步降低，與光伏建筑相結合的建筑物會雨后春筍般的出現在 我們身邊，同時太陽能光伏發電必將在能源結構中占有相當重 要的位置。12光伏建筑一體化的設計一、簡介太陽能光伏建筑一體化(BIPV)系統，是應用太陽能發電 的一種新概念，簡單地講就是將太陽能光伏發電陣列安裝在建 筑的圍護結構外表來提供電力。這和系統有諸多優點，如有效 利用建筑外外表、無需額外用地或者加建其他設施、節約外飾 材料(玻璃幕墻7、等)、外觀更有魅力、緩解電力需求、降低夏季 空調負荷、改善室內熱環境等。光伏建筑一體化系統是目前世 界上大規模利用光伏技術發電的重要市場，一些興旺國家都將 光伏建筑一體化作為重點工程積極推進。近年來，國外推行在 用電密集的城鎮建筑物上安裝光伏系統，并采用與公共電網并 網的形式，極大地推動了光伏并網系統的開展，光伏與建筑一 體化已經占據了整個太陽能發電量的最大比例。光伏應用技術作為一種新型的技術，在建筑學上已經成為一 種新的可行的選擇。光伏應用技術利用太陽光這種巨大的可再 生能源來產生電力，其光伏轉換構件既可以安裝在建筑物上， 又可以作為多功能建筑材料構成實際的建筑物部件，光伏建筑 的產生是建筑8、物設計領域超越能源意識的新型設計意識，對人 類生態環境起著重要作用。光伏并網和建筑一體化的開展，標志著光伏發電由遙遠地 區向城市過渡，由補充能源向替代能源過渡，人類社會向可持 續開展的能源體系過渡。太陽能光伏發電將作為最具可持續發 展特征的能源技術進入能源機構其比例將愈來愈大并成為能源 主體構成之一。二、光伏建筑一體化原理(一)太陽電池原理半導體根據導電機理的不同可分為P型半導體和N型半導 體。當太陽光照射到半導體時，半導體中的電子被激發而移動, 失去電子的地方就形成空穴。P型半導體和N型半導體結合在一 起在半導體中形成“勢壘”。由P型半導體產生的電子向N型層 移動，由N型層中產生空穴向P型層9、移動。P型層中由于帶有正 電荷的空穴數目增多而帶正電；N型層中由于帶負電荷的電子 數目增多而帶負電。當到達穩定狀態時，在半導體兩端產生電 壓，稱為太陽電池的開路電壓。當用導線連接半導體兩端時， 光電流在外部回路中流動，稱為短路電流。最基本的太陽電池 是由PN結構構成的。(二)光伏發電系統原理光伏發電系統統按其系統配置可分為獨立式(standalone) 連接電網式(grid一alone) 2種。當不可能或沒必要與電網連接時，獨立式光電系統(stand 一alone systems)較適用。這種系統白天產生的多余電能儲存 在電池組中，以備夜間及昏暗多云天使用。當有電網時，就不需電池組儲能了。因為10、電網已經充當了一 個大的蓄電池的作用。連接電網式如圖1所示。當太陽能電池 板供電缺乏時，由電網向用戶供電，相反的，假設太陽能電池板 供電大于用戶需求，剩余的電可通過直交流逆變換器輸送到電 網。只需在連接電網時安裝一塊雙向計量電度表即可解決電力 收費的問題。這種系統特別適合于已有電網供電的用戶，不僅 可省去蓄電他的設置，減少初投資和運行維護費用，而旦有利 于削減因采用空調設備而造成的夏季白天用電高峰的問題。圖1一個典型的電網連接充電系統(白天，多余的電流將流入電網，計量表會倒轉)三、光伏建筑一體化BIPV太陽 能光伏一建筑一體化BIPV(Building Integrated Photovolt11、aics,)是應用太陽能發電的一種新概念：在建筑為維 護結構外外表鋪設光伏陣列提供電力。可以說在眾多可再生能 源發電技術中，光伏發電是最綠色最環保也是最值得期待的一 項技術1。圖2 戶用型光伏建筑一體化原理圖（一）光伏與建筑相結合的形式光伏與建筑的結合有兩種方式。一種是建筑與光伏系統的結 合，把封裝好的光伏組件平板或曲面板安裝在居民住宅或建筑 物的屋頂上，建筑物作為光伏陣列載體，起支撐作用，然后光 伏陣列再與逆變器、蓄電池、控制器、負載等裝置相連。建筑 與光伏系統相結合是一種常用的光伏建筑一體化形式，特別是 與建筑屋面的結合。另一類是建筑與光伏組件相結合。建筑與光伏組件相結合 是光伏建筑一體化12、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。一般的建筑物外圍護外表采用涂料、裝飾瓷 磚或幕墻玻璃，目的是保護和裝飾建筑物。如果用光伏組件代 替局部建材，即用光伏組件來做用作建材也可建筑物的屋頂， 外墻和窗戶，這樣既可用以發電。（二）建筑與光伏系統的結合與建筑相結合的光伏系統，可以作為獨立電源供電或者以并網的方式供電。當光伏建筑一體化系統參與并網時，可以不需 要蓄電池，但需要與電網連入的裝置，而并網發電是當今光伏 應用的新趨勢。將光伏組件安裝在建筑物上，引出端經過控制 器及逆變器與公共電網連接，需要由光伏陣列及電網并聯向用 戶13、供電，這就組成了戶用并網光伏系統。由于不需要蓄電池， 大大降低了造價。光伏系統與建筑物相結合的形式主要包括與建筑物屋頂相 結合以及與建筑墻體相結合等方式，下面分別進行介紹。（三）光伏系統與建筑屋頂相結合將建筑屋頂作為光伏陣列的安裝位置有其特有的優勢，日照 條件好，不容易受到遮擋，可以充分接受太陽輻射，光伏系統 可以緊貼建筑屋頂結構安裝，減少風力的不利影響。并且，太 陽組件可替代保溫隔熱層遮擋屋頂。止匕外，與建筑屋頂一體化 的面積光伏組件由于綜合使用材料，不但節約了本錢，單位面 積上的太陽能轉換設施的價格也可以大大降低，有效地利用了 屋面的符合功能。圖3為光伏系統與建筑屋頂相結合的建筑實例（四）14、光伏系統與建筑墻體相結合對于多、高層建筑來說，建筑外墻是與太陽光接觸面積最大 的外外表。為了合理地利用墻面收集太陽能，可采用各種墻體 構造和材料。將光伏系統置于有建筑墻體上不僅可以利用太陽 能產生電力，滿足建筑的需求，而且還能有效減低建筑墻體的 溫度，從而降低建筑物室內空調冷負荷。圖7為光伏系統與建 筑墻體相結合的建筑實例。（五）建筑與光伏組件的結合建筑與光伏組件的結合是指將光伏組件與建筑材料集成化, 光伏組件以一種建筑材料的形式出現，光伏陣列成為建筑不可 分裂的一局部，如光伏玻璃幕墻、光伏瓦和光伏遮陽板裝置。把光伏組件作為建材所要求的幾項條件，如堅固耐用、保 溫隔熱、防水防潮、適當強度和剛度15、等性能、用光伏組件替代 局部建材、在將來隨著應用面的擴大，光伏組件的生產規模也 隨之增大，那么可從規模效益上降低光伏組件的本錢，有利于光 伏產品的推廣應用，所以存在著巨大的潛在市場。近幾年，隨著全球光伏產業的迅猛開展，薄膜光伏電池市場 前景看好，技術日臻成熟，光伏轉換效率和穩定性不斷提高。 薄膜光伏電池的一個重要優點是適合做成魚建筑物結合的光伏 發電組件：雙層玻璃封裝性的薄膜光伏電池組件，可以根據需 要，制成不同的透光率，可以替代玻璃幕墻，而不銹鋼和集合 物襯底的柔性薄膜光伏電池適用于建筑屋頂等需要造型的部 分。一方面它具有漂亮的外觀，能夠發電;另一方面，用于薄膜 光伏電池的透明導電薄膜又能很16、好地阻擋外部紅外線的進入和 內部熱能的散失，將成為建筑與光伏組件結合的主要方向之一。圖4光伏與建筑結合的方式（六）光伏組件與玻璃幕墻相結合將光伏組件同玻璃幕墻集成化的光伏玻璃突破了傳統玻璃 幕墻的單一圍護功能，把以前被當做有害因素而屏蔽在建筑物 外表的太陽光，轉化為能被人們利用的電能，同時這種復合材 料部多占用建筑面積，而且優美的外觀具有特殊的裝飾效果， 更賦予建筑物鮮明的時代特色和技術特色，已經成為光伏建筑 一體化應用的一道亮麗風景線。（七）光伏組件與遮陽板的結合將光伏系統與遮陽裝置構成多功能建筑構件，一物多用，既 可以有效利用空間為建筑物提供遮擋，又可以提供能源，在美 學與功能兩個方面都到17、達了完美的統一。（八）光伏組件與屋頂瓦板相結合光伏組件與屋頂相結合的另一種光伏系統：太陽能瓦。太 陽能瓦是太陽能光伏電池與屋頂瓦板結合形成一體化的產品， 這一材料的創新之處在于使太陽能與建筑到達真正意義上的一 體化，該系統直接鋪在屋頂上，不需要在屋頂上安裝支架，太 陽能瓦由光伏模塊組成，光伏模板的形狀、尺寸、鋪裝時的構 造方法都與平板式的大片屋面瓦一樣。（九）光伏組件與窗戶及采光頂相結合光伏組件假設是用于窗戶、采光頂等，那么必須能夠透光，就 是說既可以發電又可以采光。除此之外，還要考慮平安性、外 觀和施工簡便等因素。圖9為光伏組件與窗戶及采光頂相結合 的建筑實例。四、光伏建筑一體化的開展前景光伏建筑一體化的優點：從建筑學、光伏技術和經濟效益 方面的觀點來看，光伏發電技術和建筑學相結合的光伏建筑一