建筑光伏一体化（BIPV）设计方法

光伏建筑一体化(BIPV)，是应用太阳能发电的一种新概念、新方法，依据建设地点的地理、气候条件、建筑功能、周围环境等因素进行规划设计，确定建筑布局、朝向、间距、群体组合和空间环境，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，将太阳能发电(光伏)产品集成到建筑上的技术。

根据光伏方阵与建筑结合的方式不同可分为两大类:

第一类是光伏方阵与建筑的结合(BAPV)，这种方式是将光伏方阵安装在已有建筑的屋顶、墙面等结构上，不影响原有建筑物的功能。

第二类是光伏方阵与建筑的集成(BIPV)，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、光电采光顶、建筑阳台光伏栏板、公共设施停车屋顶等。

二者同时设计和施工，光伏发电组件成为建筑材料的一部分，同时具备发电和建材的双重功能，形成光伏与建筑的统一体。

光伏方阵与建筑的集成(BIPV)是光伏建筑一种新型形式，它对光伏组件的要求较高。

光伏组件在满足光伏发电功能要求的同时，还要兼顾建筑的基本功能要求，不影响光伏组件安装部位的建筑功能，并与建筑协调一致，保持建筑统一和谐的外观。

进行光伏建筑一体化设计时，首先应考虑建筑外观色彩，使之与建筑整体有机结合，与建筑周围环境协调一致，使之总体和谐、美观。

如果光伏幕墙BIPV组件与普通玻璃外观色彩不协调，将影响整体立面外观效果。

光伏建筑一体化能够很方便地通过前板玻璃调色技术，与建筑玻璃深度融合，实现幕墙BIPV组件与玻璃色彩一致性，达到外观上协调统一，但会使发电量有一定损失。应用现场图见图1所示。

图1 BIPV现场应用图

幕墙BIPV组件分类图如图2所示，对隔热性能要求不高的窗间墙与采光顶区域采用基础款，对隔热性能要求高的使用中空款。

图2 幕墙BIPV组件分类

可根据建筑专业的需要，增设彩色前板。在应用于采光顶时，可采用彩色PVB胶片BIPV方案，不仅可以降低产品成本，还不会降低BIPV的光电转换效率。

使用彩色前板玻璃会对产品功率造成一定折损，如表1所示为1200×600尺寸的三玻(相对于双玻组件，增加了前板玻璃)，BIPV组件电性能参数见表1。

表1 三玻BIPV组件电性能参数

其次，进行光伏建筑一体化设计时，不仅要考虑幕墙透光率，还应考虑光电转化效率，一般采光顶选择10%～20%透光可满足需求，立面幕墙透光较高的区域选择40%、50%透光即可。

最后，在进行光伏建筑一体化设计时，应注意布线形式。

幕墙有多种形式，不同形式的光伏幕墙在布线时，接线盒的位置、接线部位、布线形式会不一致，为了避免随意性，可进行布线的适应性选择，光伏幕墙布线适应性选择可见表2。

表2 光伏幕墙布线适应性选择表

接线盒常见形式如图3所示。

图3接线盒常见形式

光伏电池组件的类型，目前市场上比较多见的为薄膜太阳能电池碲化镉(CdTe)及单晶硅(Cz-Si)、多晶硅(mc-Si)太阳能电池。

薄膜太阳能电池碲化镉结构图

碲化镉薄膜太阳能电池是薄膜太阳电池中发展较快的一种光伏器件。

碲化镉太阳能电池转换效率达到了16%。碲化镉薄膜太阳能电池导电膜采用透光性很好的SnO2:F，n型CdS窗口层，几乎所有可见光都可以透过，P型CdTe做为吸收层，光吸收率极高，两者叠加形成PN结，理论光电转换效率高(≥28%)。

实际使用中，显示组件温度系数低，弱光效应好，稳定性高，热斑效应小，长期使用功率衰减率低，使用寿命可以长达50年。

单晶硅太阳能电池一般以P型单晶硅片为基片，目前在售产品，组件效率都在20%以上，制造技术比较成熟，结晶中缺陷较少，转换效率相对较高，可靠性高，特性也较稳定，但制造成本较高。

单晶硅太阳能电池

多晶硅太阳能电池也是用P型单晶硅片，组件电池的转换效率为19%左右，多晶硅是正方形，在制作电池组件时有最高的填充率。多晶硅生产工艺简单，性能稳定，可大规模生产。

多晶硅太阳能电池

光伏电池组件地选择依据太阳能辐射量、气候特征、场地面积等因素，主要从以下几个方面考虑。

• 应考虑日照、温度、湿度、扬尘等。

对于太阳能辐射量较低、散射分量较大环境温度较高的地区薄膜太阳能电池组件比晶硅组件有优势，薄膜太阳能组件弱光效应好，清晨、傍晚弱光条件下效果明显优于间接带隙材料的晶硅电池。

对于太阳能辐射量较高、散射分量较大的地区，晶硅太阳电池比薄膜太阳电池有优势。

• 应考虑安装位置，安装在屋顶上时，屋顶承重好的可以用晶硅，承重一般的可以用薄膜。做光伏幕墙时，薄膜比晶硅在建筑上应用更加美观。

• 从电池的转换效率考虑，相比晶硅电池，CdTe由于温度系数低、弱光效应好、抗遮挡能力强等优点，在同等装机容量下，CdTe产品发电量较晶体硅产品高。

• 从性价比考虑，晶硅的造价比薄膜要低，薄膜的造价高一点，收回成本的期限也要再长一点。

在设计BIPV建筑时特别要考虑电池板本身的电压、电流是否方便光伏系统设备选型。

建筑物的外立面有可能是由一些大小、形式不一的几何图形组成，这会造成组件间的电压、电流不同，因此应与建筑专业密切配合，对建筑立面进行分区及调整分格，使BIPV组件接近标准组件电学性能，同时也可以采用不同尺寸的电池片来满足分格的要求，选择最为匹配的产品，以最大限度地满足建筑物外立面效果。

经过试验，光伏玻璃可达到从安装支架上不脱落，没有飞溅的玻璃碎片，不产生破损的洞，安全性能没有问题。

通过模拟下雨、下雪的气候造成的湿气进入组件内部后，对电路引起腐蚀漏电或安全事故的影响。经过试验，BIPV光伏玻璃组件电流密度小，即使处于恶劣环境，也能正常工作，并且在光电建筑上安装关断器，从而杜绝火灾的发生，保证建筑安全。

通过科学实验发现，BIPV光伏玻璃组件还具备弱光发电优势。即使在自然光照较弱条件下，光伏组件依然能实现光电转化，保证稳定供电。