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摘要：通過對光伏建筑一體化的各種應用形式及優勢分析，綜合探討BIPV在建筑上應用的實用性。提出一些光伏組件（詞條“光伏組件”由行業大百科提供）在建筑應用的技術思路，市場應用的平衡點以及對市場的預期。
關鍵詞：光伏;建筑;一體化;優勢
1.引言
隨著石化能源的日益枯竭和人類生存環境的日益惡化，世界各國對清潔能源如太陽能、風能等可再生能源的支持力度越來越大。光伏建筑一體化建筑是光伏應用形式中最接近人類生活的一種，是綠色節能環保理念的完美體現。根據《中國建筑能耗研究報告(2020 )》2018年建筑行業全生命周期碳排放占全國總量的51.3 %，建筑領域的節能減碳是我國實現“碳達峰、碳中和”目標的關鍵。
根據《中國建筑能耗研究報告(2020)》2018年建筑行業全生命周期碳排放占全國碳排放總量的51.3%
2.光伏建筑一體化的定義
光伏建筑一體化(BIPV)技術即將太陽能發電(光伏)產品集成到建筑上的技術。BIPV即Building Integrated Photovoltaic，其不但具有外圍護結構的功能，同時又能產生電能供建筑使用。光伏建筑一體化(BIPV )不同于光伏系統附著在建筑上(BIPV : Building Attached PV)的形式。幾種系統的工程實例請見下圖(圖1)。
3.光伏建筑一體化的應用形式
隨著建筑行業的迅速發展和建筑設計師（詞條“建筑設計師”由行業大百科提供）們的奇思妙想，建筑外圍護的形式越來越多樣化。而作為建筑外圍護結構的一種深化表現形式，光伏建筑一體化在建筑物上也出現了多種多樣的應用形式，如圖2所示。下面介紹幾種BIPV在建筑中的運用形式，供大家參考。
· 采光頂:采光比較理想，發電效率較高;
· 幕墻立面:示范效果好，形式多樣，美觀;
· 遮陽板:既遮擋陽光，又發電補充能源;
· 護欄和地板:充分利用空間，安放簡單方便;
3.1光伏玻璃幕墻
利用采光充足的玻璃幕墻層間區域及需要進行遮陽設計的立面區域，安裝光伏幕墻，集建筑裝飾、建筑遮陽與發電一體化。其結構原理玻璃幕墻完全相同，幕墻形式可做成全隱框、全明框、半隱框等多種形式。光伏玻璃幕墻系統可按照工程定制或對原幕墻系統進行結構改造;光電面板背面可襯以不同顏色，以適應不同的建筑風格。光伏幕墻集發電、隔音、隔熱、裝飾等功能于一體，把光電技術與幕墻技術相結合，代表著幕墻技術發展的新方向。其通過太陽能光電池和半導體材料對自然光進行采集、轉化、蓄積、變壓，最后聯入建筑供電網絡，為建筑提供可靠的電力支持。
3.2光伏玻璃采光頂
玻璃采光頂是建筑的組成部分，隨著建筑物跨度越來越大，通過建筑幕墻、門窗已不能滿足建筑物室內采光的需要，需要在大跨度屋面設置玻璃采光頂進行室內采光。光伏玻璃組件與采光頂結合進行創新設計，可以讓綠建設計融入建設全過程。結構上采用橫隱豎明半隱框設計，對于有防火要求的需滿足建筑屋面防火要求。對于無防火要求的光伏采光頂，可采用點支式玻璃采光頂及鋁合金（詞條“鋁合金”由行業大百科提供）框架式玻璃采光頂。
3.3光伏護欄
護欄是建筑物防護安全設施的重要防護構件，在朝向和陽光良好位置，選用
光伏玻璃替代常用玻璃、金屬等，不僅可以滿足安全防護需求，也可以利用太陽
能發電，一舉兩得;光伏玻璃與欄桿結合進行創新設計，結構安全可靠，完美隱
藏線及接線盒更美觀，施工簡單便捷。
3.4光伏遮陽棚
光伏遮陽棚是未來最具發展潛力的建筑光伏應用形式之一，具有以下有點：
a)在合理安裝角度下，有利于光伏組件最大限度的接受太陽輻射（詞條“太陽輻射”由行業大百科提供），提高光
電轉化效率;
b)可以阻擋陽光進入室內，利于控制和調節室內溫度，降低建筑物空調負
荷，起到節能減排的作用;
c)光伏組件作為一種新型的建筑遮陽構件，可以節約遮陽材料，豐富建筑
4.光伏建筑一體化的優勢
4.1能夠滿足建筑美學的要求
BIPV建筑首先是一個建筑，它是建筑師的藝術品，其成功與否關鍵一點就是建筑物的外觀效果。在BIPV建筑中，我們可通過相關設計將接線盒、旁路二極管、連接線等隱藏在幕墻結構中。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，實現建筑大師們的構想。
4.2能夠滿足建筑物的采光要求
對建筑物來說光線就是靈魂，其對光影的要求甚高。BIPV建筑是采用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排布或采用穿孔硅電池片來達到特定的透光率，即使是在大樓的觀光處也能滿足光線通透的要求。當然，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。
4.3能夠滿足建筑的安全性能要求
BIPV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，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構件。鋼化玻璃的厚度是按照國家建筑規范和幕墻規范，通過嚴格的力學計算得出的結果。而組件中間的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PVB膠片上，不會脫落四散傷人，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。
《玻璃幕墻工程技術規范JGJ 102-2003》第3.4.6項明文規定，玻璃幕墻采用夾層玻璃璃時，應采用干法（詞條“干法”由行業大百科提供）加工合成，其夾片宜采用聚乙烯醇縮丁醛(PVB膠片。而在作者參編的《民用建筑（詞條“民用建筑”由行業大百科提供）太陽能光伏系統（詞條“太陽能光伏系統”由行業大百科提供）應用技術規范》也將“夾層（詞條“夾層”由行業大百科提供）玻璃應采用PVB膠片”作為一項強制性的條文加入到規范中，以加強建筑物的安全性。
4.4能夠滿足安裝方便的要求
BIPV建筑是光伏組件與玻璃幕墻的緊密結合。幕墻在我國發展三十年以來，各種幕墻形式都具有了比較成熟的設計和安裝技術。構件式幕墻（詞條“構件式幕墻”由行業大百科提供）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。雙層通風幕墻（詞條“雙層通風幕墻”由行業大百科提供）系統具有通風換氣，隔熱隔聲，節能環保等優點，并能夠改善了BIPV組件的散熱情況，降低了電池片溫度，減少了組件的效率損失，降低熱量向室內的傳遞。BIPV建筑簡單來說，就是用BIPV光伏組件取代普通鋼化玻璃，其結構形式基本上同傳統玻璃幕墻能夠相通。這就使得BIPV光伏組件的安裝具有深厚的技術基礎和優勢，完全能夠達到安裝方便的要求。
4.5能夠具有壽命長的優勢
普通光伏組件封裝用的膠一般為EVA。由于EVA的抗老化（詞條“老化”由行業大百科提供）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PVB膜具有透明、耐熱、耐寒、耐濕，機械強度高等特性，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PVB”的規定。BIPV光伏組件采用PVB代替EVA制作能達到更長的使用壽命。目前，國外的Schott和Schuco公司，以及國內的一些光伏玻璃企業已經掌握了較成熟的PVB封裝技術的光伏組件。
此外，在BIPV系統中，選用光伏專用電線(雙層交聯聚乙烯浸錫銅線)，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。
4.6具有綠色環保的效果
BIPV建筑物能為光伏系統提供足夠的面積，不需要另占土地，還能省去光伏系統的支撐結構;太陽能硅電池是固態半導體器件，發電時無轉動部件，無噪聲，對環境不會造成污染;BIPV建筑可自發自用，減少了電力輸送過程的費用和能耗，降低了輸電和分電的投資和維修成本。而且日照強時恰好是用電高峰期，BIPV系統除可以保證自身建筑內用電外，在一定條件下還可能向電網供電，舒緩了高峰電力需求，具有極大的社會效益;還能杜絕由一般化石燃料發電所帶來的嚴重空氣污染，這對于環保要求更高的今天和未來極為重要。
5. 結語
太陽能作為一種潔凈的可再生能源，有著礦物能源不可比擬的優越性。中國的太陽能資源十分豐富，為各種太陽能利用系統提供了巨大的市常由此，建筑界提出 “21世紀建筑”的一個概念即由建筑物自己產生能源，太陽能光伏建筑物一體化(BIPV)便成為21世紀建筑及光伏技術（詞條“光伏技術”由行業大百科提供）市場的熱點。
隨著國家2021年氣候變化綠皮書的發布，碳達峰碳中和是一場廣泛而深刻的經濟社會系統性變革，如何實現環境保護的可持續發展成為全球最強的呼聲。中國作為發展中國家，能源消耗逐年以驚人的速度增長，而建筑 作為能耗大戶(發達國家的建筑能耗一般占到全國總能耗的1/3以上)，其 節能 效益則變得尤其重要。
2021年10月國務院印發關于《2030年前碳達峰行動方案》的通知，里面明確到2025年，新建公共機構建筑、新建廠房屋頂光伏覆蓋率力爭達到50%，各地方政府也積極響應并發文，在綠色能源的熱潮下，許多企業正在積極建設城市并網發電示范工程。建筑作為光伏發電的載體，未來將給千家萬戶帶來清潔能源的便利，也會給整個建筑行業帶來新的機遇。
參與文獻
[1] IEC61215《地面用晶體硅光伏組件-設計鑒定和定型》
[2] IEC-61646《地面用薄膜光伏組件-設計鑒定和定型》
[3] IEC61730《光伏組件安全鑒定》
[4] GB/T51368《建筑光伏系統應用技術標準》
[5] GB29551《建筑用太陽能光伏（詞條“太陽能光伏”由行業大百科提供）夾層玻璃》
[6] GB/T29759《建筑用太陽能光伏中空玻璃》
[7] GB/T 19939-2005《光伏系統并網技術要求》
[8] GB/T 21086-2007《建筑幕墻》
[9] GB/T 8478-2020《鋁合金門窗》
作者單位：蘇州金剛防火鋼型材系統有限公司
