BIPV

名詞釋義

　　BIPV即Building Integrated PV是光伏建筑一體化。PV即Photovoltaic。BIPV技術(shù)是將太陽能發(fā)電(光伏)產(chǎn)品集成到建筑上的技術(shù)。光伏建筑—體化(BIPV)不同于光伏系統(tǒng)附著在建筑上(BAPV：Building Attached PV)的形式。 現(xiàn)代化社會中，人們對舒適的建筑熱環(huán)境的追求越來越高，導(dǎo)致建筑采暖和空調(diào)的能耗日益增長。在發(fā)達(dá)國家，建筑用能已占全國總能耗的30%—40%，對經(jīng)濟(jì)發(fā)展形成了一定的制約作用。

ontent">BIPV主要的安裝形式

　　光伏建筑一體化(BIPV)主要的安裝形式有以下幾種:

  

立面

  

平屋頂

  

坡屋頂

  

遮陽

BIPV的優(yōu)勢

1. 能夠滿足建筑美學(xué)的要求

　　BIPV建筑首先是一個建筑，它是建筑師的藝術(shù)品，其成功與否關(guān)鍵一點(diǎn)就是建筑物的外觀效果。在BIPV建筑中，我們可通過相關(guān)設(shè)計將接線盒、旁路二極管、連接線等隱藏在幕墻結(jié)構(gòu)中。這樣既可防陽光直射和雨水侵蝕，又不會影響建筑物的外觀效果，達(dá)到與建筑物的完美結(jié)合，實(shí)現(xiàn)建筑大師們的構(gòu)想。

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(diào)整電池片的排布或采用穿孔硅電池片來達(dá)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(dāng)然，光伏組件透光率越大，電池片的排布就越稀，其發(fā)電功率也會越小。

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(shí)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(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，對它的玻璃力學(xué)性能要求就可能是完全不同的?！?/p>

　　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(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)匯集引線端的整體構(gòu)件。鋼化玻璃的厚度是按照國家建筑規(guī)范和幕墻規(guī)范，通過嚴(yán)格的力學(xué)計算得出的結(jié)果。而組件中間的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，碎片也會牢牢粘附在PVB膠片上，不會脫落四散傷人，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。

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(jié)合。幕墻在我國發(fā)展三十年以來，各種幕墻形式都具有了比較成熟的設(shè)計和安裝技術(shù)。構(gòu)件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，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。雙層通風(fēng)幕墻系統(tǒng)具有通風(fēng)換氣，隔熱隔聲，節(jié)能環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)，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(nèi)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(jié)構(gòu)形式基本上同傳統(tǒng)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(shù)基礎(chǔ)和優(yōu)勢，完全能夠達(dá)到安裝方便的要求。

5. 能夠具有壽命長的優(yōu)勢

　　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)黃將會影響建筑的美觀和系統(tǒng)的發(fā)電量。而PVB膜具有透明、耐熱、耐寒、耐濕，機(jī)械強(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PVB”的規(guī)定。BIPV光伏組件采用PVB代替EVA制作能達(dá)到更長的使用壽命。目前，國外的Schott和Schuco公司、國內(nèi)的廣東金剛玻璃科技股份有限公司已經(jīng)掌握了較成熟的PVB封裝技術(shù)的光伏組件。

　　此外，在BIPV系統(tǒng)中，選用光伏專用電線(雙層交聯(lián)聚乙烯浸錫銅線)，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。

6. 具有綠色環(huán)保的效果

　　BIPV建筑物能為光伏系統(tǒng)提供足夠的面積，不需要另占土地，還能省去光伏系統(tǒng)的支撐結(jié)構(gòu);太陽能硅電池是固態(tài)半導(dǎo)體器件，發(fā)電時無轉(zhuǎn)動部件，無噪聲，對環(huán)境不會造成污染;BIPV建筑可自發(fā)自用，減少了電力輸送過程的費(fèi)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(qiáng)時恰好是用電高峰期，BIPV系統(tǒng)除可以保證自身建筑內(nèi)用電外，在一定條件下還可能向電網(wǎng)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(fā)電所帶來的嚴(yán)重空氣污染，這對于環(huán)保要求更高的今天和未來極為重要。

BIPV在國外的發(fā)展現(xiàn)狀

　　美國是世界上能量消耗最大的國家，國會先后通過了“太陽能供暖降溫房屋的建筑條例”和“節(jié)約能源房屋建筑法規(guī)”等鼓勵新能源利用的法律文件。在經(jīng)濟(jì)上也采取有效措施，不僅在太陽能利用研究方面投入大量經(jīng)費(fèi)，而且由國會通過一項對太陽能系統(tǒng)買主減稅的優(yōu)惠辦法。因此，美國太陽能建筑的發(fā)展極為迅速，無論是對太陽能建筑的研究、設(shè)計優(yōu)化，還是材料、房屋部件結(jié)構(gòu)的產(chǎn)品開發(fā)、應(yīng)用，以及真正形成商業(yè)運(yùn)作的房地產(chǎn)開發(fā)，美國均處于世界領(lǐng)先地位，并在國內(nèi)形成了完整的太陽能建筑產(chǎn)業(yè)化體系。

　　美國于上個世紀(jì)８０年代初就由新墨西哥洲的洛斯阿拉莫斯科學(xué)實(shí)驗室編制出版了被動式太陽房設(shè)計手冊。此外，美國還出版了許多實(shí)用的被動式太陽房建筑圖集，既介紹成功的設(shè)計實(shí)例，也有對太陽房原理、構(gòu)造的詳細(xì)說明。這些工具書的發(fā)行和一些樣板示范房屋的建立，對美國公眾接受太陽房起到了很好的促進(jìn)作用。比較著名的示范建筑有：位于新澤西州普林斯頓的凱爾布住宅；位于新墨西哥州科拉爾斯的貝爾住宅；位于新墨西哥州圣塔菲的圣塔菲太陽房；位于加利福尼亞州阿塔斯卡德洛的阿塔斯卡德洛住宅，以及位于新墨西哥州科拉爾斯的戴維斯住宅。這些建筑采用壁爐或電散熱器作輔助熱源，但太陽能供暖率均在７５％以上，有的已達(dá)到１００％，例如阿塔斯卡德洛住宅。

　　早在上個世紀(jì)４０年代，美國麻省理工學(xué)院就開始利用太陽能集熱器作為熱源的供暖、空調(diào)系統(tǒng)研究，先后建成了ｗ號實(shí)驗太陽房。這些實(shí)驗太陽房，即是最早的主動式太陽房。到７０年代以后；又有華盛頓近郊的托馬森太陽房和科羅拉多州丹佛市的洛夫太陽房等主動式太陽房的示范建筑建成。這些太陽房的成功運(yùn)行，說明太陽能供熱、空調(diào)系統(tǒng)在技術(shù)上是完全可行的，但由于投資較大，推廣普及程度不及被動式太陽房。直到進(jìn)入９０年代，由于開發(fā)出更加高效的太陽集熱器和吸收式制冷機(jī)、熱泵機(jī)組，應(yīng)用范圍才得以擴(kuò)大。

　　日本在主動式太陽房的研究應(yīng)用領(lǐng)域也處于世界前列。１９７４年日本通產(chǎn)省制定了“陽光計劃”，并按此計劃建造了數(shù)幢典型太陽能采暖空調(diào)試驗建筑，如矢崎實(shí)驗太陽房。而且多年來日本的太陽能采暖、空調(diào)建筑一直穩(wěn)步發(fā)展，并已應(yīng)用于大型建筑物上。

　　此外，法國、德國、澳大利亞、英國等發(fā)達(dá)國家也擁有相當(dāng)先進(jìn)的太陽能建筑應(yīng)用技術(shù)。著名的集熱蓄熱墻采暖方式即是法國人菲利克斯·特朗勃的專利，法國的奧代洛太陽房是該采暖理論轉(zhuǎn)化為實(shí)際應(yīng)用的第一個樣板房。英國利物浦附近的沃拉西的圣喬治郡中學(xué)，則是直接受益式太陽房最大和最早的樣板之一。盡管英國的太陽能資源并不豐富，該所中學(xué)安裝的常規(guī)采暖系統(tǒng)卻從未使用過。

　　最后值得一提的是近幾年來在發(fā)達(dá)國家已有相當(dāng)發(fā)展水平的“零能房屋”，即完全由太陽能光電轉(zhuǎn)換裝置提供建筑物所需要的全部能源消耗，真正做到清潔、無污染，它代表了２１世紀(jì)太陽能建筑的發(fā)展趨勢。由于許多國家的政府（如美國、德國）都制定了太陽能在國家總能源消耗中的所占比例應(yīng)超過２０％的計劃，相信這種“零能房屋”將會有十分良好的發(fā)展前景。

BIPV在國內(nèi)的發(fā)展動態(tài)

　　1、綠色健康住宅根據(jù)國家有關(guān)部門的要求，已進(jìn)入了試點(diǎn)應(yīng)用研究的重點(diǎn)階段，而作為可再生能源的太陽能熱利用技術(shù)也同時進(jìn)入了快速發(fā)展時期，太陽能熱水器真成為廣大民眾綠色家電的首選。建設(shè)部相繼召開了“太陽能與建筑結(jié)合應(yīng)用研討會”，國家有關(guān)部門對這項課題十分重視并抓得很緊，建設(shè)部、科技部、經(jīng)貿(mào)委先后分別下發(fā)了《建設(shè)部建筑節(jié)能“十五”計劃綱要》、《科技型中小企業(yè)技術(shù)創(chuàng)新基金若干重點(diǎn)項目指南》、《新能源和可再生能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展“十五”規(guī)劃》、《關(guān)于組織實(shí)施資源節(jié)約與環(huán)境保護(hù)重大的通知》等文件，強(qiáng)調(diào)并提出課題開發(fā)應(yīng)用的目標(biāo)，明確了發(fā)展的重點(diǎn)和重點(diǎn)支持的具體項目。為此，中國建筑標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計研究所承擔(dān)了編制建筑工程行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、建筑施工工法、標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計圖集等“太陽能供熱制冷成套技術(shù)開發(fā)與示范”的課題，為太陽能與建筑一體化事業(yè)的健康穩(wěn)步發(fā)展，也為我們設(shè)計單位承擔(dān)這項課題的專項設(shè)計提供有利條件。福州康安康合太陽能公司2002年在“湖前蘭庭”9幢別墅做了第一個太陽能與建筑一體化示范工程，接著又在福州武警消防大廈、泉州“中遠(yuǎn)名城”，馬尾“時代廣場”商住樓等多處做了多例大型的太陽能集中供熱系統(tǒng)工程，已全部通過驗收投入使用，節(jié)能效果顯著。

　　2、據(jù)了解，目前太陽能利用與建筑一體化這項新課題主要是科研、院校在研究開發(fā)，一些能源技術(shù)開發(fā)公司承擔(dān)施工安裝，福州康安康合太陽能技術(shù)開發(fā)公司經(jīng)過多年的研究、試驗和開發(fā)，擁有“太陽能吸熱瓦片”、“真空管太陽能中央熱水器”、“不對稱太陽能集熱板”等多項國家實(shí)用型專利，該公司利用多項成果，專業(yè)從事太陽能集中供熱建設(shè)，在解決太陽能與建筑一體化上取得很大突破，已經(jīng)設(shè)計、安裝了上述介紹的幾項大工程，積累了很多的實(shí)踐經(jīng)驗，取得了可喜的成績。

BIPV的發(fā)展方向

　　目前建筑物空氣溫度調(diào)節(jié)消耗著大量的能量。在我國，它要占到建筑物總能耗的約70％。用空調(diào)機(jī)和燃煤來控制室溫不僅消耗能量，帶來外界的環(huán)境污染，而且并不能給室內(nèi)人員帶來健康的環(huán)境（雖然暫時它是舒適的）。在太陽能用于采暖方面，除造價較高的被動式太陽房有一些示范型建筑外，還沒有大規(guī)模的采用。主動式太陽能供能由于成本更高，與我國的經(jīng)濟(jì)發(fā)展也是遠(yuǎn)不相適應(yīng)。因此，建筑供能的主動與被動相結(jié)合的思想及太陽能與常規(guī)能源相結(jié)合的思想。按照房間的功能，采用不同方案的配合及交叉，這樣可以大大降低太陽能用于建筑供能的一次投資和運(yùn)行成本，使得整個方案在商業(yè)化的意義下具有可操作性?！?/p>

　　被動采暖與降溫的意義在于使建筑本身能量負(fù)荷大大降低（節(jié)能率約70％），使其所要求主動供能裝置提供的能量大大降低。也就是說，它將對昂貴裝置的要求降低。另外，被動供能是巧妙利用自然條件的變化來調(diào)節(jié)室內(nèi)溫度。我們認(rèn)為，建筑物內(nèi)空氣溫度調(diào)節(jié)技術(shù)發(fā)展方向不應(yīng)當(dāng)是改變自然環(huán)境來滿足人的要求，而是應(yīng)當(dāng)盡量巧妙地利用并順應(yīng)自然界來滿足人們對健康和舒適的要求。研究空調(diào)的目的應(yīng)當(dāng)是盡量減少人工環(huán)境，而不是相反?！?/p>

　　主動供能的意義在于保障建筑室內(nèi)的舒適性增加?！?/p>

　　在主動與被動供能相互配合組成供能系統(tǒng)的情況下，整套建筑供能系統(tǒng)的設(shè)備性能將會提高，而尺寸和造價將會降低。

BIPV建筑設(shè)計中需注意的幾個問題

一、光伏組件的力學(xué)性能

　　作為普通光伏組件，只要通過IEC61215的檢測，滿足抗130km/h(2，400Pa)風(fēng)壓和抗25mm直徑冰雹23m/s的沖擊的要求。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(shí)驗要求和建筑物安全性能要求，因此需要有更高的力學(xué)性能和采用不同的結(jié)構(gòu)方式。例如尺寸為1200mm×530mm的普通光伏組件一般采用3.2mm厚的鋼化超白玻璃加鋁合金邊框就能達(dá)到使用要求。但同樣尺寸的組件用在BIPV建筑中，在不同的地點(diǎn)，不同的樓層高度，以及不同的安裝方式，對它的玻璃力學(xué)性能要求就可能是完全不同的。南玻大廈外循環(huán)式雙層幕墻采用的組件就是兩塊6mm厚的鋼化超白玻璃夾膠而成的光伏組件，這是通過嚴(yán)格的力學(xué)計算得到的結(jié)果。

二、建筑的美學(xué)要求

　　BIPV建筑首先是一個建筑，它是建筑師的藝術(shù)品，就相當(dāng)于音樂家的音樂，畫家的一幅名畫，而對于建筑物來說光線就是他的靈魂，因此建筑物對光影要求甚高。但普通光伏組件所用的玻璃大多為布紋超白鋼化玻璃，其布紋具有磨砂玻璃阻擋視線的作用。如果BIPV組件安裝在大樓的觀光處，這個位置需要光線通透，這時就要采用光面超白鋼化玻璃制作雙面玻璃組件，用來滿足建筑物的功能。同時為了節(jié)約成本，電池板背面的玻璃可以采用普通光面鋼化玻璃。

　　一個建筑物的成功與否，關(guān)鍵一點(diǎn)就是建筑物的外觀效果，有時候細(xì)微的不協(xié)調(diào)都是不能容忍。但普通光伏組件的接線盒一般粘在電池板背面，接線盒較大，很容易破壞建筑物的整體協(xié)調(diào)感，通常不為建筑師所接受，因此BIPV建筑中要求將接線盒省去或隱藏起來，這時的旁路二極管沒有了接線盒的保護(hù)，要考慮采用其他方法來保護(hù)它，需要將旁路二極管和連接線隱藏在幕墻結(jié)構(gòu)中。比如將旁路二極管放在幕墻骨架結(jié)構(gòu)中，以防陽光直射和雨水侵蝕。

　　普通光伏組件的連接線一般外露在組件下方，BIPV建筑中光伏組件的連接線要求全部隱藏在幕墻結(jié)構(gòu)中。

三、建筑結(jié)構(gòu)與光伏組件電學(xué)性能的配合

　　在設(shè)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(tǒng)設(shè)備選型，但是建筑物的外立面有可能是一些大小、形式不一的幾何圖形組成，這會造成組件間的電壓、電流不同，這個時候可以考慮對建筑立面進(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)邊角上的電池片不連接入電路，以滿足電學(xué)要求。

四、巧妙利用太陽能的建筑

　　太陽能為保護(hù)環(huán)境創(chuàng)造了有利條件，于是許多建筑學(xué)家巧妙利用太陽能建造太陽能建筑。

　　1、太陽能墻：美國建筑專家發(fā)明太陽能墻，是在建筑物的墻體外側(cè)裝一層薄薄的黑色打孔鋁板，能吸收照射到墻體上的80％的太陽能量。被吸入鋁板的空氣經(jīng)預(yù)熱后，通過墻體內(nèi)的泵抽到建筑物內(nèi)，從而就能節(jié)約中央空調(diào)的能耗。

　　2、太陽能窗：德國科學(xué)家發(fā)明了兩種采用光熱調(diào)節(jié)的玻璃窗。一種是太陽能溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)，白天采集建筑物窗玻璃表面的暖氣，然后把這種太陽能傳遞到墻和地板的空間存儲，到了晚上再放出來；另一種是自動調(diào)整進(jìn)入房間的陽光量，如同變色太陽鏡一樣，根據(jù)房間設(shè)定的溫度，窗玻璃或是變成透明或是變成不透明。

　　3、太陽能房屋：德國建筑師塞多.特霍爾斯建造了一座能在基座上轉(zhuǎn)動跟蹤陽光的太陽能房屋。該房屋安裝在一個圓盤底座上，由一個小型太陽能電動機(jī)帶動一組齒輪，使房屋底座在環(huán)形軌道上以每分鐘轉(zhuǎn)動3厘米的速度隨太陽旋轉(zhuǎn)。這個跟蹤太陽的系統(tǒng)所消耗的電力僅為該房太陽能發(fā)電功率的1％，而該房太陽能發(fā)電量相當(dāng)于一般不能轉(zhuǎn)動的太陽能房屋的兩倍。

五、BIPV（即光伏建筑一體化）的最新政策　　

　　1、太陽能光電建筑（BIPV）應(yīng)用財政補(bǔ)助資金管理暫行辦法（財政部、住房城鄉(xiāng)建設(shè)部2009年3月26日頒布）

　　2、關(guān)于支持加快太陽能光電建筑（BIPV）應(yīng)用的政策解讀（財建[2009]128號，財政部2009年4月發(fā)布）