1、1建筑新技术介绍【摘要】由于国际能源危机的日益严峻，各种可再生能源及技术得到了快速的发展。太阳能光伏建筑一体化正是其中之一。本文从其概念，国内外发展现状，安装类型及工作原理和其必要性等几个方面介绍了这一可持续发展新技术，并对其在我国的发展提出了一些建议。 【关键词】太阳能，光伏一体化，可再生能源，可持续发展 中图分类号： TK511 文献标识码： A 文章编号： 目前能源与环境问题越来越受到重视，如何开发利用新能源和可再生能源，如何改变和优化能源消费结构等一系列问题成为世界关注的新焦点。太阳能是一种取之不尽, 用之不竭且没有污染的清洁能源。随着全球常规能源的紧张和环境污染的加剧, 太阳能被用在
2、供热、空调、制冷及发电等越来越多的领域。太阳能光伏发电是直接将太阳光转换成电能的一种发电形式,具有安全可靠、清洁卫生、无噪声、无污染、建设周期短、维护简单等特点, 正成为一种快速发展的可再生能源技术而被广泛应用。其中，太阳能光伏建筑一体化（BIPV）技术是将太阳能光伏发电系统与建筑有机结合，这项技术为光伏产业的蓬勃发展注入了新的源动力，也开辟了新的光伏应用领域。 太阳能光伏建筑一体化综述 1.1 太阳能光伏建筑一体化的概念 2（1）太阳能光伏建筑一体化（Building Integrated Photovoltaic，简称 BIPV）技术即将太阳能发电(光伏)产品集成或结合到建筑上的技术， 它
3、不但具有外围护结构的功能，同时又能产生电能供建筑使用。光伏与建筑一体化(BIPV)是“建筑物产生能源”新概念的建筑，是利用太阳能可再生能源的建筑。 （2）太阳能光伏建筑一体化不等于太阳能光伏加建筑。所谓太阳能光伏建筑一体化不是简单的“相加” ，而是根据节能、环保、安全、美观和经济实用的总体要求， 将太阳能光伏发电作为建筑的一种体系进入建筑领域，纳入建设工程基本建设程序，同步设计，同步施工，同步验收，与建设工程同时投入使用，同步后期管理， 使其成为建筑有机组成部分的一种理念、 一种设计、一种工程的总称。 （3）光伏建筑一体化的核心建筑是一体化设计、一体化制造、一体化安装，而其辅助技术则包括了低能
4、耗、低成本、优质、绿色建筑材料的技术。光伏建筑一体化也是光伏建筑的规范化和标准化。 （4）光伏建筑一体化赋予了建筑物以新的属性，首先它使建筑物具有了能源的功能，建筑物不仅能够供人居住，还提供能源。随着光伏建筑一体化的进一步发展，今后房产的升值将会逐步地转变到更多地依靠科技价值的含量和提升，以及采用更加科学和严格的价格评价体系上来。BIPV 极大的丰富了建筑物的科技内涵，提高了建筑物的使用价值。 1.2 太阳能光伏建筑一体化在国内外的发展现状 在光伏建筑方面，德国、日本走在了前面，代表了人类可再生能源利用的发展方向，德国、日本光伏推广模式都非常成功，值得借鉴。这3两个国家发展的基本思路是将晶体硅
5、太阳电池作为主导产品，并采用屋顶计划和并网发电的基本形式，发展的主要推动力是政府的光伏发电补贴政策和银行贷款的激励机制。如德国政府带头利用太阳能，像柏林的议会大厦、柏林火车站等许多公共设施与场所，都大量采用光伏发电设备2。 近年来，我国太阳能光伏产业取得了振奋人心的进展，为今后的大发展打下了良好的基础。从发展观念和经济实力分析来看，在太阳能光伏示范推广方面，上海、江苏和广东有望像发展经济和高技术产业一样走在国内的前沿。我国政府拉动光伏产业和自主创新的政策日臻完善，各方利益逐步协调，将使我国太阳能光伏产业成为推动我国经济发展的新的动力，同时，还会推动我国太阳能科技快速跨入国际前列。 二、太阳能光
6、伏建筑一体化的设计 2.1 光伏建筑一体化的安装 （1）光伏建筑一体化主要安装类型如下。 建材型，指将太阳能电池与瓦、砖、卷材、玻璃等建筑材料复合在一起，成为不可分割的建筑构件或建筑材料，如光伏瓦、光伏砖、光伏屋面卷材、玻璃光伏幕墙、光伏采光顶等。 构件型， 指与建筑构件组合在一起或独立成为建筑构件的光伏构件，如以标准普通光伏组件或根据建筑要求定制的光伏组件构成雨篷构件、遮阳构件、栏板构件等。 与屋顶、墙面结合安装型，指在平屋顶上安装、坡屋面上顺坡架空安装以及在墙面上与墙面平行安装等形式。 4（2）屋顶一体化方式是指将 PV 板做成屋面板或瓦的形式覆盖平屋顶或坡屋顶整个屋面，后者与建筑的整体结
7、合方式具有更高的灵活性，为在旧房改造中使用 PV 板提供了可能。PV 板与屋顶整合一体化可以最大限度地接受太阳光的照射，且可兼做屋顶的遮阳板或者做成通风隔热屋面，减少屋顶夏季热负荷。PV 板与屋顶的构造做法有两种方式：一种是兼为屋顶防水构造层次的部分，要求 PV 系统具有良好的防水性能；另一种是单独作为构造层次位于防水层之上，对屋顶防水具有保护功能，可延长防水层的使用寿命。 （3）墙面一体化方式是指 PV 板与墙面材料一起进行集成。现代建筑支撑系统和维护系统的分离，可使 PV 板能如同木材、金属、石材、混凝土等预制板一样成为建筑外围护系统的贴面材料。 PV 板墙面一体化主要有 PV 板外墙装饰
8、板和 PV 板玻璃幕墙两种方式。PV 板玻璃幕墙是指透光型 PV 板和玻璃集成制成的光电幕墙。 该组件由太阳电池芯片和双层玻璃板构成， 芯片夹在玻璃板之间， 芯片之间和芯片与玻璃板边端之间留有一定的间隙，以便透光，芯片面积占总面积的 70%，也即透光率为30%,可有效解决幕墙的遮阳，降低建筑的热负荷，同时可为室内提供特殊的光照气氛；更因其特殊的颜色和质感，拓展了建筑的表现空间。目前 PV 板价格和某些天然石材己没有差别，今后随着 PV 板的发展，成本只会越来越低，这就为 PV 板在建筑的广泛应用创造了良好条件。 光电屋顶与光电幕墙的出现，为建筑师展示建筑艺术作品多了一种新的选择 （4）建筑构件
9、一体化方式是指将 PV 板与建筑的雨篷、遮阳板、阳台、天窗等构件有机整合，在提供电力的同时可为建筑增加美观的细部。5PV 板和遮阳板的结合不仅可为建筑在夏季提供遮阳， 还可使入射光线变得柔和， 改善室内的光环境， 且使窗户保持清洁。但应注意，高效率的 PV 系统并不一定是高效率的一体化系统。一体化建筑除要求美观外，还要求通过科学的计算和设计，满足建筑构件所要求的强度、防雨、热工、防雷、防火等技术条件。 （5）光伏 LED 一体化光电 LED 多媒体动态幕墙和天幕。 将光伏 LED 一体化夹层内的太阳能电池和 LED 半导体的透明基板放置在幕墙、屋面边框内构成光电单元，可以模块化。常规交流供电系
10、统作为 LED 供电电源，必须将电源转换成低压直流电才能使用。考虑到功率因素的影响和 LED 供电的特殊性，需要合理设计复杂控制转换电路，这不仅增加了照明系统成本，又降低了能源的利用效率。太阳能光伏发电技术与 LED结合的关键，在于两者同为直流电、电压低且能互相匹配。因此两者的结合不需要将太阳能电池产生的直流电转化为交流电，太阳能电池组直接将光能转化为直流电能，通过串、并联的方式任意组合，可得到 LED实际需要的直流电，再匹配对应的蓄能电池，便能实现 LED 照明的供电和控制，无需传统的复杂逆变装置进行供电转换。 因而这种系统可获得很高的能源利用效率，较高的安全性、可靠性和经济性。太阳能电池与
11、半导体照明 LED 一体化是太阳能电池和 LED 技术产品的最佳匹配，是集发电、照明、多媒体、建筑节能、动态幕墙和动态天幕于一体的多功能新产品。 2.2 光伏建筑一体化的系统工作原理 （1）光伏建筑一体化主要是光伏发电系统通过光伏组件用于建筑屋6顶（光电屋顶） 、墙面（光电幕墙） 、遮阳（光电遮阳板）来获取电能的一种方式。光伏系统工作时，安装在建筑物上的光伏组件产生直流电源，通过接线盒与逆变器连接，将直流转换成交流，给建筑物负载供电或给建筑物以外其他负荷供电。光伏建筑一体化的发电主要有两种方式，一种是独立的供电系统，即所发电能直接用于建筑物内部分负载；另一种是过剩时采取蓄电池储存。 （2）光伏
12、建筑一体化系统分为独立光伏系统、并网光伏系统和混合光伏系统。带蓄电池可独立运行的 PV 系统是独立光伏系统。并网光伏发电系统是与电网相连，并向电网输送电力的光伏发电系统。从长远角度来看，并网光伏发电系统更有优越性。因此，建筑物光伏市场正在或即将从独立发电系统转向并网发电系统。混合光伏系统是独立发电加并网发电，又称防灾型系统。 2.3 在我国发展太阳能光伏建筑一体化的必要性 （1）我国人口多，电力需求很大，大、中城市更为突出，电力负载主要在建筑物内或其四周，BIPV 可充分利用建筑物的外部空间面积，自产能源，减少电缆线架设及电力输送(就近利用)，BIPV 使 PV 系统与建筑、艺术及生活紧密结合
13、。 （2）光伏建筑一体化的系统，如幕墙光伏发电系统，其成本随建筑物的设计阶段和光伏电池与建筑装饰材料生产过程的结合程度有很大的关系。研究表明，如果设计院、建材生产商和光伏制造商能够充分协作，建材光伏一体化的发电单元制造成本与单独生产光伏组件的成本类似，甚至比建材加光伏组件的成本还低；而逆变和布线系统则可整体并入建7筑物的电力系统中去，BIPV 的成本可能比单独的光伏发电低得多。 三、结语 和世界上的先进国家和地区相比，光伏建筑一体化技术在我国还处于示范项目阶段，虽然不断有示范项目建成，但大部分项目都是由政府全部或部分投资建造，光伏建筑技术本身难以在能源市场竞争中获得份额。这与德国、日本等光伏产
14、业发达国家相比差距较大，造成这种差异的关键问题是光伏技术发电成本高，而我国缺少保障光伏产业发展的法律和经济激励政策4。为此，光伏产业的发展要因地制宜，争取更多的政策支持，充分利用现有适合光伏产品的建筑，并在新建建筑上进行光伏建筑一体化的设计；通过对项目全寿命周期成本进行经济与社会评价，增强投资者和民众的信心，引导生活习惯及居住理念的转变，鼓励民众使用太阳能光伏产品。 参考文献： 1.张雪松.太阳能光电板在建筑一体化中的应用J.建筑,2005（2）:80-83. 2.陈维,沈辉,褚玉芳,等.太阳能光伏建筑一体化的现状与展望J.新材料产业,2007(7):36-39 3.龙文志.太阳能光伏建筑一体化J.建筑节能,2009. 4.杨洪兴,韩俊,孙亮亮.香港太阳能光伏建筑一体化的研究与进展J.8新材料产业,2008(9):25- 31. 5.孔娟.太阳能光伏发电系统的研究 硕士论文 D .青岛大学, 2006.
