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【摘 要】太阳能光伏发电是太阳能利用的一种重要形式。光伏建筑一体化是在建筑围护结构外表面铺设光伏组件或直接取代外围结构，将太阳能转化成电能的技术。常见的形式有：光伏屋顶、光伏幕墙、光伏遮阳板、光伏天窗等。此技术拥有众多优点，具有广阔的应用价值和发展前景。
【关键词】太阳能；光伏发电；光伏建筑一体化；光伏组件
太阳能光伏发电是一种新兴的、可再生的能源，以前主要用于宇宙飞船、航天飞机、人造卫星等高科技领域。随着常规能源日益短缺，环境污染日益严重，光伏建筑一体化成为光伏技术应用的最重要领域之一，具有广阔的发展前景和巨大的市场潜力。
1、光伏建筑一体化
光伏建筑一体化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。主要有两种结合形式：一是建筑与光伏系统结合。二是建筑与光伏器件相结合。把光伏組件作为一种建筑材料，成为建筑物的一个部分。用光伏组件来做建筑物的屋顶、外墙和窗户等。
优点：一是绿色能源。太阳能是清洁的、免费的、可再生的能源，不会污染生态环境。二是不占用土地。光伏阵列安装在屋顶或外墙上，不需要占用额外的土地资源或者建设其他设施，对于土地昂贵的城市建筑非常有吸引力。三是原地发电，原地用电。可以节约输电网的投资。对于联网系统，光伏阵列产生的电能，除了本建筑使用，还可以送入电网，缓解电网的高峰电力需求，或者接收电网供电，增加了供电的可靠性。四是建筑节能。照射到建筑物的太阳能，一部分转化为电能，可以降低室外综合温度，减少墙体的吸热和空调的冷负荷。五是安全、环保。提高了建筑物的整体品质。
缺点：一是造价较高。光伏建筑一体化，给建筑物增加了光伏发电功能，增加了建设成本。二是发电成本高。目前的科技条件下，光伏建筑一体化产生电能的单位成本远远高于常规发电的单位成本。三是发电不稳定。受季节、气候、昼夜的影响，产生的电能是波动的。四是寿命问题。光伏组件作为建筑物的一部分，除了具备发电功能，还需要具有围护功能。当前的光伏材料使用寿命普遍低于建筑物的使用寿命。五是外观问题。当光伏组件作为幕墙或者天窗时，其颜色或者形状会影响建筑物的美观，还可能造成光污染。另外，光伏组件会遮挡住一部分阳光，影响室内的光照度。六是维护问题。光伏组件位于建筑物的外表面，经过长时间的风吹雨淋，会造成一些损坏或者堆积一些灰尘，影响光电转换的效率。
2、系统设计
2.1设计资料
设计资料主要包括：一是地理位置。建筑物所在的经纬度、海拔高度。二是气象资料。涉及到每个月的太阳能总辐射量、直接辐射量、反射辐射量、平均气温、最高最低气温、最大连续阴雨天数、平均风速、最大风速，冰雹、降雪等气象信息。三是建筑及周边情况。包括可供安装光伏组件的面积，建筑物被遮挡情况，电网的距离等。四是负载。需要了解负载的类型、功率大小、运行时间、运行规律、运行状况，从而计算出负载的耗电量。
2.2 软件设计
包括太阳能方阵最佳倾角计算、电池组件大小和数量计算、防阴影遮挡设计、蓄电池容量计算、方阵年发电量计算等。防阴影遮挡设计非常重要，光伏组件被遮挡一小部分就会严重影响其发电性能。
2.3 硬件设计
包括光伏方阵、光伏接线箱、并网逆变器、蓄电池及其充电控制装置、电能表及显示电能相关参数的仪表等。
2.4 主要因素
影响光伏建筑一体化设计的主要因素有：一是电池方阵设计。是按照用户要求、负载用电量、技术条件计算出电池组件的串联数量、并联数量。二是光伏方阵的规模。根据建筑物所有的日常负载乘以其在一天内的使用时间，进行累加来确定建筑物的总用电量。然后，根据当地一天的阳光平均辐射量，选择光伏模块的型号和模块数量。三是电池方阵方位角和倾斜角计算。方位角是电池方阵的垂直面与正南方向的夹角。一般情况下，电池方阵偏向正南，发电量是最大的。倾斜角是电池方阵与水平地面的夹角。一般来说，纬度较高地区，最佳倾斜角也较大。在建筑设计中，电池方阵的方位角和倾斜角要受到建筑物外观的影响。四是阴影间距设计。计算发电量时，往往是根据理想状态进行的，没有考虑阴影的因素。建筑物的光伏组件会受到周围建筑物、地形的影响，受到阴影的遮挡，降低发电效率。另外，当光伏阵列是前后放置时，前面光伏阵列可能遮挡后面光伏阵列的光照。为了避免前后光伏阵列的遮挡，在纬度较高地区，可以增加光伏阵列之间的间距；对于采取防止积雪措施的光伏阵列，可以增加倾斜角度，增加光伏阵列的高度，需要增加光伏阵列之间的间距。
3、光伏建筑的集成模式
主要包括：太阳能光伏窗、垂直式光伏幕墙、锯齿式垂直幕墙、锯齿式光伏幕墙、风箱式光伏幕墙、倾斜式光伏幕墙、结构式光伏幕墙、台阶式光伏幕墙、独立太阳能光伏立面、集成太阳能光伏屋顶、独立太阳能光伏屋顶、锯齿式光伏屋顶、光伏板中庭、光伏板天窗、柔性太阳能光伏屋面、光伏遮阳板、光伏阳台、光伏入口雨篷和门斗、屋顶花园光伏遮阳板等。
4、注意事项
4.1 力学性能
光伏建筑一体化中使用的光伏组件，性能要求高于普通的光伏组件。在不同的区域、楼层高度、安装方式下，对光伏组件的力学性能也有区别的。
4.2 美学要求
建筑物使用功能和外观效果都是重要的，对光伏组件提出了更高的要求。比如：光伏组件所用的双面玻璃组件需要更高的透光性，才能达到幕墙或者采光顶的通透效果。为了节约成本，电池板背面玻璃依然采用普通光面钢化玻璃。光伏组件的接线盒需要省去或者隐藏起来，旁路二极管、连接线也需要隐藏在幕墙结构中，才不会破坏建筑物的外观细节，又能够防止阳光直射和雨水侵蚀。
4.3电学性能配合
建筑物外墙或者屋顶，有可能是一些大小、形式不一的几何图形组成的，这就需要对外墙或者屋顶进行分区或者调整分格，使光伏组件接近标准组件电学性能。另外，根据分区或者分格的不同，可以采用不同尺寸的电池片，满足建筑物外墙或者屋顶的外观效果，为了防止组件间的电压、电流不同，可以把少数边角上的电池片不连接入电路。
4.4 隔热隔音
为了满足建筑物隔热隔音的要求，光伏组件可以使用中空低辐射玻璃，或者采用双层外循环系统的幕墙形式。
4.5 建筑采光
光伏建筑一体化中，考虑室内的采光要求，电池片的间距在25mm左右，使组件的透光率在30%左右。
4.6 安装要求
光伏组件的安装高度较高，安装空间较小，难度较大。因此，可以把光伏组件和结构做成单元式结构，方便拆卸又能提高安装精度。
4.7 光伏系统寿命
在光伏建筑一体化中，采用PVB代替EVA封装光伏组件，会有更长的使用寿命。光伏组件的连接线大多位于幕墙立柱、横梁等密闭结构中，环境温度较高，需要使用双层交联聚乙烯浸锡铜线并选用较大的电线直径。
参考文献：
[1]王云钊，杨嵘春.光伏发电技术与建筑一体化的实际应用[J].陕西电力，2010，（6）： 72-75.
[2]马一鸣，马龙翔.太阳能光伏发电与建筑一体化[J].沈阳工程学院学报（自然科学版），2011，（1）：9-12.
[3]彭晋卿，吕琳，杨洪兴.太阳能光伏建筑一体化技术研究[J].建设科技，2012，（21）： 54-59.
[4]郝斌，李现辉.太阳能光伏建筑一体化探讨[J].建设科技，2009，（20）：32-34.
[5]王晓青.浅谈太阳能光伏系统与建筑一体化[J].科技致富向导，2013，（11）：240-240.
【关键词】太阳能；光伏发电；光伏建筑一体化；光伏组件
太阳能光伏发电是一种新兴的、可再生的能源，以前主要用于宇宙飞船、航天飞机、人造卫星等高科技领域。随着常规能源日益短缺，环境污染日益严重，光伏建筑一体化成为光伏技术应用的最重要领域之一，具有广阔的发展前景和巨大的市场潜力。
1、光伏建筑一体化
光伏建筑一体化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。主要有两种结合形式：一是建筑与光伏系统结合。二是建筑与光伏器件相结合。把光伏組件作为一种建筑材料，成为建筑物的一个部分。用光伏组件来做建筑物的屋顶、外墙和窗户等。
优点：一是绿色能源。太阳能是清洁的、免费的、可再生的能源，不会污染生态环境。二是不占用土地。光伏阵列安装在屋顶或外墙上，不需要占用额外的土地资源或者建设其他设施，对于土地昂贵的城市建筑非常有吸引力。三是原地发电，原地用电。可以节约输电网的投资。对于联网系统，光伏阵列产生的电能，除了本建筑使用，还可以送入电网，缓解电网的高峰电力需求，或者接收电网供电，增加了供电的可靠性。四是建筑节能。照射到建筑物的太阳能，一部分转化为电能，可以降低室外综合温度，减少墙体的吸热和空调的冷负荷。五是安全、环保。提高了建筑物的整体品质。
缺点：一是造价较高。光伏建筑一体化，给建筑物增加了光伏发电功能，增加了建设成本。二是发电成本高。目前的科技条件下，光伏建筑一体化产生电能的单位成本远远高于常规发电的单位成本。三是发电不稳定。受季节、气候、昼夜的影响，产生的电能是波动的。四是寿命问题。光伏组件作为建筑物的一部分，除了具备发电功能，还需要具有围护功能。当前的光伏材料使用寿命普遍低于建筑物的使用寿命。五是外观问题。当光伏组件作为幕墙或者天窗时，其颜色或者形状会影响建筑物的美观，还可能造成光污染。另外，光伏组件会遮挡住一部分阳光，影响室内的光照度。六是维护问题。光伏组件位于建筑物的外表面，经过长时间的风吹雨淋，会造成一些损坏或者堆积一些灰尘，影响光电转换的效率。
2、系统设计
2.1设计资料
设计资料主要包括：一是地理位置。建筑物所在的经纬度、海拔高度。二是气象资料。涉及到每个月的太阳能总辐射量、直接辐射量、反射辐射量、平均气温、最高最低气温、最大连续阴雨天数、平均风速、最大风速，冰雹、降雪等气象信息。三是建筑及周边情况。包括可供安装光伏组件的面积，建筑物被遮挡情况，电网的距离等。四是负载。需要了解负载的类型、功率大小、运行时间、运行规律、运行状况，从而计算出负载的耗电量。
2.2 软件设计
包括太阳能方阵最佳倾角计算、电池组件大小和数量计算、防阴影遮挡设计、蓄电池容量计算、方阵年发电量计算等。防阴影遮挡设计非常重要，光伏组件被遮挡一小部分就会严重影响其发电性能。
2.3 硬件设计
包括光伏方阵、光伏接线箱、并网逆变器、蓄电池及其充电控制装置、电能表及显示电能相关参数的仪表等。
2.4 主要因素
影响光伏建筑一体化设计的主要因素有：一是电池方阵设计。是按照用户要求、负载用电量、技术条件计算出电池组件的串联数量、并联数量。二是光伏方阵的规模。根据建筑物所有的日常负载乘以其在一天内的使用时间，进行累加来确定建筑物的总用电量。然后，根据当地一天的阳光平均辐射量，选择光伏模块的型号和模块数量。三是电池方阵方位角和倾斜角计算。方位角是电池方阵的垂直面与正南方向的夹角。一般情况下，电池方阵偏向正南，发电量是最大的。倾斜角是电池方阵与水平地面的夹角。一般来说，纬度较高地区，最佳倾斜角也较大。在建筑设计中，电池方阵的方位角和倾斜角要受到建筑物外观的影响。四是阴影间距设计。计算发电量时，往往是根据理想状态进行的，没有考虑阴影的因素。建筑物的光伏组件会受到周围建筑物、地形的影响，受到阴影的遮挡，降低发电效率。另外，当光伏阵列是前后放置时，前面光伏阵列可能遮挡后面光伏阵列的光照。为了避免前后光伏阵列的遮挡，在纬度较高地区，可以增加光伏阵列之间的间距；对于采取防止积雪措施的光伏阵列，可以增加倾斜角度，增加光伏阵列的高度，需要增加光伏阵列之间的间距。
3、光伏建筑的集成模式
主要包括：太阳能光伏窗、垂直式光伏幕墙、锯齿式垂直幕墙、锯齿式光伏幕墙、风箱式光伏幕墙、倾斜式光伏幕墙、结构式光伏幕墙、台阶式光伏幕墙、独立太阳能光伏立面、集成太阳能光伏屋顶、独立太阳能光伏屋顶、锯齿式光伏屋顶、光伏板中庭、光伏板天窗、柔性太阳能光伏屋面、光伏遮阳板、光伏阳台、光伏入口雨篷和门斗、屋顶花园光伏遮阳板等。
4、注意事项
4.1 力学性能
光伏建筑一体化中使用的光伏组件，性能要求高于普通的光伏组件。在不同的区域、楼层高度、安装方式下，对光伏组件的力学性能也有区别的。
4.2 美学要求
建筑物使用功能和外观效果都是重要的，对光伏组件提出了更高的要求。比如：光伏组件所用的双面玻璃组件需要更高的透光性，才能达到幕墙或者采光顶的通透效果。为了节约成本，电池板背面玻璃依然采用普通光面钢化玻璃。光伏组件的接线盒需要省去或者隐藏起来，旁路二极管、连接线也需要隐藏在幕墙结构中，才不会破坏建筑物的外观细节，又能够防止阳光直射和雨水侵蚀。
4.3电学性能配合
建筑物外墙或者屋顶，有可能是一些大小、形式不一的几何图形组成的，这就需要对外墙或者屋顶进行分区或者调整分格，使光伏组件接近标准组件电学性能。另外，根据分区或者分格的不同，可以采用不同尺寸的电池片，满足建筑物外墙或者屋顶的外观效果，为了防止组件间的电压、电流不同，可以把少数边角上的电池片不连接入电路。
4.4 隔热隔音
为了满足建筑物隔热隔音的要求，光伏组件可以使用中空低辐射玻璃，或者采用双层外循环系统的幕墙形式。
4.5 建筑采光
光伏建筑一体化中，考虑室内的采光要求，电池片的间距在25mm左右，使组件的透光率在30%左右。
4.6 安装要求
光伏组件的安装高度较高，安装空间较小，难度较大。因此，可以把光伏组件和结构做成单元式结构，方便拆卸又能提高安装精度。
4.7 光伏系统寿命
在光伏建筑一体化中，采用PVB代替EVA封装光伏组件，会有更长的使用寿命。光伏组件的连接线大多位于幕墙立柱、横梁等密闭结构中，环境温度较高，需要使用双层交联聚乙烯浸锡铜线并选用较大的电线直径。
参考文献：
[1]王云钊，杨嵘春.光伏发电技术与建筑一体化的实际应用[J].陕西电力，2010，（6）： 72-75.
[2]马一鸣，马龙翔.太阳能光伏发电与建筑一体化[J].沈阳工程学院学报（自然科学版），2011，（1）：9-12.
[3]彭晋卿，吕琳，杨洪兴.太阳能光伏建筑一体化技术研究[J].建设科技，2012，（21）： 54-59.
[4]郝斌，李现辉.太阳能光伏建筑一体化探讨[J].建设科技，2009，（20）：32-34.
[5]王晓青.浅谈太阳能光伏系统与建筑一体化[J].科技致富向导，2013，（11）：240-240.