太陽能光伏建筑一體化及應(yīng)用與發(fā)展前景

題目_太陽能光伏建筑一體化及應(yīng)用與開展前景學(xué)院___________________________專業(yè)__光伏材料加工與應(yīng)用______________________姓名________學(xué)號____指導(dǎo)老師______職稱__教師_____________2023年04月目錄1引言12光伏與建筑相結(jié)合的歷史22.1光伏建筑的市場潛力22.2光伏建筑的現(xiàn)狀22.3光伏建筑的市場前景23太陽能光伏發(fā)電33.1太陽能熱發(fā)電33.2太陽能光伏發(fā)電64建筑一體化74.1太陽電池原理74.2光伏發(fā)電系統(tǒng)74.3BIPV建筑一體化84.4為什么要光伏與建筑一體化〔BIPV〕？124.5光伏建筑一體化主要安裝類型125光伏建筑一體化的優(yōu)點135.1綠色能源135.2不占用土地135.3起到建筑節(jié)能作用136BIPV建筑設(shè)計中需要注意到幾個問題146.1光伏組件的力學(xué)性能146.2建筑的美學(xué)要求146.3.建筑結(jié)構(gòu)域光伏組件點穴性能的配合156.4建筑采光的要求156.5光伏組件安裝方便的要求156.6光伏系統(tǒng)壽命問題157太陽能建筑一體化的定義與原那么177.1太陽能建筑一體化的定義177.2太陽能建筑一體化的原那么178我國光伏建筑一體化的開展前景199結(jié)論2010參考文獻(xiàn)2111致謝22【摘要】隨著世界能源危機(jī)的日益顯現(xiàn)，節(jié)能建筑是世界建筑開展的趨向，潔凈能源，尤其是太陽能的合理、高效利用時未來建筑師設(shè)計的重要內(nèi)容。其中，節(jié)能代表太陽能應(yīng)用最鋒利、最有潛力的光伏發(fā)電時節(jié)能建筑的主角。聯(lián)合國能源機(jī)構(gòu)的調(diào)查報告顯示，太陽能光伏建筑一體化將是21世紀(jì)最重要的新興產(chǎn)業(yè)之一。太陽能光伏發(fā)電與建筑一體化是應(yīng)用太陽能發(fā)電的一種新概念，在建筑為維護(hù)結(jié)構(gòu)外表鋪設(shè)光伏陣列提供發(fā)電。可以說在眾多可再生能源發(fā)電技術(shù)中，光伏發(fā)電是最綠色最環(huán)保也是最值的期待的一項技術(shù).本文給出了光伏建筑一體化(BIPV)的定議，分析了BIPV與BAPV的區(qū)別。關(guān)鍵詞：光伏建筑一體化設(shè)計；BIPV的定議；BIPV設(shè)計中的問題【Abstract】Withtheemergingworldenergycrisis,energy-efficientbuildingsistheworldtrendofarchitecturaldevelopment,cleanenergy,particularlysolarenergyrationalandefficientuseoftimeanimportantpartoffuturearchitects.Amongthem,themostintensesolarenergyonbehalfof,themostpromisingphotovoltaicenergyefficientbuildingswhentheprotagonist.UnitedEnergyAgencysurvey,buildingintegratedsolarphotovoltaicwillbethe21stcentury'smostimportantemergingindustries.AndbuildingintegratedsolarphotovoltaicsolarpoweristheapplicationofanewconceptinbuildingthestructureforthemaintenanceofthePVarraytoprovidepowerlayoutside.Canbesaidofmanyrenewableenergytechnologies,PVisthemostenvironmentallyfriendlygreenisthemostanticipatedvalueofatechnology.Inthispaper,buildingintegratedphotovoltaic(BIPV)inthesetproposed,analyzedthedifferencebetweenBIPVandBAPV.Keywords:solarenergy;SolarBIPV;solarphotovoltaicpowergenerationsystem;wall引言如果說20世紀(jì)是快速開展的機(jī)械文明的增長和資源掠奪的時代的話，那么21世紀(jì)就是享受與自然和諧文明的時代，我們希望大家充分認(rèn)識到，如果不與身邊的環(huán)境和諧的生活，地球的環(huán)境得不到保護(hù)的話，所產(chǎn)生的危機(jī)那么是人類所共有的問題。隨著石化能源的逐漸枯竭，自然環(huán)境的惡化，人們越來越重視太陽能、風(fēng)能等可再生能源的利用。光伏建筑一體化建筑是光伏應(yīng)用形式中最接近人類生活的一種，其效果的好壞將直接影響到人們對光伏產(chǎn)品的映像。2光伏與建筑相結(jié)合的歷史2.1光伏建筑的市場潛力由于光伏與建筑相結(jié)合有著巨大的市場潛力，各國很早就開始了相關(guān)研究開發(fā)。早在1979年，美國太陽聯(lián)合設(shè)計公司〔SDA〕在能源部的支持下研制出了面積為0.9m*1.8m的大型光伏組件，建造了戶用屋頂光伏實驗系統(tǒng)，并于1980年在該廠建造了有名的“Carlislehouse〞,屋頂安裝了7.5KW的光伏方陣，并結(jié)合被動太陽房及太陽能集熱器，除了供電外，還可提供熱水和制冷。2.2光伏建筑的現(xiàn)狀20多年前，日本三澤電氣公司研制出了瓦片形狀的非晶硅太陽電池組件，每塊能輸出2.7W，但由于價格太貴性能也不太穩(wěn)定，未能推廣應(yīng)用。后來世界各國經(jīng)過開發(fā)改良，陸續(xù)推出了多種形式的BIPV熱。美國ＵＮＩＴＥＤＳＯＬＡＲ公司研制開發(fā)了以不銹鋼為襯底的可以彎曲的非晶硅電池組件，可以作為屋頂材料使用。日本三洋公司也推出了一種美觀小巧的屋頂光伏組件，到１９９７年就已經(jīng)安裝了數(shù)兆瓦，Ｓaint-gobaix公司的BIPV產(chǎn)品已在很多地方推廣應(yīng)用，其中包括安裝在德國巴伐利亞州銀行大樓的太陽能遮陽板，德國ＨＵＫ保險公司的大型光伏雙層玻璃屋頂，以及丹麥的ＫＯＬＤＩＮＧ用梯形光伏組件構(gòu)成的“屋頂舞臺“。瑞士聯(lián)邦銀行新建大樓的屋頂上安裝了１００ＫＷ光伏方陣。外墻安裝了８２ＫＷ的光伏與建筑一體化的材料，形成了建筑物的〞綠色外觀“，每瓦光伏系統(tǒng)的安裝本錢小于６美元，全部光伏系統(tǒng)的費用還不到建筑物造價的百分之一，紐約第四時代廣場百老匯和４２大街轉(zhuǎn)角處的４８層摩天大樓建于２０世紀(jì)９０年代，其３５－４８層外墻覆蓋了非晶硅太陽電池組件，所發(fā)電力供給大樓內(nèi)一些房間使用。2.3光伏建筑的市場前景當(dāng)然光伏發(fā)電和建筑原來是完全互不相關(guān)的技術(shù)領(lǐng)域，要將兩者結(jié)合在一起，有很多問題需要逐步解決，但是隨著科技的進(jìn)步，ＢＩＰＶ新產(chǎn)品還將不斷涌現(xiàn)，光伏系統(tǒng)的大規(guī)模應(yīng)用，將促進(jìn)其價格的進(jìn)一步下降，光伏發(fā)電與建筑相結(jié)合將成為光伏應(yīng)用最重要的領(lǐng)域之一。也將為越來越多的建筑師所接受并實際應(yīng)用，龐大的建筑市場與蓬勃開展的光伏發(fā)電相結(jié)合的ＢＩＰＶ，使光伏系統(tǒng)的應(yīng)用由偏遠(yuǎn)農(nóng)村地區(qū)進(jìn)入城市的重要標(biāo)志，有著廣泛的開展前景。3太陽能光伏發(fā)電闡述了當(dāng)前太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)和太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、原理和特點。同時對太陽能發(fā)電的現(xiàn)狀和開展進(jìn)行了介紹。關(guān)鍵詞：太陽能熱發(fā)電太陽能光伏發(fā)電槽式碟式塔式光伏20世紀(jì)以來，隨著社會經(jīng)濟(jì)的開展和生活水平的提高，使人們對能源的需求量不斷增長。同時由于化石能源資源的有限性，以及他們在燃燒過程中對全球氣候和環(huán)境所產(chǎn)生的影響日益為人們所關(guān)注，因此從資源、環(huán)境、社會開展的需求來看，開發(fā)和利用新能源和可再生能源是必然的趨勢。太陽能發(fā)電的主要優(yōu)點在于：太陽能電池可以設(shè)置在房頂?shù)绕綍r不使用的空間，無噪音、壽命長，而且一旦設(shè)置完畢就幾乎不要需要調(diào)整。現(xiàn)在只要將屋頂上排滿太陽能電池，就可以實現(xiàn)家中用電的自給。現(xiàn)今太陽能的主要用途已不再是小規(guī)模的，從性質(zhì)上來說，是專業(yè)化的。它參軍事領(lǐng)域、通信領(lǐng)域到城市建設(shè)領(lǐng)域等都起到了重大的作用。委內(nèi)瑞拉還推出廉價太陽能車、歐洲科學(xué)家研制出輕便的可穿在身上的太陽能電池。目前,太陽能的利用存在著巨大的開展空間，有關(guān)的技術(shù)有可能在短時間內(nèi)實現(xiàn)突破。它已被許多興旺國家作為其能源戰(zhàn)略的一個重要組成局部。在新能源和可再生能源家族中，太陽能是最引人注目，開展研究工作最多，應(yīng)用最廣的成員。太陽能是一種清潔能源，這對于當(dāng)前人類對環(huán)境污染的重視尤為重要。太陽能還屬于無限的能源。據(jù)專家預(yù)測，太陽的壽命有600億年，而地球的壽命只有50億年，因此太陽能相對于我們?nèi)祟悂碚f是無限的。而且它也不受任何人的控制和壟斷。這些優(yōu)點都是常規(guī)能源所無法比較的。當(dāng)然太陽能也有缺乏的地方，比方太陽輻射的強(qiáng)度受到氣候、晝夜、緯度、季節(jié)、海拔的影響，往往需要配備儲能設(shè)備。又如它的能流密度低，實際利用時需要較大的太陽能收集裝置，占地面積大，投資大。這些因素也都制約了太陽能的利用。到本世紀(jì)以來，隨著新材料的應(yīng)用、電子技術(shù)等高科技的高速開展，為太陽能的有效利用提供了條件。人們將太陽能輻射通過收集和轉(zhuǎn)換變?yōu)榭芍苯永玫哪茉?，使太陽能的利用得到相?dāng)大的開展。其中利用太陽能發(fā)電就是對太陽能最好的利用。目前太陽能發(fā)電有兩種方法。一種是將太陽能轉(zhuǎn)換為熱能，然后按常規(guī)方式發(fā)電，稱為太陽能熱發(fā)電。另一種是通過光電器件利用光生伏打原理將太陽能直接轉(zhuǎn)換為電能，稱為太陽能光伏發(fā)電。3.1太陽能熱發(fā)電1、太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)太陽能熱發(fā)電也叫做太陽能聚光發(fā)電，是將太陽輻射從面積上濃縮產(chǎn)生高溫發(fā)電的裝置。由于太陽光聚集后可以產(chǎn)生高溫，因此該技術(shù)用于與熱發(fā)電機(jī)相連來構(gòu)成發(fā)電系統(tǒng)。太陽能聚光技術(shù)最早可以追溯到140年前(D.Mills,2003),Mouchot和Pifre于1882年在法國所做的研究工作。其后，在1888年Ericsson，1901年Eneas，1913年Shuman和1968年Francia在該方面也進(jìn)行了大量的研究工作。最值得一提的是在上世紀(jì)80年代，由于70年代的石油危機(jī)，太陽能熱發(fā)電得到了重視，一批大規(guī)模的太陽聚光器在世界各國安裝。如發(fā)電總功率354MW的槽式太陽能熱電站在美國加洲建成，在十幾年間已經(jīng)發(fā)電超過5000GWh。當(dāng)前太陽能熱發(fā)電按照太陽能采集方式可劃分為〔1〕太陽能槽式發(fā)電；〔2〕太陽能碟式發(fā)電；〔3〕太陽能塔式發(fā)電；〔1〕太陽能槽式發(fā)電槽式發(fā)電是最早實現(xiàn)商業(yè)化的太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)。它采用大面積的單軸槽式太陽能追蹤采光板，通過對太陽光的聚焦，把太陽光聚集到安裝在拋物線形反光鏡焦點上的線形接收器上，并加熱流過接收器的熱傳導(dǎo)液，使熱傳導(dǎo)液汽化，同時在能量區(qū)的熱轉(zhuǎn)換設(shè)備中產(chǎn)生高壓、過熱的蒸汽，然后送入常規(guī)的蒸氣渦輪發(fā)電機(jī)內(nèi)進(jìn)行發(fā)電。通常接收太陽光的采光板采用模塊化布局，許多采光板通過串并聯(lián)的放置，均勻的分布在南北軸線方向。為了保證發(fā)電的穩(wěn)定性，通常在發(fā)電系統(tǒng)中參加化石燃料發(fā)電機(jī)。當(dāng)太陽光不穩(wěn)定的時候，化石燃料發(fā)電機(jī)補(bǔ)充發(fā)電，來保證發(fā)電的穩(wěn)定性和實用性。一些國家已經(jīng)建立起示范裝置，對槽式發(fā)電技術(shù)進(jìn)行深入的研究。到2000年，隨著先進(jìn)技術(shù)和設(shè)計的提出，減少了槽式發(fā)電在熱收集方面的損耗和電的寄生效應(yīng)，使槽式發(fā)電得到了較大的提高?？墒挂粋€80MW的發(fā)電站的光電轉(zhuǎn)換效率到達(dá)12.9。當(dāng)前，隨著熱能存儲設(shè)備的參加，可使槽式發(fā)電的效率比最初提高7。熱能存儲設(shè)備可以存儲剩余的熱量，保證發(fā)電的平穩(wěn)，同時它也為獨立的太陽能發(fā)電提供了保障。有了熱能存儲設(shè)備的參加，可使一個80MW的發(fā)電站的光電轉(zhuǎn)換效率到達(dá)13.8。如表1所示為目前世界上太陽能槽式發(fā)電站列表。當(dāng)前正在開展的技術(shù)方向為直蒸汽〔DSG〕技術(shù)。典型的PTC發(fā)電廠動力范圍為30-150MW，工作溫度約為400°C。表1世界太陽能槽式熱發(fā)電站列表〔2〕太陽能碟式發(fā)電碟式發(fā)電是目前利用太陽能發(fā)電效率最高的太陽能發(fā)電系統(tǒng)，最高可到達(dá)29.4％[1]。因此它有潛力成為最廉價的利用太陽能發(fā)電的系統(tǒng)。它利用雙軸跟蹤技術(shù)，采用一組反光鏡聚集太陽光，同時利用接收器進(jìn)行有效地?zé)徂D(zhuǎn)變工作，之后利用常規(guī)發(fā)電機(jī)進(jìn)行發(fā)電。通常接收器的接收面被放置于聚光焦點的后面以減小劇烈的高溫熔化。碟式發(fā)電系統(tǒng)具有高效率、多功能、可和化石燃料混合發(fā)電等特點。高效率來自于它的低本錢和高能量密度。和其它太陽能技術(shù)比較依賴場地和高費用來說,碟式發(fā)電每MW大約需要1.2到1.6公頃的占地。對于系統(tǒng)的安裝本錢，盡管當(dāng)前為＄12000/kW，但是由于它具有的高效率,因此潛力巨大[2]。同時碟式發(fā)電系統(tǒng)功率較小，一般為5～50kW，因此它即可以單獨分散發(fā)電，也可以組成較大的發(fā)電系統(tǒng)。研究說明，碟式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)在空間上的應(yīng)用，與光伏發(fā)電系統(tǒng)相比，具有氣動阻力低、發(fā)射質(zhì)量小和運行費用廉價等優(yōu)點，因此目前世界各國也都在對碟式發(fā)電進(jìn)行積極的研究和利用。如表2所示為目前世界上太陽能碟式發(fā)電站列表。[NextPage]表2世界太陽能碟式熱發(fā)電站列表(3)太陽能塔式發(fā)電太陽能塔式發(fā)電又叫做高溫太陽能熱發(fā)電，它利用獨立跟蹤太陽光的定日鏡群把太陽光聚集到塔頂?shù)哪芰哭D(zhuǎn)換器〔接收器〕上，通過能量的轉(zhuǎn)換把熱量傳遞給熱傳導(dǎo)液，再由蒸汽發(fā)生器產(chǎn)生蒸汽帶動蒸汽渦輪發(fā)電機(jī)產(chǎn)生電能，同時利用冷卻塔進(jìn)行冷卻再進(jìn)入接收器進(jìn)行循環(huán)發(fā)電。塔式太陽能發(fā)電系統(tǒng)是利用定日鏡來實現(xiàn)對太陽光的反射和聚集，由于塔式發(fā)電系統(tǒng)中定日鏡的數(shù)量眾多，因此可實現(xiàn)大功率的發(fā)電，實際應(yīng)用上可到達(dá)30-400MW之間。而且接收器的散熱面積相對較小，因而可以得到較高的光電轉(zhuǎn)換效率。同時由于儲能槽的參加，使系統(tǒng)可以一天內(nèi)連續(xù)發(fā)電13小時。在美國的西南部，由于充足的日照強(qiáng)度和相對廉價的土地價格，使這里成為了建設(shè)塔式發(fā)電站的理想?yún)^(qū)域，同樣北非、墨西哥、南美、中東和印度等地，也都是理想的塔式發(fā)電站建設(shè)地[3]。如表3所示為目前世界上太陽能塔式發(fā)電站列表。目前正在開展的技術(shù)方向為直加熱空氣發(fā)電技術(shù)。表3世界太陽能塔式熱發(fā)電站列表2、太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)的開展與展望1950年，前蘇聯(lián)設(shè)計了世界上第一座太陽能塔式電站，建造了一個小型試驗裝置。70年代，太陽能電池價格昂貴，效率較低。相對而言，太陽能熱發(fā)電效率較高，技術(shù)比較成熟，因此當(dāng)時許多工業(yè)興旺的國家都將太陽能熱發(fā)電作為重點，投資興建了一批試驗性太陽能熱發(fā)電站。據(jù)不完全統(tǒng)計，從1981～1991年，全世界建造的太陽能熱發(fā)電站〔500kw以上〕約有20余座，發(fā)電功率最大達(dá)80MW。80年代中期，人們對建成的太陽能熱發(fā)電站進(jìn)行技術(shù)總結(jié)后認(rèn)為，雖然太陽能熱發(fā)電在技術(shù)上可行，但投資過大，且降低造價十分困難，所以各國都改變了原來的方案，使太陽能熱發(fā)電站的建設(shè)逐漸冷落下來。正當(dāng)人們疑心太陽能熱發(fā)電的時候，美國和以色列聯(lián)合組成的LUZ太陽能熱發(fā)電國際，自1980年開始進(jìn)行太陽能熱發(fā)電技術(shù)研究，開發(fā)槽式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)，并成功地進(jìn)入了商品化階段。于1985年至1991年間在美國加州沙漠建成了9座槽式太陽能熱發(fā)電站，總裝機(jī)容量到達(dá)了353.8MW[4]。并使發(fā)電本錢逐漸下降，預(yù)期能到達(dá)5～6美分／kWh。LUZ熱發(fā)電站的成功實踐，激發(fā)起人們對太陽能熱發(fā)電繼續(xù)進(jìn)行研究開發(fā)的熱情。3.2太陽能光伏發(fā)電太陽能光伏發(fā)電太陽能光伏發(fā)電是利用太陽能光伏電池的光生伏打原理把太陽光能直接轉(zhuǎn)化為電能的發(fā)電方式?！?〕太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的組成太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)由太陽能光伏電池組、太陽能控制器、蓄電池〔組〕組成。如輸出電源為交流220V或110V，還需要配置逆變器。太陽能光伏電池板是太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)中的核心局部，也是太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)中價值最高的局部。其作用是將太陽的輻射能轉(zhuǎn)換為電能，或送往蓄電池中存儲起來，或推動負(fù)載工作。太陽能光伏電池板的質(zhì)量和本錢將直接決定整個系統(tǒng)的質(zhì)量和本錢。太陽能控制器控制著整個系統(tǒng)的工作狀態(tài)，并對蓄電池起到過充電保護(hù)、過放電保護(hù)的作用。在溫差較大的地方，合格的控制器還應(yīng)具備溫度補(bǔ)償?shù)墓δ?。蓄電池一般為鉛酸電池，小微型系統(tǒng)中，也可用鎳氫電池、鎳鎘電池或鋰電池。其作用是在有光照時將太陽能電池板所發(fā)出的電能儲存起來，到需要的時候再釋放出來。在很多場合，都需要提供220VAC、110VAC的交流電源。由于太陽能的直接輸出一般都是12VDC、24VDC、48VDC。為能向220VAC的電器提供電能，需要將太陽能發(fā)電系統(tǒng)所發(fā)出的直流電能轉(zhuǎn)換成交流電能，因此需要使用DC-AC逆變器。在某些場合，需要使用多種電壓的負(fù)載時，也要用到DC-DC逆變器，如將24VDC的電能轉(zhuǎn)換成5VDC的電能。[NextPage]〔2〕太陽能光伏電池的原理太陽能電池內(nèi)部存在P-N結(jié)，當(dāng)P-N結(jié)處于平衡狀態(tài)時，在P-N結(jié)處形成耗盡層，存在由N區(qū)到P區(qū)的勢壘電場。當(dāng)太陽光入射的能量大于硅禁帶寬度的時候，射入電池內(nèi)部的太陽光子，把電子從價帶激發(fā)到導(dǎo)帶，產(chǎn)生一個電子-空穴對。電子-空穴對隨即被勢壘電場別離，電子和空穴被分別推向N區(qū)和P區(qū)，并向P-N結(jié)交接面處擴(kuò)散，當(dāng)?shù)竭_(dá)勢壘電場邊界時，受勢壘電場的作用，電子留在N區(qū)，空穴留在P區(qū)，形成內(nèi)建電場。而由于內(nèi)建電場的作用，N區(qū)中的空穴和P區(qū)中的電子被分別推向?qū)Ψ絽^(qū)域，使N區(qū)積累了過剩的電子，P區(qū)積累了過剩的空穴，即在P-N結(jié)兩側(cè)形成了與勢壘電場方向相反的光生電動勢，當(dāng)接入負(fù)載后，就會產(chǎn)生電流流出?！?〕太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的分類當(dāng)前太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)大致可分為三類：獨立蓄電系統(tǒng)、反應(yīng)式發(fā)電系統(tǒng)、市電并聯(lián)系統(tǒng)。獨立蓄電系統(tǒng)(圖4-a)：這是比較原始的一種太陽能應(yīng)用方式。在國內(nèi)外應(yīng)用已有假設(shè)干年。系統(tǒng)比較簡單、造價低。只因其一系列的電池維護(hù)困難，而限制了使用范圍。反應(yīng)式發(fā)電系統(tǒng)(圖4-b)：當(dāng)用電負(fù)載較大時，太陽能電力缺乏就向市電網(wǎng)絡(luò)購電，而負(fù)載較小或不使用電器時，就可以將多余的電力賣給市電。這種方式的實施意義重大。適用于電網(wǎng)己全面改造的城市。市電并聯(lián)系統(tǒng)(圖4-c)：這是介于上述兩種方案之間的系統(tǒng)。常常是太陽能發(fā)電的中期運用形式。由于城市電網(wǎng)改造尚未進(jìn)行，只好采用此靈活的做法。圖4光伏發(fā)電系統(tǒng)的分類〔4〕太陽能光伏發(fā)電的現(xiàn)狀和開展趨勢①國外太陽能光伏發(fā)電現(xiàn)狀和開展趨勢太陽能光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)是20世紀(jì)80年代以來世界上增長最快的高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)之一。到2004年,世界太陽能光伏發(fā)電裝機(jī)總?cè)萘康竭_(dá)964.9MW,到2006年底,到達(dá)4961.69MW。已經(jīng)商品化、實用化的太陽能光伏電池主要有單晶硅電池、多晶硅電池、非晶硅電池、聚光電池、帶狀硅電池及薄膜電池等幾類。在國際市場上,目前太陽能光伏電池的價格大約為3.15美元/W,并網(wǎng)系統(tǒng)價格為6美元/W,發(fā)電本錢為0.25美元/(kW?h)[5]。光伏電池的光電轉(zhuǎn)化效率也不斷提高,晶體硅光電池轉(zhuǎn)化率到達(dá)15,單晶硅光電池轉(zhuǎn)化率是23.3,砷化鎵光電池是25,在實驗室中特制的砷化鎵光電池已達(dá)35～36[5]。同時太陽能光伏電池/組件的使用壽命也大大增長,最多可到達(dá)30年。目前,光伏發(fā)電主要集中在日本、歐盟和美國,其光伏發(fā)電量約占世界光伏發(fā)電量的80[6]。今后光伏發(fā)電系統(tǒng)主要圍繞高效率、低本錢、長壽命、美觀實用等方向開展。專家們預(yù)測到2050年,太陽能光伏發(fā)電在發(fā)電總量中將占13-15,到2100年將約占64[9]。②國內(nèi)太陽能光伏發(fā)電現(xiàn)狀和開展趨勢20世紀(jì)90年代以來是我國光伏發(fā)電快速開展的時期。在這一時期我國光伏組件生產(chǎn)能力逐年增強(qiáng),本錢不斷降低,市場不斷擴(kuò)大,裝機(jī)容量逐年增加,2006年累計裝機(jī)容量達(dá)35MW,約占世界份額的3[7]。10多年來,我國光伏產(chǎn)業(yè)長期平均維持了全球市場1左右的份額。到2023年前,我國光伏技術(shù)產(chǎn)業(yè)將會得到不斷的完善和開展,本錢將不斷下降,光伏市場會發(fā)生巨大的變化:預(yù)計2005—2023年,我國的太陽能電池主要用于獨立光伏發(fā)電系統(tǒng),發(fā)電本錢到2023年將約為1.20元/kWh；2023—2023年,光伏發(fā)電將會由獨立系統(tǒng)轉(zhuǎn)向并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng),發(fā)電本錢到2023年將約為0.60元/kWh。到2023年我國光伏產(chǎn)業(yè)的技術(shù)水平有望到達(dá)世界先進(jìn)行列[8]?！?〕太陽能光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)進(jìn)一步開展需要解決的問題目前,世界太陽能光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)還處于初級階段，為了保證太陽能光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)的健康開展,需要做好以下工作:a繼續(xù)研制太陽能電池新材料,提高電池的光電轉(zhuǎn)化效率；b研究太陽能光電電池最大功率跟蹤算法,實現(xiàn)太陽光最大功率跟蹤；c研究太陽能光電池陣列的優(yōu)化組合算法,實現(xiàn)太陽能光電電池陣列的優(yōu)化組合；d研究太陽能光伏發(fā)電的軟并網(wǎng)技術(shù),減少光伏電能對電網(wǎng)的沖擊；e探索并實現(xiàn)太陽能光伏發(fā)電與建筑物建設(shè)相結(jié)合,實現(xiàn)建筑物綠色發(fā)電與自我供電；f探索并出臺保護(hù)太陽能光伏發(fā)電開展的政策與法律、法規(guī),對太陽能發(fā)電電價實行保護(hù)政策,促進(jìn)太陽能發(fā)電產(chǎn)業(yè)的開展。三、結(jié)束語隨著全世界能耗的不斷上升，濫用化石能源導(dǎo)致的環(huán)境污染日益嚴(yán)重，人類在應(yīng)對經(jīng)濟(jì)持續(xù)開展的同時，還要著重關(guān)注生態(tài)平衡的問題。無論是太陽能熱發(fā)電還是太陽能光伏發(fā)電，都是人類未來能夠持續(xù)生存和開展的重要手段之一，因此人類對于太陽能利用方面的探索和研究將更加積極，同時也預(yù)示著太陽能發(fā)電將在未來的社會中扮演越來越重要的角色。4建筑一體化簡介：太陽能作為一種潔凈的可再生能源，有著礦物能源不可比較的優(yōu)越性。中國的太陽能資源十分豐富，為各種太陽能利用系統(tǒng)提供了巨大的市場。由此，建筑界提出“21世紀(jì)建筑〞的一個概念即由建筑物自己產(chǎn)生能源，太陽能光伏建筑物一體化〔BIPV〕便成為21世紀(jì)建筑及光伏技術(shù)市場的熱點。隨著2005年2月16號限制各國排放工業(yè)廢氣以控制全球氣候變暖的《京都議定書》的正式生效，如何實現(xiàn)環(huán)境保護(hù)的可持續(xù)開展成為全球最強(qiáng)的呼聲。中國作為開展中國家，能源消耗逐年以驚人的速度增長，而建筑作為能耗大戶(興旺國家的建筑能耗一般占到全國總能耗的1／3以上)，其節(jié)能效益那么變得尤其重要。4.1太陽電池原理半導(dǎo)體根據(jù)導(dǎo)電機(jī)理的不同可分為P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體。當(dāng)太陽光照射到半導(dǎo)體時，半導(dǎo)體中的電子被激發(fā)而移動，失去電子的地方就形成空穴。P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體結(jié)合在一起在半導(dǎo)體中形成“勢壘〞。由P型半導(dǎo)體產(chǎn)生的電子向N型層移動，由N型層中產(chǎn)生空穴向P型層移動。P型層中由于帶有正電荷的空穴數(shù)目增多而帶正電；N型層中由于帶負(fù)電荷的電子數(shù)目增多而帶負(fù)電。當(dāng)?shù)竭_(dá)穩(wěn)定狀態(tài)時，在半導(dǎo)體兩端產(chǎn)生電壓，稱為太陽電池的開路電壓。當(dāng)用導(dǎo)線連接半導(dǎo)體兩端時，光電流在外部回路中流動，稱為短路電流[2]。最根本的太陽電池是由P—N結(jié)構(gòu)構(gòu)成的。圖1為典型光電池的剖面圖。光圖1典型電池的剖面圖[1]〔光線的光子產(chǎn)生自由電子，頂部金屬網(wǎng)格和底部金屬板通過外電路收集和返還自由電4.2光伏發(fā)電系統(tǒng)光伏發(fā)電系統(tǒng)統(tǒng)按其系統(tǒng)配置可分為獨立式〔stand—alone〕連接電網(wǎng)式〔grid—alone〕2種。當(dāng)不可能或沒必要與電網(wǎng)連接時，獨立式光電系統(tǒng)〔stand—alonesystems〕較適用〔圖2〕。這種系統(tǒng)白天產(chǎn)生的多余電能儲存在電池組中，以備夜間及昏暗多云天使用。圖2獨立式光電系統(tǒng)[1]〔一個獨立式系統(tǒng)需要電池儲存電力以供夜間使用，還需要一個將直流電變成交流電的反用換流器〕當(dāng)有電網(wǎng)時，就不需電池組儲能了。因為電網(wǎng)已經(jīng)充當(dāng)了一個大的蓄電池的作用。連接電網(wǎng)式如圖3所示。當(dāng)太陽能電池板供電缺乏時，由電網(wǎng)向用戶供電，相反的，假設(shè)太陽能電池板供電大于用戶需求，剩余的電可通過直交流逆變換器輸送到電網(wǎng)。只需在連接電網(wǎng)時安裝一塊雙向計量電度表即可解決電力收費的問題。這種系統(tǒng)特別適合于已有電網(wǎng)供電的用戶，不僅可省去蓄電他的設(shè)置，減少初投資和運行維護(hù)費用，而旦有利于削減因采用空調(diào)設(shè)備而造成的夏季白天用電頂峰的問題。圖3一個典型的電網(wǎng)連接充電系統(tǒng)[1]〔白天，多余的電流將流入電網(wǎng)，計量表會倒轉(zhuǎn)4.3BIPV建筑一體化太陽能光伏—建筑一體化BIPV(BuildingIntegratedPhotovoltaics,)是應(yīng)用太陽能發(fā)電的一種新概念：在建筑為維護(hù)結(jié)構(gòu)外外表鋪設(shè)光伏陣列提供電力?？梢哉f在眾多可再生能源發(fā)電技術(shù)中，光伏發(fā)電是最綠色最環(huán)保也是最值得期待的一項技術(shù)。BIPV的優(yōu)越性：1〕可原地發(fā)電、原地使用，減少電流運輸過程的費用和能耗2〕防止了放置光電陣板的額外占用珍貴的建筑空間與建筑結(jié)構(gòu)合一，省去了單獨為光電設(shè)備提供的支撐結(jié)構(gòu)3)使用新型建筑維護(hù)材料，節(jié)約了昂貴的外裝飾材料〔玻璃幕墻等〕，減少建筑物的整體造價，且使建筑外觀更有魅力4)因日照處在高壓電網(wǎng)用電頂峰期，BIPV系統(tǒng)除保證自身建筑內(nèi)用電外，還可以向電網(wǎng)供電，舒緩了頂峰電力需求，解決電網(wǎng)峰谷供需矛盾，具有極大的社會效益；5)杜絕了由一般化石燃料發(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；6)由于光伏陳列安裝在屋面和墻面上，并直接吸收太陽能，防止了墻面溫度和屋頂溫度過高，降低了空調(diào)負(fù)荷，并改善了室內(nèi)環(huán)境。形勢與特點：在80年代，光伏地面系統(tǒng)除大量用于偏僻無電地區(qū)、游牧家庭、航海燈塔、孤島居民供電以及某些特殊領(lǐng)域外，已開始進(jìn)入一般單獨用戶、聯(lián)網(wǎng)用戶和商業(yè)建筑。進(jìn)入90年代后，隨著常規(guī)能源的日益枯竭而引起的發(fā)電本錢上升和人們環(huán)境意識的日益增強(qiáng)，一些國家紛紛開始實施、推廣BIPV系統(tǒng)。光伏與建筑的結(jié)合有兩種方式：一種是建筑與光伏系統(tǒng)相結(jié)合；另外一種是建筑與光伏器件相結(jié)合。1)建筑與光伏系統(tǒng)相結(jié)合把封裝好的的光伏組件〔平板或曲面板〕安裝在居民住宅或建筑物的屋頂上，再與逆變器、蓄電池、控制器、負(fù)載等裝置相聯(lián)。光伏系統(tǒng)還可以通過一定的裝置與公共電網(wǎng)聯(lián)接。這點內(nèi)容在上一節(jié)光伏發(fā)電系統(tǒng)已介紹過。2)建筑與光伏器件相結(jié)合建筑與光伏的進(jìn)一步結(jié)合是將光伏器件與建筑材料集成化。一般的建筑物外圍護(hù)外表采用涂料、裝飾瓷磚或幕墻玻璃，目的是為了保護(hù)和裝飾建筑物。如果用光伏器件代替局部建材，即用光伏組件來做建筑物的屋頂、外墻和窗戶，這樣既可用做建材也可用以發(fā)電，可謂物盡其美。目前光伏與建筑結(jié)合總結(jié)起來大約有8種安裝方式，如表1所示。下面將分別從光電設(shè)備作屋面板、光電設(shè)備作建筑立面、玻璃窗與光電設(shè)備、光電設(shè)備與遮陽設(shè)備四方面分別介紹[1]。表1光伏與建筑結(jié)合的8種形式[10]1〕光電設(shè)備作屋面板[1]用光電設(shè)備作屋面板時的理想屋頂應(yīng)為斜屋頂。因為可以獲得理想的傾角，相對于平屋頂而言，少了附加支撐帶來的不協(xié)調(diào)。鋸齒形的高側(cè)窗也要比平屋頂好得多，因為南向坡被建筑光電一體式設(shè)備占據(jù)了，北向玻璃窗就可用于晝光照明。如果光電板與屋頂成為一體，那么其夏天需要通風(fēng)以降溫，冬天那么可以收集這些余熱以采暖。結(jié)構(gòu)圖如圖3所示。圖4光電板與屋頂?shù)慕Y(jié)合[1]〔光電設(shè)備下面通風(fēng)，夏天可防止光電元件過熱，冬天可用于加熱建筑〕美國著名的UNl—SOLAR的太陽能屋頂產(chǎn)品那么另外一番特色，他是直接將非晶薄膜太陽能電池生成在薄鋼片上，鋼片可以任意裁剪。所以，一片太陽能電池板長度可以做到屋頂?shù)膶挾?。另外，沒有玻璃，不易破損；弱光性好；輕便易裝。2〕光電設(shè)備作建筑立面由于大尺度新型彩色光伏模塊的誕生，將其安裝在立面不僅節(jié)約了昂貴的外裝飾材料〔玻璃幕墻等〕，減少建筑物的整體造價，且使建筑外觀更有魅力；如果建筑有凸窗欞，必須保證窗欞較薄，使光電板不至于產(chǎn)生太多陰影。在保持玻璃幕墻的外觀整潔方面，德國RWE的非晶太陽能玻璃幕墻做得非常優(yōu)秀，為了防止電池片之間的連線有礙觀瞻，他們的專利技術(shù)專門解決了電池片之間的“無線〞連接[4]。如果光電設(shè)備安裝在屋頂，那么最好在設(shè)備下部留下一定量的空氣層以供設(shè)備降溫，同時冬天可以收集熱空氣采暖。具體結(jié)構(gòu)如圖4所示。圖4光電設(shè)備安裝在屋頂[1]雙層墻可使空氣在夏季流溢出來以給光電設(shè)備及建筑降溫。冬天可用熱空氣加熱建筑北部3〕玻璃窗與光電設(shè)備這里介紹兩種典型的玻璃窗系統(tǒng)。一種是半透明的更像淺色玻璃窗；另一種是由透明玻璃窗上安裝不透明光電元件，這些元件的排列間距決定了玻璃窗的透光率，就像我們在玻璃窗上涂上井字網(wǎng)一樣。太陽電池可以和不同的玻璃結(jié)合制成各種特殊的玻璃幕墻和天窗，如：隔熱玻璃組件、防紫外線玻璃組件、防盜或防彈玻璃組件、防火組件等等。目前有一種僅用紅外輻射發(fā)電的光電玻璃窗正在研制中。這樣，既可以發(fā)電又可降低晝光溫度，相信正是多數(shù)向南的辦公大樓所需要的。4〕光電設(shè)備與遮陽設(shè)備光電系統(tǒng)即可整體組合于入口雨篷中，也可組合與一些獨立式遮陽結(jié)構(gòu)中。就目前而言，雖然巴光電板用于露天停車場遮陽上的費用較高，但遮陽結(jié)構(gòu)與光電發(fā)電器相結(jié)合終究物有所值。隨著電力汽車的數(shù)量增加，這些結(jié)構(gòu)最終會成為理想的充電站。BIPV對太陽電池的特殊要求：1〕顏色方面當(dāng)太陽電池作為南立面的幕墻或天窗時，考慮到電池板的反光而造成光污染的現(xiàn)象，就會對太陽電池的顏色和反光性提出要求，即可采用具有不均勻反光的多晶硅太陽電池組件做幕墻或是安裝在人們視角之內(nèi)的大坡度屋頂。對于晶體硅電池那么可以用腐蝕絨面的方法將其外表變成黑色或在蒸鍍減反射膜的時候參加一些微量原色來改變太陽電池外表的顏色。2〕透光要求當(dāng)太陽電池用作天窗、遮陽板和幕墻時，對于它的透光性有一定要求。一般選用非晶硅太陽電池，因為它可制作成茶色玻璃一般的效果，透光好而且投影十分均勻柔和。而對于本身不透光的晶體硅太陽電池，需要透光時只能將組件用雙層玻璃封裝，通過調(diào)整電池片之間的空隙來調(diào)整透光量。2〕尺寸和形狀的要求因為考慮到與建筑的結(jié)合，一般正規(guī)的方形很難滿足特殊造型的需求。這方面還有待制作工藝的進(jìn)一步提高。4.4為什么光伏要與建筑一體化由于太陽能能量密度較低并且高度分散，為了提供所需的能源，必須有足夠的接受面積。據(jù)測算為了滿足2000年全球電力的需求，以太陽能電池轉(zhuǎn)換率10%計算，需要的面積為840km×840km=640000km2，這相當(dāng)于德國和意大利兩個國家的面積。我國1995年的發(fā)電量約為1億MW·h，如果全部用太陽能電池發(fā)電，其接收面積約為12500km2，比天津市還要大。以上數(shù)值說明，所需的面積是相當(dāng)可觀的，光伏與建筑一體化有效利用建築物的外表大面積，是解決接受面積的主要途徑，光伏建筑一體化的系統(tǒng)，如幕墻光伏發(fā)電系統(tǒng)，本錢隨著建筑物的設(shè)計階段和光伏電池與建筑裝飾材料生產(chǎn)過程的結(jié)合程度有很大的依賴。研究說明，如果設(shè)計院、建材生產(chǎn)商和光伏制造商能夠充分協(xié)作起來，建材光伏一體化的發(fā)電單元的制造本錢與單獨生產(chǎn)光伏組件的本錢類似，甚至比建材加光伏組件的本錢還低，而逆變和布線系統(tǒng)那么可以整體并入到建筑物的電力系統(tǒng)中去，BIPV的本錢可能比單獨的光伏發(fā)電還要低得多。開展BIPV建筑、推進(jìn)節(jié)能省地型住宅建設(shè)節(jié)能省地的核心依然是節(jié)能、節(jié)地、節(jié)水、節(jié)材和環(huán)境保護(hù)，充分表達(dá)資源的節(jié)約和可持續(xù)開展。一我國人均土地占有量是世界平均水平的1／3，而960萬平方公里的國土中適宜居住的只有23％。其中耕地只占13％，人均耕地面積只有1．41畝。因此，我國不僅糧食要依賴進(jìn)口，更需要大量進(jìn)口能源。截至2023年底，全國既有房屋建筑面積為500億平方米。隨著經(jīng)濟(jì)的開展，估計到2023年，我國還將新增建筑面積約300萬平方米(目前，我國城市平均每年新增建筑面積10億平方米，住宅建筑面積占60—70％)。“充分利用屋頂資源，向屋頂要能源〞，開展BIPV建筑十分迫切。4.5光伏建筑一體化主要安裝類型①建材型，指將太陽能電池與瓦、磚、卷材、玻璃等建筑材料復(fù)合在一起成為不可分割的建筑構(gòu)件或建筑材料，如光伏瓦、光伏磚、光伏屋面卷材、玻璃光伏幕墻、光伏采光頂?shù)?；②?gòu)件型，指與建筑構(gòu)件組合在一起或獨立成為建筑構(gòu)件的光伏構(gòu)件，如以標(biāo)準(zhǔn)普通光伏組件或根據(jù)建筑要求定制的光伏組件構(gòu)成雨蓬構(gòu)件、遮陽構(gòu)件、欄版構(gòu)件等；③與屋頂、墻面結(jié)合安裝型，指在平屋頂上安裝、坡屋面上順坡架空安裝以及在墻面上與墻面平行安裝等形式。屋頂一體化方式。是指將PV板做成屋面板或瓦的形式覆蓋平屋頂或坡屋頂整個屋面，也叫以覆蓋局部屋面，后者與建筑的整介具有更高的靈活性。這對于在舊房改造中使用PV板提供了叫能。PV板與屋頂整合一體化一是可以最大限度的接受太陽光的照射，二是可以兼做屋頂?shù)恼陉柊寤蛘咦龀赏L(fēng)隔熱屋面，減少屋頂夏天的熱負(fù)荷。PV板與屋頂?shù)臉?gòu)造做法有兩種方式，一種是兼為屋頂防水構(gòu)造層次的局部，這時必須要求PV系統(tǒng)具有良好的防水性能，另外一種是單獨作為構(gòu)造層次位于防水層之上，后者對于屋頂防水具有保護(hù)功能，可以延長防水層的使用壽命。5光伏建筑一體化優(yōu)點5.1綠色能源。太陽能光伏建筑一體化產(chǎn)生的是綠色能源，是應(yīng)用太陽能發(fā)電，不會污染環(huán)境。太陽能是最清潔并且是免費的，開發(fā)利用過程中不會產(chǎn)生任何生態(tài)方面的副作用。它又是一種再生能源，取之不盡，用之不竭。5.2不占用土地。光伏陣列一般安裝在閑置的屋頂或外墻上，無需額外占用土地，這對于土地昂貴的城市建筑尤其重要；夏天是用電頂峰的季節(jié)，也正好是日照量最大、光伏系統(tǒng)發(fā)電量最多的時期，對電網(wǎng)可以起到調(diào)峰作用。5.3起到建筑節(jié)能作用。光伏陣列吸收太陽能轉(zhuǎn)化為電能，大大降低了室外綜合溫度，減少了墻體得熱和室內(nèi)空調(diào)冷負(fù)荷，所以也可以起到建筑節(jié)能作用。因此，開展太陽能光伏建筑一體化，可以“節(jié)能減排〞6.BIPV建筑設(shè)計中需注意的幾個問題6.1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驗要求和建筑物平安性能要求，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到達(dá)使用要求。但同樣尺寸的組件用在BIPV建筑中，在不同的地點，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。6.2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)約本錢，電池板反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反面，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。比方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。6.3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3.4建筑隔熱隔音的要求普通光伏組件并沒有像中空玻璃一樣的隔熱空氣層，只是簡單地安裝在建筑物上或者支撐構(gòu)件上，和建筑物并沒有形成統(tǒng)一的整體。這時的光伏組件作為BIPV組件來使用往往會將大量的熱量帶入室內(nèi)，造成耗能和節(jié)能相矛盾的情況，同時也不能滿足建筑的隔音要求。這時可以將普通光伏組件做成中空Low-E玻璃的形式，這樣既能隔熱又能隔音?；蛘卟捎媚喜４髲B一樣的雙層外循環(huán)系統(tǒng)的幕墻形式。6.4建筑采光的要求普通光伏組件為了提高效率，會將電池片間距縮小到2～5mm。但在BIPV組件中，要考慮到室內(nèi)的采光要求，這時要調(diào)整電池片間距到25mm左右，使組件的透光率在30％左右。6.5光伏組件安裝方便的要求BIPV光伏組件作為建筑物的一局部，它安裝要求比普通組件的安裝要求高很多，難度大很多。一般BIPV組件安裝高度較高、安裝空間較小?？紤]到安裝方便，可以將光伏組件做方便拆卸的單元式幕墻形式，這樣既方便了安裝，同時也提高安裝精度。6.6光伏系統(tǒng)壽命問題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。EVA發(fā)黃將會影響建筑的美觀和系統(tǒng)的發(fā)電量，所以設(shè)計師在選擇BIPV組件時應(yīng)該盡量防止使用EVA封裝的組件。Schott和Schuco現(xiàn)在已經(jīng)有PVB封裝的光伏組件，國內(nèi)還沒有廠家掌握這種技術(shù)。PVB已經(jīng)成熟應(yīng)用于建筑用夾膠玻璃的制作，用PVB代替EVA制作的光伏組件會有更長的使用壽命。盼望國內(nèi)光伏組件生產(chǎn)商盡快掌握PVB封裝技術(shù)。普通光伏系統(tǒng)的大局部連接線都是敞開在大氣中，空氣對流充分，溫度低。BIPV建筑系統(tǒng)中的連接線大多都在幕墻立柱、橫梁等密閉結(jié)構(gòu)中，其溫度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于普通光伏系統(tǒng)電線所處的環(huán)境溫度，這對BIPV建筑系統(tǒng)中電線的要求也高很多。普通系統(tǒng)中，一般使用普通的聚氯乙稀銅線就能滿足要求。但在BIPV系統(tǒng)中，我們建議使用光伏專用電線：雙層交聯(lián)聚乙烯浸錫銅線。另外考慮到溫度對電阻的影響，BIPV建筑系統(tǒng)中選用的電線直徑應(yīng)該要比普通光伏系統(tǒng)大一些。7太陽能建筑一體化的定義與原那么7.1太陽能建筑一體化的定義太陽能光伏建筑一體化(BIPV)技術(shù)即將太陽能發(fā)電(光伏)產(chǎn)品集成或結(jié)合到建筑上的技術(shù)。BIPV即BuildingIntegratedPhotovoltaic，其不但具有外圍護(hù)結(jié)構(gòu)的功能，同時又能產(chǎn)生電能供建筑使用。光伏與建筑一體化〔簡稱BIPV〕是“建筑物產(chǎn)生能源〞新概念的建筑，是利用太陽能可再生能源的建筑，太陽能光伏建筑一體化≠太陽能光伏＋建筑。所謂太陽能光伏建筑一體化不是簡單的‘相加’，而是根據(jù)節(jié)能、環(huán)保、平安、美觀和經(jīng)濟(jì)實用的總體要求，將太陽能光伏發(fā)電作為建筑的一種體系進(jìn)入建筑領(lǐng)域，納入建設(shè)工程根本建設(shè)程序，同步設(shè)計、同步施工、同步驗收，與建設(shè)工程同時投入使用。同步后期管理，使其成為建筑有機(jī)組成局部的一種理念、一種設(shè)計、一種工程的總稱。7.2太陽能建筑一體化原那么1.生態(tài)驅(qū)動設(shè)計理念向常規(guī)建筑設(shè)計的滲透：建筑本身應(yīng)該具有美學(xué)形式，而PV系統(tǒng)與建筑的整合使建筑外觀更加具有魅力。建筑中的pv板使用不僅很好的利用了太陽能，極大的節(jié)省了建筑對能源的使用，而且還豐富了建筑立面設(shè)計和立面美學(xué)。BIPV設(shè)計應(yīng)以不損害和影響建筑的效果、結(jié)構(gòu)平安、功能和使用壽命為根本原那么，任何對建筑本身產(chǎn)生損害和不良影響的BIPV設(shè)計都是不合格的設(shè)計。2.傳統(tǒng)建筑構(gòu)造與現(xiàn)代光伏工程技術(shù)和理念的融合；引入建筑整合設(shè)計方法，開展太陽能與建筑集成技術(shù)。建筑整合設(shè)計是指將太陽能應(yīng)用技術(shù)納入建筑設(shè)計全過程，以到達(dá)建筑設(shè)計美觀、實用、經(jīng)濟(jì)的要求。BIPV首先是一個建筑，它是建筑師的藝術(shù)品，其成功與否關(guān)鍵一點就是建筑物的外觀效果。建筑應(yīng)該從設(shè)計一開始，就要將太陽能系統(tǒng)包含的所有內(nèi)容作為建筑不可或缺的設(shè)計元素加以設(shè)計，巧妙地將太陽能系統(tǒng)的各個部件融入建筑之中一體設(shè)計，使太陽能系統(tǒng)成為建筑組成不可分割的一局部，到達(dá)與建筑物的完美結(jié)合。3.關(guān)注不同的建筑特征和人們的生活習(xí)慣；適宜的比例和尺度:PV板的比例和尺度必須與建筑整體的比例和尺度相吻合，與建筑的功能相吻合，這將決定PV板的分格尺寸和形式。PV板的顏色和肌理必須與建筑的其他局部相和諧，與建筑的整體風(fēng)格相統(tǒng)一例如，在一個歷史建筑上，PV板集成瓦可能比大尺度的PV板更適合，在一個高技派的建筑中，工業(yè)化的PV板更能表達(dá)建筑的性格。4.保溫隔熱的圍護(hù)結(jié)構(gòu)技術(shù)與自然通風(fēng)采光遮陽技術(shù)的有機(jī)結(jié)合；精美的細(xì)部設(shè)計:不只是指PV屋頂?shù)姆浪畼?gòu)造，而要更多關(guān)注的是具體的細(xì)部設(shè)計，pv板要從一個單純的建筑技術(shù)產(chǎn)品很好的融合到建筑設(shè)計和建筑藝術(shù)之中。5光伏系統(tǒng)和建筑是兩個獨立的系統(tǒng)，將這兩個系統(tǒng)相結(jié)合，所涉及的方面很多，要開展光伏與建筑集成化系統(tǒng)，并不是光伏制作者能獨立勝任的，必須與建筑材料、建筑設(shè)計、建筑施工等相關(guān)方面緊密配合，共同努力，才能成功。6建筑的初始投資與生命周期內(nèi)光伏工程投資的平衡；綜合考慮建筑運營本錢及其外部本錢。建筑運營表達(dá)在建筑物的籌劃、建設(shè)、使用及其改造、撤除等全壽命周期的各種活動中，建筑節(jié)能技術(shù)、太陽能技術(shù)以及生態(tài)建筑技術(shù)對與建筑運營具有重要影響。不僅要關(guān)注建筑初期的一次投資，更應(yīng)關(guān)注建筑的后期運營和費用支出，不但要滿足民眾的居住需求，也要關(guān)注住房使用的耗能支出。另外，還應(yīng)考慮二