BIPV太阳能电源建筑一体化设计及应用

编者按

太阳能电源建筑一体化BIPV(Building Integrated　Photovoltaics) 就是把太阳能光伏（PV）发电系统安装在现有建筑物上，或者把PV发电系统与新建筑物同时设计、施工和安装，既能满足光伏发电功能，又与建筑物友好的结合。

太阳能光伏建筑一体化，始于国外。近年来，国外推行的光伏与建筑相结合的太阳能应用方式，极大地推动了光伏并网系统的发展。在我国，光伏产业正在迅猛发展，而且政府也出台了相关扶持政策，这些利好政策将加快太阳能电源建筑一体化成为建筑节能热点的步伐。本文将从太阳能电源与建筑一体化设计和应用方面进行阐述。

一、太阳能电源与建筑的结合方式

目前，全世界大约60％的太阳电池用于并网发电系统，并且其主要应用形式是建筑与太阳能电源系统相结合，BIPV正成为业内最令人关注的产业。

太阳能电源与建筑的结合有两种方式：一种是建筑与太阳能电源系统相结合；另外一种是建筑与光伏器件相结合。

1、建筑与太阳能电源系统相结合

把封装好的的光伏组件（平板或曲面板）安装在建筑物的屋顶上，再与逆变器、蓄电池、控制器、负载等装置相联。光伏系统还可以通过一定的装置与公共电网联接。

2、建筑与光伏器件相结合

建筑与光伏的进一步结合是将光伏器件与建筑材料集成化。一般的建筑物外围护表面采用涂料、装饰瓷砖或幕墙玻璃，目的是为了保护和装饰建筑物。如果用光伏器件代替部分建材，即用光伏组件来做建筑物的屋顶、外墙和窗户，这样既可用做建材也可用以发电，可谓物尽其美。

光伏与建筑相结合的形式主要包括与屋顶相结合，与墙面相结合，与遮阳装置相结合等方式。

二、BIPV太阳能电源系统设计

　　太阳能电源建筑一体化是光伏系统依赖或依附于建筑的一种新能源利用形式，其主体是建筑，客体是太阳能电源系统。因此，BIPV设计应以不损害和影响建筑的效果、结构安全、功能和使用寿命为基本原则。
　　BIPV的太阳能电源系统设计与光伏电站的系统设计不同，光伏电站一般是根据负载或功率要求来设计光伏方阵大小并配套系统，BIPV则是根据光伏方阵大小与建筑采光要求来确定发电的功率并配套系统。
　　BIPV太阳能电源系统设计包含三部分，分别为光伏方阵设计、光伏组件设计和光伏发电系统设计。

　　1、光伏方阵设计，在与建筑屋顶、墙面结合或集成时，一方面要考虑建筑效果，如颜色与板块大小；另一方面要考虑其受光条件，如朝向与倾角。

2、光伏组件设计，涉及电池片的选型（综合考虑外观色彩与发电量）与布置（结合板块大小、功率要求、电池片大小进行）；组件的装配设计（组件的密封与安装形式）。

3、光伏发电系统的设计，即系统类型（并网系统或独立系统）确定，控制器、逆变器、蓄电池等的选型，防雷、系统综合布线、感应与显示等环节设计。

三、BIPV设计中需注意的问题

1、光伏组件的力学性能

　作为普通光伏组件，只要通过IEC61215的检测，满足抗130km/h(2，400Pa)风压和抗25mm直径冰雹23m/s的冲击的要求。同样尺寸的组件用在BIPV建筑中，在不同的地点，不同的楼层高度，以及不同的安装方式，对它的玻璃力学性能要求就可能是完全不同的。
　　
　 2、建筑的美学要求

　一个建筑物的成功与否，关键一点就是建筑物的外观效果。但普通光伏组件的接线盒一般粘在电池板背面，接线盒较大，很容易破坏建筑物的整体协调感，通常不为建筑师所接受，因此BIPV建筑中要求将接线盒省去或隐藏起来。
　　
　 3、建筑结构与光伏组件电学性能的配合

　在设计BIPV建筑时要考虑电池板本身的电压、电流是否方便光伏系统设备选型，但是建筑物的外立面有可能是一些大小、形式不一的几何图形组成，这会造成组件间的电压、电流不同，这个时候可以考虑对建筑立面进行分区及调整分格，使BIPV组件接近标准组件电学性能，也可以采用不同尺寸的电池片来满足分格的要求，以最大限度地满足建筑物外立面效果。
　　
此外，在BIPV组件中，要考虑到建筑隔热隔音的要求、室内的采光要求以及太阳能电源系统的使用寿命问题。

四、泰豪BIPV太阳能电源建筑一体化

泰豪太阳能电源建筑一体化是将太阳能电源系统集成到泰豪IBMS建筑电气整体解决方案的产物。泰豪太阳能电源系统主要针对太阳能光伏发电系统中太阳能自动跟踪控制系统、充电控制器、逆变器及配电设备与泰豪现有BEMS智能建筑管理平台的接口进行开发，以实现集成控制管理，并通过引进国外先进技术，对现有逆变器、配电等设备进行优化改进，最终实现太阳能电源系统与建筑智能化的无缝结合。

泰豪太阳能电源建筑一体化分为独立发电和并网发电两种形式，构架如图所示：

图：独立发电系统