BIPV

名詞釋義

　　BIPV即Building Integrated PV是光伏建筑一體化。PV即Photovoltaic。BIPV技術是將太陽能發電(光伏)產品集成到建筑上的技術。光伏建筑—體化(BIPV)不同于光伏系統附著在建筑上(BAPV：Building Attached PV)的形式。 現代化社會中，人們對舒適的建筑熱環境的追求越來越高，導致建筑采暖和空調的能耗日益增長。在發達國家，建筑用能已占全國總能耗的30%—40%，對經濟發展形成了一定的制約作用。

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的優勢

1. 能夠滿足建筑美學的要求

　　BIPV建筑首先是一個建筑，它是建筑師的藝術品，其成功與否關鍵一點就是建筑物的外觀效果。在BIPV建筑中，我們可通過相關設計將接線盒、旁路二極管、連接線等隱藏在幕墻結構中。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，達到與建筑物的完美結合，實現建筑大師們的構想。

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，能夠通過調整電池片的排布或采用穿孔硅電池片來達到特定的透光率，即使是在大樓的觀光處也能滿足光線通透的要求。當然，光伏組件透光率越大，電池片的排布就越稀，其發電功率也會越小。

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性能和采用不同的結構方式。在不同的地點，不同的樓層高度，不同的安裝方式，對它的玻璃力學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膠片復合太陽能電池片組成復合層，電池片之間由導線串、并聯匯集引線端的整體構件。鋼化玻璃的厚度是按照國家建筑規范和幕墻規范，通過嚴格的力學計算得出的結果。而組件中間的PVB膠片有良好的粘結性、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合。幕墻在我國發展三十年以來，各種幕墻形式都具有了比較成熟的設計和安裝技術。構件式幕墻施工手段靈活，主體結構適應能力強，工藝成熟，是目前采用最多的結構形式。單元式幕墻在工廠內加工制作，易實現工業化生產，降低人工費用，控制單元質量，從而縮短施工周期，為業主帶來較大的經濟效益。雙層通風幕墻系統具有通風換氣，隔熱隔聲，節能環保等優點，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，其結構形式基本上同傳統玻璃幕墻能夠相通。這就使得BIPV光伏組件的安裝具有深厚的技術基礎和優勢，完全能夠達到安裝方便的要求。

5. 能夠具有壽命長的優勢

　　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、使用壽命達不到50年，不能與建筑同壽命而且EVA發黃將會影響建筑的美觀和系統的發電量。而PVB膜具有透明、耐熱、耐寒、耐濕，機械強度高等特性，并已經成熟應用于建筑用夾層玻璃的制作。國內玻璃幕墻規范也明確提出“應用PVB”的規定。BIPV光伏組件采用PVB代替EVA制作能達到更長的使用壽命。目前，國外的Schott和Schuco公司、國內的廣東金剛玻璃科技股份有限公司已經掌握了較成熟的PVB封裝技術的光伏組件。

　　此外，在BIPV系統中，選用光伏專用電線(雙層交聯聚乙烯浸錫銅線)，選用偏大的電線直徑，以及選用性能優異的連接器等設備，都能延長BIPV光伏系統的使用壽命。

6. 具有綠色環保的效果

　　BIPV建筑物能為光伏系統提供足夠的面積，不需要另占土地，還能省去光伏系統的支撐結構;太陽能硅電池是固態半導體器件，發電時無轉動部件，無噪聲，對環境不會造成污染;BIPV建筑可自發自用，減少了電力輸送過程的費用和能耗，降低了輸電和分電的投資和維修成本。而且日照強時恰好是用電高峰期，BIPV系統除可以保證自身建筑內用電外，在一定條件下還可能向電網供電，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電所帶來的嚴重空氣污染，這對于環保要求更高的今天和未來極為重要。

BIPV在國外的發展現狀

　　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“節約能源房屋建筑法規”等鼓勵新能源利用的法律文件。在經濟上也采取有效措施，不僅在太陽能利用研究方面投入大量經費，而且由國會通過一項對太陽能系統買主減稅的優惠辦法。因此，美國太陽能建筑的發展極為迅速，無論是對太陽能建筑的研究、設計優化，還是材料、房屋部件結構的產品開發、應用，以及真正形成商業運作的房地產開發，美國均處于世界領先地位，并在國內形成了完整的太陽能建筑產業化體系。

　　美國于上個世紀８０年代初就由新墨西哥洲的洛斯阿拉莫斯科學實驗室編制出版了被動式太陽房設計手冊。此外，美國還出版了許多實用的被動式太陽房建筑圖集，既介紹成功的設計實例，也有對太陽房原理、構造的詳細說明。這些工具書的發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，有的已達到１００％，例如阿塔斯卡德洛住宅。

　　早在上個世紀４０年代，美國麻省理工學院就開始利用太陽能集熱器作為熱源的供暖、空調系統研究，先后建成了ｗ號實驗太陽房。這些實驗太陽房，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行，說明太陽能供熱、空調系統在技術上是完全可行的，但由于投資較大，推廣普及程度不及被動式太陽房。直到進入９０年代，由于開發出更加高效的太陽集熱器和吸收式制冷機、熱泵機組，應用范圍才得以擴大。

　　日本在主動式太陽房的研究應用領域也處于世界前列。１９７４年日本通產省制定了“陽光計劃”，并按此計劃建造了數幢典型太陽能采暖空調試驗建筑，如矢崎實驗太陽房。而且多年來日本的太陽能采暖、空調建筑一直穩步發展，并已應用于大型建筑物上。

　　此外，法國、德國、澳大利亞、英國等發達國家也擁有相當先進的太陽能建筑應用技術。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化為實際應用的第一個樣板房。英國利物浦附近的沃拉西的圣喬治郡中學，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，該所中學安裝的常規采暖系統卻從未使用過。

　　最后值得一提的是近幾年來在發達國家已有相當發展水平的“零能房屋”，即完全由太陽能光電轉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世紀太陽能建筑的發展趨勢。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超過２０％的計劃，相信這種“零能房屋”將會有十分良好的發展前景。

BIPV在國內的發展動態

　　1、綠色健康住宅根據國家有關部門的要求，已進入了試點應用研究的重點階段，而作為可再生能源的太陽能熱利用技術也同時進入了快速發展時期，太陽能熱水器真成為廣大民眾綠色家電的首選。建設部相繼召開了“太陽能與建筑結合應用研討會”，國家有關部門對這項課題十分重視并抓得很緊，建設部、科技部、經貿委先后分別下發了《建設部建筑節能“十五”計劃綱要》、《科技型中小企業技術創新基金若干重點項目指南》、《新能源和可再生能源產業發展“十五”規劃》、《關于組織實施資源節約與環境保護重大的通知》等文件，強調并提出課題開發應用的目標，明確了發展的重點和重點支持的具體項目。為此，中國建筑標準設計研究所承擔了編制建筑工程行業標準、建筑施工工法、標準設計圖集等“太陽能供熱制冷成套技術開發與示范”的課題，為太陽能與建筑一體化事業的健康穩步發展，也為我們設計單位承擔這項課題的專項設計提供有利條件。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工程，已全部通過驗收投入使用，節能效果顯著。

　　2、據了解，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，一些能源技術開發公司承擔施工安裝，福州康安康合太陽能技術開發公司經過多年的研究、試驗和開發，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”等多項國家實用型專利，該公司利用多項成果，專業從事太陽能集中供熱建設，在解決太陽能與建筑一體化上取得很大突破，已經設計、安裝了上述介紹的幾項大工程，積累了很多的實踐經驗，取得了可喜的成績。

BIPV的發展方向

　　目前建筑物空氣溫度調節消耗著大量的能量。在我國，它要占到建筑物總能耗的約70％。用空調機和燃煤來控制室溫不僅消耗能量，帶來外界的環境污染，而且并不能給室內人員帶來健康的環境（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，還沒有大規模的采用。主動式太陽能供能由于成本更高，與我國的經濟發展也是遠不相適應。因此，建筑供能的主動與被動相結合的思想及太陽能與常規能源相結合的思想。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行成本，使得整個方案在商業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荷大大降低（節能率約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節室內溫度。我們認為，建筑物內空氣溫度調節技術發展方向不應當是改變自然環境來滿足人的要求，而是應當盡量巧妙地利用并順應自然界來滿足人們對健康和舒適的要求。研究空調的目的應當是盡量減少人工環境，而不是相反?！?/p>

　　主動供能的意義在于保障建筑室內的舒適性增加?！?/p>

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

BIPV建筑設計中需注意的幾個問題

一、光伏組件的力學性能

　　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安全性能要求，因此需要有更高的力學性能和采用不同的結構方式。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，不同的樓層高度，以及不同的安裝方式，對它的玻璃力學性能要求就可能是完全不同的。南玻大廈外循環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，這是通過嚴格的力學計算得到的結果。

二、建筑的美學要求

　　BIPV建筑首先是一個建筑，它是建筑師的藝術品，就相當于音樂家的音樂，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，關鍵一點就是建筑物的外觀效果，有時候細微的不協調都是不能容忍。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調感，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，要考慮采用其他方法來保護它，需要將旁路二極管和連接線隱藏在幕墻結構中。比如將旁路二極管放在幕墻骨架結構中，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構中。

三、建筑結構與光伏組件電學性能的配合

　　在設計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設備選型，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行分區及調整分格，使BIPV組件接近標準組件電學性能，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，還可以將少數邊角上的電池片不連接入電路，以滿足電學要求。

四、巧妙利用太陽能的建筑

　　太陽能為保護環境創造了有利條件，于是許多建筑學家巧妙利用太陽能建造太陽能建筑。

　　1、太陽能墻：美國建筑專家發明太陽能墻，是在建筑物的墻體外側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預熱后，通過墻體內的泵抽到建筑物內，從而就能節約中央空調的能耗。

　　2、太陽能窗：德國科學家發明了兩種采用光熱調節的玻璃窗。一種是太陽能溫度調節系統，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；另一種是自動調整進入房間的陽光量，如同變色太陽鏡一樣，根據房間設定的溫度，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帶動一組齒輪，使房屋底座在環形軌道上以每分鐘轉動3厘米的速度隨太陽旋轉。這個跟蹤太陽的系統所消耗的電力僅為該房太陽能發電功率的1％，而該房太陽能發電量相當于一般不能轉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）應用財政補助資金管理暫行辦法（財政部、住房城鄉建設部2009年3月26日頒布）

　　2、關于支持加快太陽能光電建筑（BIPV）應用的政策解讀（財建[2009]128號，財政部2009年4月發布）