分布式BIPV在建筑中离网自用张伟

分布式BIPV在建筑中离网自用张伟

张伟

（国华能源投资有限公司北京100007）

摘要：BIPV即BuildingIntegratedPV是光伏建筑一体化。PV即Photovoltaic。BIPV技术是将太阳能发电（光伏）产品集成到建筑上的技术。光伏建筑—体化(BIPV)不同于光伏系统附着在建筑上(BAPV：BuildingAttachedPV)的形式。现代化社会中，人们对舒适的建筑环境的追求越来越高，导致建筑采暖和空调的能耗日益增长。在发达国家，建筑用能已占全国总能耗的30%—40%，对经济发展形成了一定的制约作用。

关键词：分布式；BIPV；建筑；离网自用

1建筑一体化(BIPV)

IPV即BuildingIntegratedPV是光伏建筑一体化。PV即Photovoltaic。BIPV技术是将太阳能发电（光伏）产品集成到建筑上的技术。光伏建筑—体化(BIPV)不同于光伏系统附着在建筑上(BAPV：BuildingAttachedPV)的形式。现代化社会中，人们对舒适的建筑环境的追求越来越高，导致建筑采暖和空调的能耗日益增长。在发达国家，建筑用能已占全国总能耗的30%—40%，对经济发展形成了一定的制约作用。

光伏建筑一体化(BIPV)技术即将太阳能发电(光伏)产品集成到建筑上的技术，其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。一般来说将太阳电池组件安装在住房或建筑物的屋顶，引出端经过控制器及逆变器与公共电网连接，由光伏方阵及电网并联向用户供电，这就组成了户用并网光伏系统。它具有调峰、环保的功能。另外也可以用太阳光伏发电的玻璃幕墙代替普通的幕墙玻璃，这样即可以做建材又可以发电，进一步降低光伏发电的成本，非常独特，成为城市里一道美丽的风景线。也可以直接用电池组件做建筑材料。比如说将单晶、多晶封装到瓦状的电池板中，用来做屋顶。

1.1安装形式

可以说BIPV适合大多数建筑，如平屋顶、斜屋顶、幕墙、天棚等等形式都可以安装。

平屋顶，从发电角度看，平屋顶经济性是最好的：1、可以按照最佳角度安装，获得最大发电量；2、可以采用标准光伏组件，具有最佳性能；3、与建筑物功能不发生冲突。4、光伏发电成本最低,从发电经济性考虑是的最佳选择。

斜屋顶，南向斜屋顶具有较好经济性：1、可以按照最佳角度或接近最佳角度安装，因此可以获得最大或者较大发电量；2、可以采用标准光伏组件，性能好、成本低；3、与建筑物功能不发生冲突。4、光伏发电成本最低或者较低，是光伏系统优选安装方案之一。其它方向（偏正南）次之。

光伏幕墙，光伏幕墙要符合BIPV要求：除发电功能外，要满足幕墙所有功能要求：包括外部维护、透明度、力学、美学、安全等，组件成本高，光伏性能偏低；要与建筑物同时设计、同时施工和安装，光伏系统工程进度受建筑总体进度制约；光伏阵列偏离最佳安装角度，输出功率偏低；发电成本高；为建筑提升社会价值，带来绿色概念的效果。

光伏天棚，光伏天棚要求透明组件，组件效率较低；除发电和透明外，天棚构件要满足一定的力学、美学、结构连接等建筑方面要求，组件成本高；发电成本高；为建筑提升社会价值，带来绿色概念的效果。

1.2优势

1.2.1建筑美学

BIPV建筑首先是一个建筑，它是建筑师的艺术品，其成功与否关键一点就是建筑物的外观效果。在BIPV建筑中，我们可通过相关设计将接线盒、旁路二极管、连接线等隐藏在幕墙结构中。这样既可防阳光直射和雨水侵蚀，又不会影响建筑物的外观效果，达到与建筑物的完美结合，实现建筑大师们的构想。

1.2.2建筑采光

对建筑物来说光线就是灵魂，其对光影的要求甚高。BIPV建筑是采用光面超白钢化玻璃制作的双面玻璃组件，能够通过调整电池片的排布或采用穿孔硅电池片来达到特定的透光率，即使是在大楼的观光处也能满足光线通透的要求。当然，光伏组件透光率越大，电池片的排布就越稀，其发电功率也会越小。

1.2.3安全性能

BIPV组件不仅需要满足光伏组件的性能要求，同时要满足幕墙的三性实验要求和建筑物安全性能要求，因此需要有比普通组件更高的力学性能和采用不同的结构方式。在不同的地点，不同的楼层高度，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。

BIPV建筑中使用的双玻璃光伏组件是由两片钢化玻璃，中间用PVB胶片复合太阳能电池片组成复合层，电池片之间由导线串、并联汇集引线端的整体构件。钢化玻璃的厚度是按照国家建筑规范和幕墙规范，通过严格的力学计算得出的结果。而组件中间的PVB胶片有良好的粘结性、韧性和弹性，具有吸收冲击的作用，可防止冲击物穿透，即使玻璃破损，碎片也会牢牢粘附在PVB胶片上，不会脱落四散伤人，从而使产生的伤害可能减少到最低程度，提高建筑物的安全性能。

1.2.4安装方便

BIPV建筑是光伏组件与玻璃幕墙的紧密结合。幕墙在我国发展三十年以来，各种幕墙形式都具有了比较成熟的设计和安装技术。构件式幕墙施工手段灵活，主体结构适应能力强，工艺成熟，是目前采用最多的结构形式。单元式幕墙在工厂内加工制作，易实现工业化生产，降低人工费用，控制单元质量，从而缩短施工周期，为业主带来较大的经济效益。双层通风幕墙系统具有通风换气，隔热隔声，节能环保等优点，并能够改善了BIPV组件的散热情况，降低了电池片温度，减少了组件的效率损失，降低热量向室内的传递。BIPV建筑简单来说，就是用BIPV光伏组件取代普通钢化玻璃，其结构形式基本上同传统玻璃幕墙能够相通。这就使得BIPV光伏组件的安装具有深厚的技术基础和优势，完全能够达到安装方便的要求。

1.2.5寿命长

普通光伏组件封装用的胶一般为EVA。由于EVA的抗老化性能不强、使用寿命达不到50年，不能与建筑同寿命而且EVA发黄将会影响建筑的美观和系统的发电量。而PVB膜具有透明、耐热、耐寒、耐湿，机械强度高等特性，并已经成熟应用于建筑用夹层玻璃的制作。国内玻璃幕墙规范也明确提出“应用PVB”的规定。BIPV光伏组件采用PVB代替EVA制作能达到更长的使用寿命。

此外，在BIPV系统中，选用光伏专用电线(双层交联聚乙烯浸锡铜线)，选用偏大的电线直径，以及选用性能优异的连接器等设备，都能延长BIPV光伏系统的使用寿命。

1.2.6绿色环保

BIPV建筑物能为光伏系统提供足够的面积，不需要另占土地，还能省去光伏系统的支撑结构;太阳能硅电池是固态半导体器件，发电时无转动部件，无噪声，对环境不会造成污染;BIPV建筑可自发自用，减少了电力输送过程的费用和能耗，降低了输电和分电的投资和维修成本。而且日照强时恰好是用电高峰期，BIPV系统除可以保证自身建筑内用电外，在一定条件下还可能向电网供电，舒缓了高峰电力需求，具有极大的社会效益;还能杜绝由一般化石燃料发电所带来的严重空气污染，这对于环保要求更高的今天和未来极为重要。

BAPV是光伏发电与建筑物相结合的初级形式，也是全球光伏应用最为普遍的形式。在建筑屋顶上安装的分布式光伏电站，所生产电力主要自用，多余上传，夜间从电网购电。这是最适合光伏发电特点的应用，一直也为欧美政府所鼓励。2011年以来，伴随全球性金融危机，欧美各国陆续修改光伏政策，削减对大型集中式光伏电站的补贴，向小型分布式电站倾斜。在政策推动下，BAPV的分布式发电装机占比相当高，德国达到20%，日本和印度分别达到14%和18%，美国占7.8%，而中国目前不到0.5%。

光电建筑一体化（BIPV）是光伏发电与建筑物相结合的高级形式，技术上还处于探索之中。它是建筑和光伏的完美结合，需要建筑师、光伏系统工程师、房地产开发商的通力合作。目前BIPV技术最大的问题是：

光伏组件的成本太高，大大高于玻璃幕墙成本；由于光伏电池作为幕墙必须竖立安装而不是在屋顶上垂直于日光安装，在阳光斜射和散射下电池发电效率大大减弱，降低了投资回报。同一建筑不同方向上光伏电池幕墙的发电不一致时，需要自动控制设备进行功率跟踪、自动调节等技术问题。光电建筑一体化的相关建筑标准有待完善。开发能够兼顾发电、美观、易安装、易维护的光电建筑一体化产品。

2分布式BIPV在建筑中离网自用

2.1概述

现代化社会中，人们对舒适的建筑热环境的追求越来越高，导致建筑采暖和空调的能耗日益增长，对节能环保的呼声也日益提高。BIPV是一种可以将太阳能发电产品集成在平屋顶、斜屋顶、幕墙、天棚等大多数建筑上的技术，我们希望您在窗明几净的环境中办公、居住的同时，还可以通过我们的可靠技术充分享受到绿色建筑的魅力，展示您在低碳减排方面的作为，并为您带来太阳能发电的经济效益，为您的建筑提升社会价值，体现全新的绿色环保理念。

汉能总部BIPV项目一期工程于2014年10月27日投入使用。该项目融合了建筑幕墙、连廊、采光顶、柔性屋顶、车棚等BIPV一体化建筑方式，总装机3MW，一期装机600KW，可解决汉能总部20%的能源需求，二期完成后，将实现汉能总部100%的能源自给。项目年发电量300万度，不仅节约了1.46元/度的总部电费，也能获得0.42元/度的分布式补贴，具有良好的经济效益。该项目年减排二氧化碳2500吨，相当于种14万棵树，减少780辆汽车尾气的排放。项目中，B栋1-2层外立面采用双曲面结构，安装汉能定制双玻组件，板块呈立面45°角对角线布置，采用参数化设计拟合立面，造型灵动；B栋3层外立面采用汉能标准双玻组件，组件间沿折现安装，整体立面呈现波浪形；连廊立面和顶部采用汉能超大尺寸中空组件直接替代玻璃幕墙的单元板块，体现均匀透光及多种色彩效果；C栋立面采用汉能标准薄膜产品，通过单元挂板结构设计，组件垂直方向呈现一定倾角，简洁明快。

3光伏建筑一体化设计

3.1光伏建筑一体化设计太阳能

在建筑中的应用主要现在主要分为光热和发电，现在光热太阳能热水器的发展已经比较成熟，由于太阳能热水器占用空间比较小。在太阳能利用上还有很大的空间，太阳能电池的集成能够充分的利用这部分资源，而且如果在建筑设计中合理设计就能兼顾美观和环保。

案例中太阳能电池选择多晶硅组件，主要是现在晶硅电池的工艺最成熟、价格便宜，使用过程中衰减小，可以保证在20年内衰减低于20%，适合长期稳定使用，组件规格选择220W高功率多晶组件。现在使用方式主要有两种自发自用和分布式上网，自发自用对于家庭用户来说由于光照时间为白天而这段时间用户用电量很少，这样就需要把多余的电能储藏起来等到晚上再用。但是在这中间会产生比较的衰减，而且需要安装大量的储能装置。所以选择分布式上网的方式对于用户来说比较合理，而且现在国家对于光伏发电每度电有0.4元/度的补贴额度。逆变器的选择，分布式上网对逆变器的要求很高，必须要做到与电网匹配同时还要有最大限度地发灰太阳能电池性能的功能和系统保护功能。归纳起来应该具有自动运行和停机功能、最大功率跟踪控制功能、防单独运行功能、自动电压调整功能、直流检测功能、直流接地检测功能。根据这些我们选择SMASolarTechnologyAG公司的Sunnyboy系列并网逆变器，容量大小根据实际组件总功率选择为2.5KW。屋顶的设计，这一步是个人分布式发电的关键。现在很多的屋顶并不适合安装太阳能光伏组件，或直接安装并不能获得组件的最佳功率。现在阻碍分布式发展的一大难题就是现有的屋顶很多并不适合直接进行组件的安装，需要对屋顶进行加固改造，这也间接提高了安装成本。根据纬度和全年日照的不同各地的光伏组件方阵的最佳角度会不同，根据计算会得到各地的最佳光伏方阵倾角。本案例中保定的最佳光伏方阵倾角应该为39°，因此在设计屋顶时采用在屋顶上面建造阁楼式构造，角度选择为39°。这样的构造，美观、实用，不仅可以在有限的面积内铺设更多的太阳能电池组件，阁楼中可以布线、放置逆变器等.

光电建筑一体化应用的重点，则应当是阳光最好的屋顶应用。屋顶光电建筑一体化应用按照屋顶的属性，分为工商企业的屋顶光伏应用、政府与学校等公建屋顶光伏应用、民居屋顶光伏应用等三大类。从投资角度分析，屋顶光伏应用很重要的一个原则是鼓励“自发自用、余电上网”。因此，屋顶业主消纳屋顶光伏发电的质量影响着它的投资回报和安全性。

工商企业屋顶由于企业本身经营情况存在着好坏差异，只有高能耗、电价较高、持续性经营能力强的企业最适合实施屋顶发电项目。但由于“十一五”期间国内推广“金太阳”示范项目，已经消化了大量这类屋顶，空间已经不大，竞争日益激烈。

而公建和民居屋顶，由于电价水平较低，基本处于开发空白状态，从发展空间角度看，这是一片蓝海。而且，由于公建和民居的持续耗能稳定，如果一旦有合适的政策及相关边际条件界定，投资回报率则相对更为稳定。所以，从这个角度看，公建和民居屋顶应当可以成为光电建筑一体化应用的重中之重，包括光伏发电进家庭和社区、送光伏下乡进村等，空间巨大。

4结论

光伏分布式发电是一种新型的、具有广阔发展前景的发电和能源综合利用方式，它倡导就近发电，就近并网，就近转换，就近使用的原则，不仅能够有效提高同等规模光伏电站的发电量，同时还有效解决了电力在升压及长途运输中的损耗问题。然而分布式发电对如何最大化太阳能发电量、如何保证电网安全也提出了严格要求，这一过程光伏逆变器的功能性和稳定性也显得异常关键。

参考文献：

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[3]陈林.BIPV新技术在住宅建筑中的示范应用[J].科技与生活,2012(17)