光伏建筑一体化光伏系统设计探讨

光伏建筑一体化光伏系统设计探讨

李敬辉

沈阳筑丰科技有限公司，辽宁沈阳  110121

摘要：改革后，随着健康中国和双碳战略的推广，低碳建筑、绿色建筑日益受到关注。以光伏为主的可再生能源技术的发展现状出发，介绍了光伏建筑一体化（Buildingintegratedphotovoltaic，BIPV）技术在绿色建筑全生命周期中扮演的角色、具体应用、发展方向以及面临的问题与挑战。

关键词：光伏建筑一体化；绿色建筑

引言

随着社会经济飞速发展，传统化石能源消耗迅速，新能源的开发利用势在必行，建筑新能源利用技术也因此迅猛发展。发展光伏建筑不仅可以满足建筑本身用能，降低建筑能耗，而且可以有效减少化石燃料消耗量，减少温室气体排放，为实现“碳达峰、碳中和”作出贡献。

1光伏建筑一体化优点

其一，光伏建筑一体化产生的是绿色能源，其电力供应主要是依靠太阳能，供电过程中不会对生态环境产生污染。与此同时，太阳能属于清洁可再生能源，其应用不会产生生态副作用。其二，不占用土地空间，光伏阵列主要是安装在建筑屋顶或外墙之上，不仅不占用空间，还具有较好的吸光作用，在用电高峰季节可以起到调峰的作用。其三，节能环保，该技术可将太阳能转化储成电能，以此降低室外综合温度，且能够为室内空调减缓冷负荷的同时，还可适当降低建筑墙体热量，有节能减排的作用。其四，该技术无需配备蓄电池，其主要采用的是并网光伏系统，不易受蓄电池荷电状态的影响，且能够节省部分投资。其五，可原地发电、用电，一定范围内具有节约电站送电网投资的优势。如若是夏季日照阶段，诸多制冷设备的应用会出现用电高峰，此时正值光伏阵列发电高峰期，光伏建筑一体化既可以满足自身建筑的用电需求，又可以为供电网提供电力支持，以此减缓电网高峰供电压力。

2光伏建筑一体化光伏系统设计探讨

2.1组件气泡与电池串位移

一方面，如若组件预压完成后抽真空不充分，PVB内部会留有空气，此时技术人员需要调整层压工艺参数，适当延长抽真空的时间。如若是PVB胶片的储存问题，又或者是其厚度不均匀，都可能会影响充填，需要技术人员多加注意。另外，如若组件内部出现气泡回返问题，即生产合格组件经放置，其边缘出现气泡问题，此时技术人员需要在真空预压生产完成，待组件完全冷却，对组件进行高压釜固化处理，确保冷却时长充足，避免产生气泡问题。另一方面，如若组件是在高温情况下封装，PVB会因受热而产生流，进而引起电池串冲击力导致电池位移，此时技术人员需要在组件铺设的过程中，在电池串与串连接及电池片之间设置PVB条块，以防止PVB因受热流动而影响组件内部应力的平衡性。另外，如若层压机的压力较大，技术人员需要调整层压数的同时，改变组件层压方式，以此避免因层压机压力过大而导致电池串出现位移问题。

2.2光伏多样化与建材化

在光伏组件应用于建筑的美观度上，现有光伏组件颜色多偏黑色或蓝色，且后期需通过钢架将光伏加到建筑的屋顶与立面上，在视觉上对建筑的整体性和美观性造成一定破坏。基于建筑审美的考量，设计师较少将光伏及其系统纳入到设计中。为了实现光伏多样化和建材化，目前市面上较常见做法是使用有机颜料或者玻璃镀膜，然而这种物理着色方式会减少光伏对光的吸收，从而降低发电效率。现阶段我们从光学结构的角度，利用纳米材料，通过可选择性反射实现光伏电池外观色彩的变化，在尽可能减少对发电量影响的情况下追求美观与性能的平衡，实现了光伏色彩多样性与建材化。基于此技术的彩色化光伏可以根据建筑师的设计需求做出相应颜色变化，如接近于砖的红色、灰色等。与此同时做到光伏建材化，光伏墙体一体化，通过将保温材料嵌入光伏，实现装配式建材，后续无需添加支架，节约成本，并且增加一体性和美观度，可以大大促进光伏建筑一体化技术的发展与应用。

2.3光伏建筑一体化技术的地域适应性

在我国，不同地区光伏资源不同。根据纬度将我国划分为4个资源区。纬度越高，太阳高度角越低，建筑外立面所接收到的辐射量越大，因此北方地区立面太阳直射量更大。如哈尔滨立面阳光辐射量远大于深圳，北京则大于上海。发达的东部、京津冀地区等光伏利用率较高的地区，属于三类资源不丰富区域，西藏、新疆等光伏资源虽最好，但是用电量少，且存在储存与输运问题。因此需将用电场景结合就地使用，而建筑则是光伏就地消纳的最好载体。综上而言，目前光伏的应用存在地域差别，且立面的光伏应用技术还不够成熟，美观与一体化问题亟待解决。与此同时，光伏行业和建筑行业需要更多对话，将适用的标准和条件结合起来，从而推进光伏建筑一体化的发展。

2.4分布式并网光伏系统

区别于太阳能路灯、草坪灯、交通信号灯或者一些室外监控设备等附带的小型离网型光伏发电板，建筑屋面或立面上设置的光伏发电系统，虽然容量一般不会太大，大概是几十kW至几百kW不等，相对于建筑物正常运作来说，发出的电能基本可以内部完全自行消纳，这种类型的分布式光伏发电系统通常会与供电电网采用并网的方式，发电容量较小的可以完全自发自用，发电容量稍大的可采用自发自用+余电上网的形式，甚至是全额上网的方式。这些发电利用的方式其实都是为了使得光伏发电系统发出的电能能够得到完全的消纳使用。分布式并网光伏发电系统主要由光伏组件、直流汇流箱、并网逆变器、交流配电柜、升压变压器（视并网电压而定）、并网柜等组成。根据光伏发电系统的容量、组件设置部位、建筑物实际运行负荷等多方面因素，确定光伏并网的形式、并网点和并网电压等级。对于自发自用的形式，当光伏发电系统容量不大，且建筑物屋顶附近有适合的设备配电箱时，可选择就近0.4kV并网。并网点可选择屋面的电梯机房、空调室外机等配电箱，甚至是屋面层下一层的建筑物垂直供电干线处就近并网，可以缩短并网电缆敷设长度，降低系统投资造价。当光伏发电系统容量较大或距离建筑物变配电房较近时，也可以直接引接到建筑物低压配电柜的0.4kV母线段实现并网。相比较而言，并网点的选择应根据建筑物现场实际情况进行技术经济比较后确定。

2.5光伏在系统中发挥的作用

在微观建筑应用层面，光伏作为围护墙体，自身具有保温隔热性能。在夏天太阳资源丰富的时候，光伏可以反射一部分太阳辐射，剩下的部分吸收转换成电能，应用于建筑内部，实现电热一体化，可为建筑内循环提供能量，如空调、照明用电等，有效降低建筑能耗。此外在热泵等外部能量辅能下，可以实现社区内部低碳自循环系统。在城市系统层面，光伏可作为清洁能源与城市基础设施相结合，广泛应用于城市多个场景，如建筑、交通、农业、市政设施等，打造绿色、智慧城市。未来光伏的应用场景仍有较大潜力，需要继续进行相关的实验和示范研究。

结语

当前，光伏建筑一体化技术的应用存在光伏组件温度效应问题以及光伏组件输出匹配问题等，需要技术研究人员加强研究，注重以上问题的解决。

参考文献

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