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摘要：通过对光伏建筑一体化的各种应用形式及优势分析，综合探讨BIPV在建筑上应用的实用性。提出一些光伏组件（词条“光伏组件”由行业大百科提供）在建筑应用的技术思路，市场应用的平衡点以及对市场的预期。
关键词：光伏;建筑;一体化;优势
1.引言
随着石化能源的日益枯竭和人类生存环境的日益恶化，世界各国对清洁能源如太阳能、风能等可再生能源的支持力度越来越大。光伏建筑一体化建筑是光伏应用形式中最接近人类生活的一种，是绿色节能环保理念的完美体现。根据《中国建筑能耗研究报告(2020 )》2018年建筑行业全生命周期碳排放占全国总量的51.3 %，建筑领域的节能减碳是我国实现“碳达峰、碳中和”目标的关键。
根据《中国建筑能耗研究报告(2020)》2018年建筑行业全生命周期碳排放占全国碳排放总量的51.3%
2.光伏建筑一体化的定义
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。BIPV即Building Integrated Photovoltaic，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。光伏建筑一体化(BIPV )不同于光伏系统附着在建筑上(BIPV : Building Attached PV)的形式。几种系统的工程实例请见下图(图1)。
3.光伏建筑一体化的应用形式
随着建筑行业的迅速发展和建筑设计师（词条“建筑设计师”由行业大百科提供）们的奇思妙想，建筑外围护的形式越来越多样化。而作为建筑外围护结构的一种深化表现形式，光伏建筑一体化在建筑物上也出现了多种多样的应用形式，如图2所示。下面介绍几种BIPV在建筑中的运用形式，供大家参考。
· 采光顶:采光比较理想，发电效率较高;
· 幕墙立面:示范效果好，形式多样，美观;
· 遮阳板:既遮挡阳光，又发电补充能源;
· 护栏和地板:充分利用空间，安放简单方便;
3.1光伏玻璃幕墙
利用采光充足的玻璃幕墙层间区域及需要进行遮阳设计的立面区域，安装光伏幕墙，集建筑装饰、建筑遮阳与发电一体化。其结构原理玻璃幕墙完全相同，幕墙形式可做成全隐框、全明框、半隐框等多种形式。光伏玻璃幕墙系统可按照工程定制或对原幕墙系统进行结构改造;光电面板背面可衬以不同颜色，以适应不同的建筑风格。光伏幕墙集发电、隔音、隔热、装饰等功能于一体，把光电技术与幕墙技术相结合，代表着幕墙技术发展的新方向。其通过太阳能光电池和半导体材料对自然光进行采集、转化、蓄积、变压，最后联入建筑供电网络，为建筑提供可靠的电力支持。
3.2光伏玻璃采光顶
玻璃采光顶是建筑的组成部分，随着建筑物跨度越来越大，通过建筑幕墙、门窗已不能满足建筑物室内采光的需要，需要在大跨度屋面设置玻璃采光顶进行室内采光。光伏玻璃组件与采光顶结合进行创新设计，可以让绿建设计融入建设全过程。结构上采用横隐竖明半隐框设计，对于有防火要求的需满足建筑屋面防火要求。对于无防火要求的光伏采光顶，可采用点支式玻璃采光顶及铝合金（词条“铝合金”由行业大百科提供）框架式玻璃采光顶。
3.3光伏护栏
护栏是建筑物防护安全设施的重要防护构件，在朝向和阳光良好位置，选用
光伏玻璃替代常用玻璃、金属等，不仅可以满足安全防护需求，也可以利用太阳
能发电，一举两得;光伏玻璃与栏杆结合进行创新设计，结构安全可靠，完美隐
藏线及接线盒更美观，施工简单便捷。
3.4光伏遮阳棚
光伏遮阳棚是未来最具发展潜力的建筑光伏应用形式之一，具有以下有点：
a)在合理安装角度下，有利于光伏组件最大限度的接受太阳辐射（词条“太阳辐射”由行业大百科提供），提高光
电转化效率;
b)可以阻挡阳光进入室内，利于控制和调节室内温度，降低建筑物空调负
荷，起到节能减排的作用;
c)光伏组件作为一种新型的建筑遮阳构件，可以节约遮阳材料，丰富建筑
4.光伏建筑一体化的优势
4.1能够满足建筑美学的要求
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。
4.2能够满足建筑物的采光要求
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。
4.3能够满足建筑的安全性能要求
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。
《玻璃幕墙工程技术规范JGJ 102-2003》第3.4.6项明文规定，玻璃幕墙采用夹层玻璃璃时，应采用干法（词条“干法”由行业大百科提供）加工合成，其夹片宜采用聚乙烯醇缩丁醛(PVB胶片。而在作者参编的《民用建筑（词条“民用建筑”由行业大百科提供）太阳能光伏系统（词条“太阳能光伏系统”由行业大百科提供）应用技术规范》也将“夹层（词条“夹层”由行业大百科提供）玻璃应采用PVB胶片”作为一项强制性的条文加入到规范中，以加强建筑物的安全性。
4.4能够满足安装方便的要求
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（词条“构件式幕墙”由行业大百科提供）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（词条“双层通风幕墙”由行业大百科提供）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。
4.5能够具有寿命长的优势
普通光伏组件封装用的胶一般为EVA。由于EVA的抗老化（词条“老化”由行业大百科提供）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。目前，国外的Schott和Schuco公司，以及国内的一些光伏玻璃企业已经掌握了较成熟的PVB封装技术的光伏组件。
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。
4.6具有绿色环保的效果
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。
5. 结语
太阳能作为一种洁净的可再生能源，有着矿物能源不可比拟的优越性。中国的太阳能资源十分丰富，为各种太阳能利用系统提供了巨大的市常由此，建筑界提出 “21世纪建筑”的一个概念即由建筑物自己产生能源，太阳能光伏建筑物一体化(BIPV)便成为21世纪建筑及光伏技术（词条“光伏技术”由行业大百科提供）市场的热点。
随着国家2021年气候变化绿皮书的发布，碳达峰碳中和是一场广泛而深刻的经济社会系统性变革，如何实现环境保护的可持续发展成为全球最强的呼声。中国作为发展中国家，能源消耗逐年以惊人的速度增长，而建筑 作为能耗大户(发达国家的建筑能耗一般占到全国总能耗的1/3以上)，其 节能 效益则变得尤其重要。
2021年10月国务院印发关于《2030年前碳达峰行动方案》的通知，里面明确到2025年，新建公共机构建筑、新建厂房屋顶光伏覆盖率力争达到50%，各地方政府也积极响应并发文，在绿色能源的热潮下，许多企业正在积极建设城市并网发电示范工程。建筑作为光伏发电的载体，未来将给千家万户带来清洁能源的便利，也会给整个建筑行业带来新的机遇。
参与文献
[1] IEC61215《地面用晶体硅光伏组件-设计鉴定和定型》
[2] IEC-61646《地面用薄膜光伏组件-设计鉴定和定型》
[3] IEC61730《光伏组件安全鉴定》
[4] GB/T51368《建筑光伏系统应用技术标准》
[5] GB29551《建筑用太阳能光伏（词条“太阳能光伏”由行业大百科提供）夹层玻璃》
[6] GB/T29759《建筑用太阳能光伏中空玻璃》
[7] GB/T 19939-2005《光伏系统并网技术要求》
[8] GB/T 21086-2007《建筑幕墙》
[9] GB/T 8478-2020《铝合金门窗》
作者单位：苏州金刚防火钢型材系统有限公司
