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索比光伏網訊:進入21世紀的十多年間，能源短缺和環境惡化日益突出。開發可再生能源代替傳統能源是解決以上問題的唯一途徑。太陽能由于其儲量巨大、使用清潔、分布廣泛等優點，近年來成為了最受矚目的可再生能源。世界各主要國家都將光伏產業作為研究的重點之一，并相繼推出各自計劃。如美國加州全面推動百萬屋頂計劃，歐盟可再生能源白皮書計劃，德國的太陽能上網補貼計劃等。

在我國，得益于國家政策的扶持，太陽能光伏產業的產業應用也得到快速發展。分別由國家發改委能源局和國家住房和城鄉建設部牽頭開展的金太陽示范工程和太陽能光電建筑應用項目，以及2012年底推出的分布式發電計劃，還有新能源發展配額目標已寫入“十二五”規劃。

我國未來必將重點發展BIPV

目前，我國的太陽能產業規模已位居世界第一。應當看到，對于經濟活躍地區的東部沿海經濟帶，城市化后能源短缺，建筑積聚，土地少，不利于發展大型地面光伏電站，但卻十分適合發展BIPV。雖然單個BIPV項目雖然規模小，但是滴水匯海，和對電力短缺的就地補充，而且解決了長距離傳輸對光伏電站損耗的困擾。

國內光伏應用經過多年發展后，不管是產業發展導向，還是實際政策效應，由今年開始已逐步從大型地面電站應用向分布式發電模式過渡，基于建筑的分布式發電進入黃金十年發展周期。

BIPV發電模式，將以其“低空間成本、低輸變電成本、低綜合安裝成本”的優點和以下特點，成為我國太陽能應用的重點發展方向。

建材型光伏產品經過多年產業進步，目前已經成熟并能夠滿足當前市場需求。

在價格方面，建材型光伏產品（如光伏幕墻用薄膜組件、光伏瓦），與其它同類高檔材料相比已經具備明顯的可比較性和可行性，而在尺寸、色彩、強度、電力安全、建筑美學等方面亦能夠符合建筑應用的特殊要求，產品的透光度、色彩、結構均可按照建筑要求進行定制化生產。

工業廠房的附加型（BAPV）應用，由于同建筑結合度不高，將逐漸淘汰。

大量工業廠房屋頂都采用彩鋼結構而非混凝土結構，這使得屋頂的承重和使用年限方面都風險很大。眾所周知，彩鋼結構的屋頂使用壽命至多只有15年（從光伏項目建設開始已不足15年），而光伏發電簽訂的協議卻是25年，兩者完全不匹配。

而民居屋頂為混凝土結構，可有效避免此問題。工業企業屋頂光伏應用原則是高能耗、自發自用余電上網。進入“十二五”以后，沿海發達地區產業結構轉型決定了這類企業將越來越少，高能耗工業企業也不是國家鼓勵發展的方向，加之由于工業屋頂對于業主穩定性、承重要求等多方面限制，工業屋頂資源緊缺的問題已經突現，這也造成今后在工業企業屋頂上大規模推廣應用光伏空間日益減少。

民居屋頂應用可以有效避免工業屋頂應用中的多項關鍵制約因素，從項目可行性和業務模式等多方面分析均更可行。企業與屋頂業主簽訂的購電協議需長達25年，而民居的產權清晰并且穩定，不存在光伏廠房應用項目在此方面的業主運營、變化、重建等不確定風險，因此其業務模式風險小，電費收入穩定，是積極探索與推動我國光伏應用示范的良好項目類型。

商用建筑以其發電效率高、裝機容量大、使用損耗小、留存時間長、示范效應好等優點，將是各省市的重點示范方向。

由于不同朝向對發電量影響較大，所以屋頂項目是BIPV效率最高的位置，而商用建筑就是以大屋頂而著稱，而且多為閑置屋面。比如義烏小商品市場等商用建筑屋面面積超過萬余方，裝機容量超過１ＭＷｐ，是BIPV項目中的巨無霸。

另外，大大型商業一般都靠電源照明，而且營業時間多為白天且無間歇，可以不用蓄電設備，減少投資，而且無需長距離傳輸，就地使用損耗小。

再者，商業建筑一般為永久性建筑，設計使用年限一般為50年，開發時間短，實際電站的存續時間可以等同或超過光伏電站的設備使用年限，而且人流集中，更適合新產品和新技術的推廣。

政府也會采取一定的強制和鼓勵措施大力推進商用建筑的示范工作，對開發商的強制措施包括大型商業建筑需要達到建筑綠色認證設計和運營二星或三星要求，對開發商的獎勵措施包括在獲得國家綠建補貼的同時，地方政府也可配套獎勵基金，并且在土地出讓、項目審批、稅收上給予一定的獎勵舉措。對職能部門可以制定發展目標，鼓勵職能部門積極協調開發商與電站投資運營商之間的聯系，促進商用BIPV的發展。

BIPV設計中的注意點

電池組件形式及規格需要多樣化。

組件形式包括傳統的單晶硅電池、多晶硅電池、微晶薄膜電池、非晶薄膜電池和軟膜電池，還有太陽能光伏瓦等衍生產品。晶硅電池組件可以根據建筑形式排版多種規格尺寸，還可以根據建筑采光及美學要求制作不同透光板塊。薄膜電池組件現在也有許多廠家可以進行不同尺寸調整，還有廠家可以經行半成品的任意尺寸切割，這些都是為了適應建筑設計的要求。而且還發展出了直接做成傳統建材樣式的光伏瓦、軟膜電池等。

這么多種類的電池，在設計中如何選擇至關重要。

首先，是滿足建筑要求，在地面光伏電站中使用的光伏組件，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的沖擊的要求即可。而BIPV光伏組件不僅需要滿足光伏組件本身的性能要求，同時要滿足幕墻的四性實驗要求（抗風壓性能、平面內變形性能、氣密性能和水密性能）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。

其次，選擇晶硅電池時，如果部分位置有遮擋，就要考慮晶硅組件的熱斑問題，這時的旁路二極管沒有起作用，雖然陰影的程度沒有達到二極管的反向導通電壓，這時產生的熱斑效應雖然不足以對組件造成破壞，但長期處于這種狀態的電池組件會遭到明顯的損壞，所以在立面太陽光入射角不佳和有陰影的位置盡量考慮薄膜電池組件。晶硅電池組件與薄膜電池組件電壓差距較大，而且不同廠家生產的組件電壓也不相同，需要根據實際情況配置電氣部分。

接線盒需要小型化和多樣化

接線盒作為電池與其他設備連接的必要設備，再與幕墻結合時，建筑對它的要求就是隱身，所以接線盒的設計就逐漸小型化，并且隱藏在板塊縫隙或外裝飾條內側。

傳統接線盒幕

墻用小型接線盒

電纜短接頭小、板塊組合需多組化

光伏發電效率的提高即使是0.1個百分點也是科研人員花費大量精力、時間和金錢才能得到，但是線纜傳輸過程中的損耗卻有近1個百分點，所以如何減少線纜及其他設備的損耗是BIPV設計中注意的要點。

幕墻上應用一定要考慮室內外的美觀，所以線路必須做到室內外均不外露。另外板塊通過串并聯的結合增加電池板的分組，減少個別板塊損壞對整個系統的效率的影響。

微型電纜連接頭

控制器和逆變器需結合，逆變器需要小型化，模塊化。

現在控制器和逆變器很多都是結合在一起設計的，這樣便于經行設備檢修，減少當機率。另外由于個別板塊損壞會導致整串功率受到影響，損失較多裝機容量，有時還會應為日照條件變化導致過多逆變器負荷參與工作導致效率下降等因素，制約了大型逆變器的效率的提高，所以現在需要考慮逆變器的模塊化設計，現在已有廠家采用智能化休眠技術，使逆變器的最高效率提高到98.6%，歐洲效率提高到97.6%，而且采用低電壓50~500kW容量自由組合，并且支持熱插拔，可以在不停機的情況下安裝維護，另外完善的網絡通信功能易于監控整個系統的運行情況，是今后ＢＩＰＶ的一個較優方向。

另外，微型逆變器為每塊組件單獨工作，更利于提高整個系統的效率，特別是板塊種類較多和使用位置較復雜時是較優選擇，但目前這種方案造價較高，需要綜合考慮。

減少蓄電池的使用。光伏組件本身只有發電作用，是不具備儲電作用的。并網是組件發的電直接并到國家電網里，不需要儲能的，通過防逆流裝置可以做到安全無縫使用。離網是單獨使用的，在光線不強或是夜晚沒有陽光的情況下，還需要電能的話，就要靠蓄電池部分提供電能。白天光伏組件發的電為蓄電池充電，可供夜間使用，這樣就要投入較高成本來配置蓄能設備。

目前光伏用蓄電池，主流是免維護鉛酸蓄電池，優點價格便宜、成本低，維護簡便，缺點是容量較低，壽命短。還有一種是鋰電池，優點是維護簡便、容量高，缺點是由于剛被使用在光伏行業，因此成本很高，暫時還替代不了鉛酸蓄電池。還有一種儲能裝置，就是超級電容，優點是容量可以做到很高，但缺點是仍處于研發階段，不成熟。所以離網系統由于蓄能環節的高投入和高維護不是今后的發展方向，所以我們設計時盡量減少蓄電池的使用。

型材便于檢修和線纜隱蔽

BIPV光伏組件的安裝要比普通組件的安裝難度大很多。一般BIPV組件安裝高度較高、安裝空間較小。考慮到安裝方便，可以將光伏組件和結構做成單元式結構，方便安裝并提高幕墻的安裝精度。比如可以采用單元式光電幕墻代替明框幕墻和隱框幕墻。筆者還針對隱框和明框幕墻開發了采用了外側通渠式隱線系統，解決了光伏電池組件布線的難題。室內側設計了內開式隱線系統，解決了光伏系統線路檢測和檢修的難題，使BIPV在應用中光伏組件的連接線全部隱藏在幕墻結構中。我們今后的設計中需要進一步提高這方面的要求。

便于檢修并隱藏系統的立面BIPV幕墻系統

BIPV今后的研究方向

繼續提高組件效率，提高產品的弱光性能。

BIPV系統常用的晶體硅電池轉換效率（多晶硅13～16.5%；單晶硅16～18.5%）還需要進一步提高。BIPV系統用的薄膜電池（銅銦硒和銅銦鎵硒11～13%；碲化鎘8～11%；砷化鎵和聚合物10～14%）由于弱光性能優良，相對效率較好。幕墻上的應用需要電池組件具有良好溫度系數和弱光性，對紅外和紫外線具有良好的吸收和轉化作用，光伏板塊在幕墻立面上使用，節省了幕墻傳統面板的使用，而且反射率低，沒有光污染，具有良好地經濟和社會效益。今后研發主要控制的經濟指標為光伏建筑一體化的價格2015年降至14元/瓦（現綜合測算成本約為16元/瓦）6。系統發電效率達到80%以上。

繼續提高與建筑的結合程度

建筑幕墻是技術、藝術和功能的綜合體，所以在材料色彩和規格上建筑師都有較高的要求，所以我們需要進一步提高光伏與建筑的結合度，開發出更多建材型組件，提供美觀實用的光伏產品，進一步提高建筑的品味。

應用直流化、集成化

目前光伏電池發電都是直流電，所以應用中盡量考慮實用直流負載，減少成本與損耗。另外光伏與保溫材料一體化集成、光伏與電致變色一體化集成、光伏光熱一體化集成、PV-LED一體化集成也是以后的應用方向。

電池組件規格和色彩多樣化，并提高工業化和模塊化生產水平：傳統晶硅電池雖然穩定性好，但價格昂貴，且電池本身不透明，采光需要靠調整電池的間距實現，所以可以經過深入的研發提高工業化率降低造價，也可研發新型封裝方法及材料豐富晶硅組件顏色。（作者單位：浙江中南建設集團有限公司）

原標題:淺談BIPV應用方向與設計要求