2022 年 4 月 第 16 卷 第 2 期 智能建筑电气技术 Electrical Technology of Intelligent Buildings 163 浅谈建筑光伏一体化工程应用 王 琼， 王国光 （ 中国建筑西北设计研究院有限公司 ，西安 710018） ［摘要］ 光伏发电是实现碳中和的重要手段之一 。本文通过分析光伏组件的性能和特点 ，提出建 筑光伏一体化（ BIPV） 在建筑工程中应用的优势及设计方法，将光伏组件与建筑外墙组件有机结 合，使之与建筑融为一体，不仅减少占地面积，提高绿色能源利用率，同时使用 BIPV 调色技术使光 伏技术与建筑外观更和谐一致。BIPV 技术在建筑工程中的应用，为进一步降低建筑碳排放提供了 有效可行的方案。 ［关键词］ BIPV； 光伏发电； 光伏组件 中图分类号： UT24 文献标识码： A 文章编号： 1729-1275（ 2022） 02-0163-06 DOI:10.13857/j.cnki.cn11-5589/tu.2022.02.026 Talking about the Integrated Design of Building Photovoltaics Wang Qiong，Wang Guoguang （ China Northwest Architectural Design and Ｒesearch Institute Co．，Ltd．，Xi’an 710018，China） Abstract： Photovoltaic power generation is one of the important means to achieve carbon neutrality． By analyzing the performance and characteristics of photovoltaic modules，this paper proposes the advantages and design methods of Building Integrated Photovoltaic （ BIPV） in construction engineering，organically combines photovoltaic modules and building exterior wall components ，and integrate them into the building，which not only reduces the floor space and improves the utilization rate of green energy，but also uses BIPV color matching technology to make the photovoltaic technology and the building appearance more harmonious． The application of BIPV technology in construction projects provides an effective and feasible solution for further reducing the carbon emissions of buildings． Keywords： BIPV； photovoltaic power generation； photovoltaic modules 引言 2020 年 9 月，习近平主席在第七十五届联合国 随着新能源的不断发展和城市节能减排、绿色 环保需求的日益增加，太阳能光伏建筑一体化越来 大会一般性辩论上表示，中国将提高国家自主贡献 力度，采取更加有力的政策和措施，二氧化碳排放 越成为太阳能应用发电的新潮流，开启了实现碳中 和的新征程。 力争于 2030 年前达到峰值，努力争取 2060 年前实 现碳中和。 1 碳中和是指二氧化碳的排放量与吸收量正负 相抵，以达到相对“零排放 ”状态。 碳中和的涵义系 一种新概念、新方法，依据建设地点的地理、气候条 件、建筑功能、周围环境等因素进行规划设计，确定 国家、企业、产品、活动或个人在一定时间内直接或 间接产生的二氧化碳或温室气体排放总量 ，通过植 建筑布局、朝向、间距、群体组合和空间环境，是将 0 树造林、节能减排等形式，以抵消自身产生的二氧 化碳或温室气体排放总量，实现正负相抵，达到相 对“零排放”。 关于光伏建筑一体化（ BIPV） 光伏建筑一体化（ BIPV） ，是应用太阳能发电的 太阳能光伏发电方阵安装在建筑的围护结构外表 面来提供电力，将太阳能发电 （ 光伏 ） 产品集成到建 筑上的技术。 根据光伏方阵与建筑结合的方式不同可分为 我国建筑能耗占社会总能耗超过 20%，建筑领 域的节能减排是实现碳达峰与碳减排目标的重要 方面。 作者简介： 王琼，本科，第二机电设计研究院电气总工程师，教授级高 级工程师，国家注册电气工程师，Email： 383336756@ qq．com。 智能建筑电气技术 164 2022 年 两大类： 第一类是光伏方阵与建筑的结合 （ BAPV） ， 这种方式是将光伏方阵安装在已有建筑的屋顶 、墙 面等结构上，不影响原有建筑物的功能。 第二类是 光伏方阵与建筑的集成（ BIPV） ，这种方式是光伏组 件以一种建筑材料的形式出现，光伏方阵成为建筑 不可分割的一部分，如光电瓦屋顶、光电幕墙、光电 采光顶、建筑阳台光伏栏板、公共设施停车屋顶等。 二者同时设计和施工，光伏发电组件成为建筑材料 的一部分，同时具备发电和建材的双重功能，形成 光伏与建筑的统一体。 光伏方阵与建筑的集成 （ BIPV） 是光伏建筑一 种新型形 式 ，它 对 光 伏 组 件 的 要 求 较 高 。 光 伏 组 件在满足光 伏 发 电 功 能 要 求 的 同 时 ，还 要 兼 顾 建 筑的基本功 能 要 求 ，不 影 响 光 伏 组 件 安 装 部 位 的 建筑功能 ，并与建筑协调一致 ，保持建筑统一和谐 的外观 。 2 光伏建筑一体化（ BIVP） 的设计 2. 1 光伏建筑一体化设计要点 2. 1. 1 光伏组件形式 进行光伏建筑一体化设计时，首先应考虑建筑 外观色彩，使之与建筑整体有机结合，与建筑周围 环境协调一致，使之总体和谐、美观。 如果光伏幕 墙 BIPV 组件与普通玻璃外观色彩不协调，将影响 整体立面外观效果。 光伏建筑一体化能够很方便 地通过前板玻璃调色技术，与建筑玻璃深度融合， 实现幕墙 BIPV 组件与玻璃色彩一致性，达到外观 上协调统一，但会使发电量有一定损失。 应用现场 图见图 1 所示。 图2 幕墙 BIPV 组件分类 定折损，如表 1 所示为 1 200 × 600 尺寸的三玻（ 相对 于双玻组件，增加了前板玻璃 ） ，BIPV 组件电性能 参数见表 1。 三玻 BIPV 组件电性能参数 表1 色彩 类型 P mpp / V mpp / I mpp / V oc / I sc / W V A V A 功率折 损 /% 冰丝蓝 85. 9 84. 4 1. 03 115. 2 1. 07 15. 3 深蓝色 89. 2 91. 3 0. 98 118. 5 1. 13 12. 2 咖啡色 83 90. 2 0. 92 117. 3 1. 06 18. 3 灰色 85. 7 92. 3 0. 93 117. 2 1. 08 15. 5 白色彩釉 75. 2 95. 7 0. 78 115. 4 0. 92 26. 1 其次，进行光伏建筑一体化设计时，不仅要考 虑幕墙透光率，还应考虑光电转化效率，一般采光 顶选择 10% ～ 20% 透光可满足需求，立面幕墙透光 50% 透光即可。 较高的区域选择 40%、 2. 1. 2 布线形式 最后，在进行光伏建筑一体化设计时，应注意 布线形式。幕墙有多种形式，不同形式的光伏幕墙 在布线时，接线盒的位置、接线部位、布线形式会不 一致，为了避免随意性，可进行布线的适应性选择， 光伏幕墙布线适应性选择可见表 2。 接线盒常见形 式如图 3 所示。 光伏幕墙布线适应性选择表 图1 BIPV 现场应用图 幕墙 BIPV 组件分类图如图 2 所示，对隔热性 能要求不高的窗间墙与采光顶区域采用基础款 ，对 隔热性能要求高的使用中空款。 可根据建筑专业的需要，增设彩色前板。 在应 用于采光顶时，可采用彩色 PVB 胶片 BIPV 方案，不 仅可以降低产品成本，还不会降低 BIPV 的光电转 换效率。使用彩色前板玻璃会对产品功率造成一 明框 幕墙 半隐框 幕墙 隐框 幕墙 半隐框 幕墙 ● ● 接线盒 位置 背面 ● ● 侧面 ● ● 接线 部位 室内 ● ● ● 室外 ● 布线 形式 支承腔体 ● ● ● 表2 透明 幕墙 ● ● ● 非透明 幕墙 ● ● ● 金属线槽 ● ● ● ● 2. 2 光伏电池组件的选择 2. 2. 1 光伏电池组件的类型 光伏电池组件的类型，目前市场上比较多见的 为薄膜 太 阳 能 电 池 碲 化 镉 （ CdTe） 及 单 晶 硅 （ Cz- 第 16 卷 第 2 期 王 琼，等． 浅谈建筑光伏一体化工程应用 165 CdTe 由于温度系数低、弱光效应好、抗遮挡能力强 等优点，在同等装机容量下，CdTe 产品发电量较晶 体硅产品高。 （ 4） 从性价比考虑，晶硅的造价比薄膜要低，薄 膜的造价高一点，收回成本的期限也要再长一点。 在设计 BIPV 建筑时特别要考虑电池板本身的 电压、电流是否方便光伏系统设备选型。 建筑物的 图3 接线盒常见形式 外立面有可能是由一些大小、形式不一的几何图形 组成，这会造成组件间的电压、电流不同，因此应与 Si） 、多晶硅 （ mc-Si） 太阳能电池。 碲化镉薄膜太阳 建筑专业密切配合，对建筑立面进行分区及调整分 格，使 BIPV 组件接近标准组件电学性能，同时也可 能电池是薄膜太阳电池中发展较快的一种光伏器 件。碲化镉太阳能电池转换效率达到了 16%。 碲 以采用不同尺寸的电池片来满足分格的要求 ，选择 最为匹配的产品，以最大限度地满足建筑物外立面 化镉薄 膜 太 阳 能 电 池 导 电 膜 采 用 透 光 性 很 好 的 效果。 S n O 2 ： F，n 型 CdS 窗口层，几乎所有可见光都可以透 2. 3 BIP