太阳能光伏建筑一体化技术综述

摘要：太阳能光伏建筑一体化技术已越来越多地应用于新型节能建筑领域。该技术的应用不仅可有效地为建筑物提供部分电能，同时相对于传统火力发电具有无污染、无燃料等明显优势。论文在对现有的太阳能光伏建筑一体化技术应用成果进行分析、总结和系统化的基础上，分别从太阳能光伏建筑一体化系统组成、设计、经济效益等多个方面进行了归纳，并针对国内现状提出见解，为太阳能光伏建筑一体化技术的应用提供参考。

Review of Building Attached Photovoltaic technology

Chen yaaiWang liang

( North China University of Technology,Mechanical Engineering)

Abstract: BAPV(Building Attached Photovoltaic) technology has been more and more applied in the field of new energy-saving building. BAPV technology not only can effectively provide part of the electric power building, at the same time compared with traditional coal-fired power has no pollution, no obvious advantages such as feed of fuel. The thesis is on the existing solar building integrated technology application results analysis, summary and systematic basis, respectively from the system composition, design, economic benefits, and other aspects were summarized, and the domestic situation, put forward some opinions for solar photovoltaic building integrated technology the application to provide reference.

关键词： 太阳能;光伏建筑；一体化;节能；

中图分类号：TK511文献标识码： A 文章编号：

1.前言

太阳能作为一种新的能源，越来越多地应用于发电、热水系统等领域中。而光伏发电作为太阳能一种主要的应用形式，其拥有可靠、无噪声、无污染、无需消耗燃料、可方便地与建筑物相结合等优点，使光伏建筑一体化技术越来越多地应用在智能化建筑物中，为建筑物提供清洁、可再生的能源。

1986年，世界能源组织提出“太阳能光伏建筑一体化”的概念。中国翻译过来被称为“BIPV”(Building Integrated Photovoltaic)，其通常的意义为集成到建筑物上的太阳能光伏发电系统。

目前在中国，对“BIPV”具有广义和狭义两种理解。广义的理解，安装在所有建筑物上的太阳能光伏发电系统均称为“BIPV”。 狭义的理解，与建筑物同时设计、同时施工、同时安装并与建筑物完美结合的太阳能光伏发电系统才能称之为“BIPV”。由于二者容易混淆，在建筑系统中，我国将广义的方式称为“BAPV”(Building Attached Photovoltaic),而将狭义的方式称为“BIPV”加以区分[1][2][16]。

2.太阳能光伏建筑一体化技术发展现状

在我国内，“安装型”太阳能光伏建筑一体化系统又被称为BAPV（Building Attached Photovoltaic），具有造价低、效率高的特点，其主要形式是在建筑物屋顶安装太阳能电池板[1][4][5][7][8][9][10]。该系统在国内主要应用于大型厂房等屋顶面积较大的光伏建筑一体化系统中，如：京东方8代线产房、珠海东澳文化中心等。

“构件型”和“建材型”太阳能光伏建筑一体化系统在国内又被称为BIPV(Building Integrated Photovoltaic)，即狭义上的BIPV。“构件型”和“建材型”太阳能光伏系统造价较高、效率一般，但与建筑结合较好，比较美观；“构件型”系统其主要形式是光伏组件构成的雨棚构件、栏板构件等；“建材型”系统其主要形式为光伏瓦、光伏砖等[1][4][7][8][9][10][12]。该系统通常应用于办公楼等综合建筑体，如：首都博物馆新馆、国家体育馆等。

本文从广义的太阳能光伏建筑一体化技术出发，着重对现有的应用成果进行综述。

3.太阳能光伏建筑一体化系统的组成

光伏建筑一体化系统主要由光伏阵列、光伏接线箱、蓄电池、光伏逆变器等设备组成。

根据文献[3]中规定，光伏系统主要有两种类型，即并网光伏系统和独立光伏系统,其组成形式如图1及图2所示。

由于独立光伏系统造价较高，蓄电池占用空

间较大，且结合我国电网的实际情况，城市中光伏建筑一体化系统基本选用的是并网光伏系统中的无逆流无存储装置的系统。在我国偏远山区，由于电网不发达或不稳定，一般采用独立光伏系统中的无逆流有存储装置的系统。

3.1光伏阵列

光伏阵列中的光伏电池将光子能量转换成电能，通过控制器和逆变器向建筑物内的电网输送电能。

光伏电池作为光伏阵列的基本组成部分，现

阶段在建筑物上应用的产品主要有硅太阳电池和化合物电池两种。

硅太阳电池主要分为单晶硅太阳能电池、多晶硅太阳电池、非晶硅太阳电池几种。

化合物电池主要由碲化镉太阳电池和铜铟镓硒薄膜太阳电池组成。表1列出了各种太阳电池性能。

表1 光伏电池性能对比

由表1可以看出，现阶段硅太阳电池的应用明显要好于化合物电池。单晶硅和多晶硅太阳能电池由于光电转换率较高且价格适中，在我国的光伏建筑一体化系统中得到广大应用。

3.2光伏接线箱

光伏接线箱是指保证光伏组件有序连接和汇流功能的接线装置。该装置能够保障光伏系统在维修、检查时易于分离电路，当光伏系统发生故障时减少停电范围。

3.3.蓄电池

蓄电池是独立型太阳能发电系统和防灾型系统不可缺少的储能部件。其主要功能是当日照量减少或夜间不发电时补充负荷要求的功率。当太阳能发电功率下降时，蓄电池可以起缓冲作用，保证电压稳定。

文献[2]总结了在光伏建筑中，目前应用最多的密封型铅酸蓄电池的种类和特征，如表2所示。

3.4.充、放电控制器

充、放电控制器是独立系统中基本的控制电路，其作用是控制整个系统的工作状态，并对蓄电池过充电和过放电保护，其原理图如图3所示[5]。

由图3可见，当蓄电池完成充电时，控制器控制K1断开，禁止电流继续流入蓄电池内。当蓄电池的剩余电量不足时，控制器控制K2断开，停止向负载输出电流。