光伏建筑一体化在建筑幕墙设计上的应用

【摘要】光伏建筑一体化是光电技术和建筑工程的有机结合，如何能因地制宜的利用新材料，取得合理的经济效益和社会效益，是我们不断研究的课题。本文讨论了光伏建筑一体化在建筑幕墙设计中需要注意的几个问题，以供参考。

【关键词】光伏建筑一体化建筑幕墙设计应用

中图分类号：TU2 文献标识码：A文章编号：

前言

光伏建筑一体化（BIPV）技术是将太阳能发电（光伏）产品集成到建筑上的技术, 即Building Integrated PV，PV即Photovoltaic。

光伏建筑一体化（BIPV）主要的安装形式有以下几种：

立面 平屋顶 坡屋顶遮阳

一般原则

光伏组件类型、安装位置、安装方式和色泽的选择应结合建筑功能、建筑外观以及周围环境条件进行，并应使之成为建筑的有机组成部分。安装在建筑各部位的光伏组件。包括直接构成建筑围护结构的光伏构件，应具有带电警告标识及相应的电气安全防护措施。并应满足该部位的建筑围护、建筑节能、结构安全和电气安全要求。建筑设计应根据光伏组件的类型、安装位置和安装方式，为光伏组件的安装、使用、维护和保养等提供必要的承载条件和空间。

规划设计

规划设计应根据建设地点的地理位置、气候特征及太阳能资源条件，确定建筑的布局、朝向、间距、群体组合和空间环境。在规划设计时，不可避免地都会涉及到太阳高度角、方位角、日照时间等计算问题。位于各立面的墙面，吸收太阳辐射的效率并不高，效果最好的是屋面和南向的斜屋面，如果位于这两个部位，不但可以达到很好的建筑效果，同时又有最好吸收太阳辐射的效率。

下面以广州地区为例，收集各月份的气候数据，分别计算10°、20°、30°、40°四种方位角时的太阳辐射量（如表1），同时为了满足建筑美学的要求，采光顶的角度不易做得太夸张。因此结论如下：

10°角度太平缓，太阳辐射量比较低；20°~30°角度比较适合，太阳辐射量比较高；40°时的太阳辐射量最高，但是满足建筑物要求的情况并不多。

表1：采光顶不同方位角时的太阳辐射量

建筑设计

BIPV建筑首先是一个建筑，它是建筑师的艺术品，就相当于音乐家的音乐，画家的一幅名画，而对于建筑物来说光线就是他的灵魂，因此建筑物对光影要求甚高。如果BIPV组件安装在大楼的观光处，这个位置需要光线通透，这时就要采用光面超白钢化玻璃制作双面玻璃组件，用来满足建筑物的功能。同时为了节约成本，电池板背面的玻璃可以采用普通光面钢化玻璃。

一个建筑物的成功与否，关键一点就是建筑物的外观效果，有时候细微的不协调都是不能容忍。但普通光伏组件的接线盒一般粘在电池板背面，接线盒较大，很容易破坏建筑物的整体协调感，通常不为建筑师所接受，因此BIPV建筑中要求将接线盒省去或隐藏起来，这时的旁路二极管没有了接线盒的保护，需要将旁路二极管和连接线隐藏在幕墙结构中。BIPV建筑中光伏组件的连接线要求全部隐藏在幕墙结构中（如图1）。

图1

光伏系统各组成部分在建筑中的位置应合理确定，并应满足其所在部位的建筑防水、排水和系统的检修、更新与维护的要求。晶体硅电池光伏组件的构造及安装应符合通风降温要求，光伏电池温度不应高于85℃；在空气质量较差的地区，还应设置清洗光伏组件表面的设施；光伏系统的控制机房宜采用自然通风，当不具备条件时应采取机械通风措施。

结构设计

作为普通光伏组件，只要通过IEC61215的检测，满足抗130km/h（2400Pa）风压和抗25mm直径冰雹23m/s的冲击的要求。用做幕墙面板和采光顶面板的光伏组件，不仅需要满足光伏组件的性能要求，同时要满足幕墙的四性实验要求和建筑物安全性能要求，因此需要有更高的力学性能和采用不同的结构方式。

结构设计应与工艺和建筑专业配合，合理确定光伏系统各组成部分在建筑中的位置。在新建建筑上安装光伏系统，应考虑其传递的荷载效应。支架、支撑金属件及其连接节点，应具有承受系统自重、风荷载、雪荷载、检修荷载和地震作用的能力。蓄电池、并网逆变器等较重的设备和部件宜安装在承载能力大的结构构件上，并应进行构件的强度与变形验算。建材型光伏构件，应满足该类建筑材料本身的结构性能。如光伏幕墙，应至少满足普通幕墙的强度、抗风压和防热炸裂等要求，应符合《玻璃幕墙工程技术规范》JGJ102 或《金属与石材幕墙工程技术规范》JGJ133中对幕墙材料结构性能的要求。

结语

BIPV建筑设计应把建筑的安全性放到第一位，在保证安全的前提下再来考虑优化系统多发电。本文只提到了BIPV应用中的一部分问题，还有很多问题有待大家共同探索和研究。

参考文献

1、《玻璃幕墙工程技术规范》（JGJ102-2003）

2、《民用建筑太阳能光伏系统应用技术规范》（JGJ 203-2010）

3、《光伏建筑一体化系统运行与维护规范》（JGJ/T 264-2012）

作者简介：

沈顺东（1976- ），男，汉族，广东世纪达装饰工程有限公司（设计三所所长），工程师，研究方向：建筑装饰。