摘要：近年来，在可再生能源建筑应用示范政策的带动下，太阳能建筑一体化作为可再生能源建筑应用的重要方式之一，发展迅速，规模逐步增加。太阳能光伏发电与建筑一体化是应用太阳能发电的一种新概念，在建筑为维护结构外表铺设光伏阵列提供发电。本文给出了光伏建筑一体化（BIPV）的定义，分析了BIPV设计中的问题。
关键词：光伏建筑一体化设计；BIPV的定义；太阳能光伏发电系统
引言：
随着1997年《京都议定书》的正式生效，如何保护环境已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，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，BIPV光伏幕墙因此成为21世纪建筑及光伏技术市场的热点。
BIPV，即光伏建筑一体化（Building IntegratedPhotovoltaic）。BIPV技术是将太阳能发电（光伏）产品集成到建筑上的技术。光伏建筑一体化（（BIPV）不同于光伏系统附着在建筑上（BAPV：Building Attached PV）的形式。BIPV光伏幕墙更是采用超白钢化玻璃制作而成的双面玻璃组件，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，提升建筑社会价值，带来绿色概念的效果。
1、概述
当前随着全球化石能源需求的不断增长，单一依靠化石能源来满足能源供给的模式已经无法持续。同时由化石能源消耗带来的污染和排放问题愈发突出，而传统技术升级和改造势必会逐步导致其应用成本的提高。近年来随着常规能源成本上升和环境污染的日益严重，各国十分重视可再生能源相关技术的研发和应用。而光伏组件制造工艺不断提高，光伏组件价格下降明显，且有继续下降的趋势。因此以太阳能光伏发电为代表的可再生能源应用，将会在未来电力能源系统中占据核心地位。
联合国能源机构的调查研究报告显示，太阳能光伏建筑一体化（BIPV）将成为21世纪城市建筑节能的市场热点，太阳能建筑也将成为21世纪最重要的新兴产业之一。太阳能光伏建筑一体化形式可分为两大类。一类是光伏组件与建筑结合（又称普通型光伏构件），即光伏组件依附于建筑物上，建筑物主要作为光伏组件载体；另一类是光伏组件与建筑集成（又称建材型光伏构件），即光伏组件与建筑集成后成为不可分割的建筑构件，可以代替部分建筑材料使用。
2、建筑一体化
光伏建筑一体化是我们目前面临的最棘手问题，也是最有实用意义的一个课题，如何将太阳能光伏发电阵列安装在建筑的围护结构外表，并提供发电功能，这样可有效利用建筑外表，无需额外占用土地资源和建光伏支架等设施，也节约外饰材料（如玻璃幕墙等）；同时也使建筑物体夏季遮阳降温，降低空调的负荷，光伏建筑一体化让我们的建筑物体附有更多的功能作用。光伏与建筑的结合有两种方式：一种是建筑与光伏系统相结合；另外一种是建筑与光伏器件相结合。
2.1 建筑与光伏系统相结合。利用屋顶资源装置太阳能发电系统是光伏建筑一体化的很好结合，这使建筑体可以得到保温，光伏设备也不占用土地资源，是目前我们大家广泛推广应用的，无论是斜面还是平面的屋顶，都已有很多的范例，这里我们不再赘述。
2.2 建筑与光伏器件相结合。建筑与光伏的进一步结合是将光伏器件与建筑材料集成化。自古以来，材料便被视为构筑建筑的工具与手段，现在以材料为表现元素表达设计师的审美情趣、文化内涵与环保理念更成为潮流与发展趋势。BIPV组件兼具弱光性好、高温性能好、颜色形状可订制、透光均匀、柔性可弯曲等优势，可作为完美的高科技建筑材料提供电力，更能满足各类建筑美学需求，彰显绿色建筑的环保理念。
2.3 建筑材料与光伏一体化单元的研究。以陶土材料为基板，作为光伏PV组件的底板，组成：发电瓷砖、发电屋瓦、发电幕墙单元材料，目前我们正与陶土研究行业加强合作，一起开发光伏产品，待样品进一步成熟后推广应用。
3、光伏建筑一体化系统优点
从建筑、技术和经济角度来看，光伏建筑一体化有以下诸多优点：
（1）光伏组件可以有效的利用围护结构表面，如屋顶或墙面，无需额外用地或增建其他设施，适用于人口密集的地方使用，这对于土地昂贵的城市尤其重要。
（2）可原地发电、原地用电，在一定距离范围内可以节省电站送电网的投资。在那些架起公共电网非常昂贵的地方，太阳能光伏发电是一个具有很高性价比的替代物。
（3）夏季，处于日照时，由于大量制冷设备的使用，形成电网用电高峰。BIPV并网系统除保证自身建筑用电外，还可以向电网供电，从而舒缓高峰电力需求，解决电网峰谷供需矛盾，具有极大的社会效益。
（4）由于光伏阵列安装在屋顶和墙壁等外围护结构上，吸收的太阳能转化为电能，大大降低了室外综合温度，减少了墙体得热和室内空调冷负荷，既节省了能源，又利于保证室内的空气品质。
（5）由于大尺度新型彩色光伏模块和各种造型的光伏模块的诞生，不仅节约了昂贵的外装饰材料（玻璃幕墙、屋顶瓦片等），而且使建筑外观更具有魅力。
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（6）可确保自身建筑全部或大部分用电，这对于用电高峰期电力紧张的地区及无电地区极为重要。
（7）避免传统电力输送时的电力损失。
（8）避免由于使用一般化石燃料发电所导致的空气污染和废渣污染，这对于环保要求越来越高的今天和未来是至关重要的。
（9）光伏建筑系统没有移动部分并且不需要任何维护。
（10）由于光伏电池的组件化，光伏阵列安装起来很简便，而且可以任意选择发电容量。
（11）如果把光伏电池模块作为建筑物的玻璃幕墙，可以减少建筑物的整体造价。当然，对于光伏模块来说，还应具有建筑材料所要求的隔热保温、防水防潮并且要具有一定的强度，若作为采光构件（窗户、天窗等）还要有一定的透明度。
（12）在建筑围护结构上安装光伏阵列，可以促进光伏组件的大规模生产，从而进一步降低PV部件的市场价格，这对BIPV系统的广泛应用有着极大的推动作用。
4、国内发展趋势
近年来，我国太阳能光伏技术得到了长足的发展，从使用于边远农村的带蓄电池的独立发电系统，发展为适用各类建筑使用的并网光伏发电系统；太阳能电池组件也从单一的发电功能，发展为与建筑构件功能相结合。太阳能光伏技术正从示范工程应用逐步向工程化规模应用发展。
4.1 完善相应的政策法规
我国政府在2006年颁布实施的《可再生能源法》中明确规定“国家鼓励和支持可再生能源并网发电”，“电网企业应当与依法取得行政许可或者报送备案的可再生能源发电企业签订并网协议，全额收购其电网覆盖范围内可再生能源并网发电项目的上网电量，并为可再生能源发电提供上网服务”。自《可再生能源法》颁布实施以来，中国已经成为太阳能电池的第一生产大国，占世界总产量的27.2%，太阳能电池板产品以及某些部件已有较高的技术水平。2009年3月，国家财政部会同住房和城乡建设部印发了《关于加快推进太阳能光电建筑应用的实施意见》及《太阳能光电建筑应用财政补助资金管理暂行办法》，这是贯彻实施《可再生能源法》，落实国务院节能减排战略部署的重要举措，必将加快太阳能光电技术在城乡建筑领域的应用步伐。
4.2 完善相应的技术标准
在光伏发电方面，我国已制订出一批国家标准和行业标准，例如：晶体硅光伏（PV）方阵I-V特性的现场测量（GB/T18210- 2000）；地面用光伏（PV）发电系统概述和导则（GB/T18479- 2001）；家用太阳能光伏电源系统技术条件和试验方法（GB/T19064- 2003）；光伏系统并网技术要求（GB/T19939- 2005）；光伏发电站接入电力系统的技术规定（GB/Z19964-2005）；光伏系统电网接口特性（GB/T 20046- 2006）等。2005年，中国建筑设计研究院国家住宅与居住环境工程技术研究中心和中国可再生能源学会太阳能建筑专业委员会共同完成了科技部“并网光伏发电系统技术标准研究”项目中“光伏与建筑结合的设计规范研究”子课题，在课题研究的基础上，负责编制完成我国首部指导民用建筑中光伏系统规划、设计、施工、验收全过程的《民用建筑太阳能光伏系统应用技术规范》，为实现太阳光伏系统与建筑设计的结合，并达到节能、环保、高品质供应电力，提供了技术保障。
4.3 完善相应的认证制度
为了保持我国光伏产品的质量，促进技术进步，推动我国光伏产业持续健康发展，必须建立起与国际先进水平相当的认证体系，从而促进我国光伏产业的健康有序发展。在太阳能光伏认证体系方面，经过多年的积累，国外部分发达国家已经形成了较为完善的认证体系。国际著名的光伏认证组织主要有IEC、UL、TUV、CSA等。我国现阶段的主要任务就是在对国外相关认证程序、认证机构的组织方式和实验室建设进行调研的基础上，总结经验，规范国内认证机构，提高国内太阳能光伏产品认证水平，建立太阳能光伏系统认证体系。
5、结语
随着全世界能耗的不断上升，滥用化石能源导致的环境污染日益严重，人类在应对经济持续发展的同时，还要着重关注生态平衡的问题。可见，我国节能减排形势严峻，发展太阳能尤其是大规模发展BIPV正当其时。我国BIPV市场潜力巨大，同时太阳能企业技术成熟、服务完善，大规模发展条件已经具备，时机已经成熟，这将对改善我国能源消费结构、建设美丽中国具有积极意义。
参考文献：
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[5]太阳能光伏发电技术在建筑中的应用及前景分析[J].曹峰. 电力职业技术学刊.2008（03）
论文作者:李伟
论文发表刊物:《基层建设》2019年第9期
论文发表时间:2019/7/24
标签：光伏论文; 建筑论文; 太阳能论文; 系统论文; 组件论文; 可再生能源论文; 技术论文; 《基层建设》2019年第9期论文;