光伏发电技术及其在建筑领域中的应用

光伏建筑一体化技术的应用及展望

摘要:在碳达峰、碳中和的目标下，如何有效利用光伏发电技术，实现建筑领域的节能减排，切实推进光伏建筑一体化融合发展，已经成为当前社会和业内重点关注的课题。简要介绍了光伏建筑一体化的基本概念和技术路线，并从光伏组件在建筑中的不同应用场景出发，剖析了不同的产品特性，阐述了光伏建筑一体化未来的市场空间以及面临的挑战。

关键词:光伏建筑一体化; 双碳目标;光伏屋面;光伏幕墙;光伏车棚

1光伏建筑一体化的技术路线概述

光伏发电是利用半导体电子器件的光生伏特效应，吸收太阳光辐射能并转变成电能的直接发电方式。目前，光伏建筑一体化的主要技术路线，按照电池的种类可分为晶硅太阳能电池和薄膜太阳能电池。

晶硅太阳能电池，主要分为单晶硅太阳能电池和多晶硅太阳能电池，光电转化效率普遍能达到15%~25%。单晶硅太阳能电池是以高质量高纯的单晶硅棒为原料的太阳能电池，是当前转换效率最高、技术也最为成熟的一种太阳能电池;多晶硅太阳能电池与单晶硅太阳能电池的制作工艺类似，由于材料制备简单，总体生产成本要低于单晶硅太阳能电池，但其光电转换效率要低于单晶硅太阳能电池。

2光伏建筑一体化的应用场景及其产品剖析

2.1光伏屋面

屋面是覆盖的建筑顶是建筑围护结构的一部分，主要起到防御雨、雪、阳光、极端温度和风速等影响的作用。屋面材料是构成建筑围护的关键载体，将具备建材功能的光伏产品作为屋面材料，可有效吸收太阳光辐射，将多余的太阳能辐射进行储存和光电转换。光伏屋面根据屋面材料的不同，可大致分为金属屋面和混凝土屋面，它附着的下游建筑包括工商业厂房、居民建筑和公共建筑。其中，工商业厂房以金属屋面为主，还包括少量的混凝土屋面，而居民建筑和公共建筑以混凝土屋面为主。工商业厂房的屋面资源丰富，具有屋面面积大、业主用电量多且用电成本高的特点，因此，经济性与安全性成为业主考虑的首要问题，再通过基于全生命周期的净收益测算模型测算 后，与传统的工商业分布式光伏电站对比，BIPV 与工 商业厂房屋面更适配。以10 000 m?的工商业厂房为例，在25a使用期限内，工商业厂房式BIPV的投资静态回收期为6~7a，相比于传统式缩短了1~2a,具备了更好的投资收益和发电效益。

ｌｌ　ｊ　ｉ　一　技术交瀛与敷　ＪＩ　ＳＨＵ　ＪＩＡＯ　ＬＩＵ　ＹＵ　ＹＩＮＧ　ＹＯＮＧ　

光伏发电技术与建筑一体化的实际应用　

王云钊　．杨嵘春　（１．西南交通大学电气工程学院，四川成都６１００３１；２．西南电力设计院，四川成都６１００２１）　

０　引言　

长久以来我国火力发电厂大多使用煤炭等一次　能源，随着煤炭、石油等能源的日益匮乏，以及由于　开发使用这些能源而引发的环境污染、地质塌陷、温　室效应等问题，亟需人们开发和利用新能源来替代　这些传统能源。在所有新能源中，太阳能光伏发电是　最被看好的技术，也是当今世界发展最快的行业。本　文通过与厂房建筑相结合的上海浦江光伏发电系统　的实例分析，展示了光伏发电技术的应用前景。　１　光伏发电系统的组成与特点　

１．１光伏发电系统组成　通常将光伏发电系统分为独立系统、并网系统　和混合系统。独立系统是将太阳能电池板发的电作　为惟一电源直接向负载供电的系统；并网系统是将　太阳能电池板产生的直流电经过并网逆变器转换成　符合市电电网要求的交流电之后直接接入公共电　网：混合系统是除了使用太阳能电池板发电之外，还　使用了柴油发电机作为备用电源。　光伏发电系统是由太阳能电池方阵、蓄电池组、　充放电控制器、逆变器等设备组成（见图１）。　（１）太阳能电池方阵由太阳能电池板和方阵支　架组成。由于单个太阳能电池的电压一般比较低，通　常将它们串、并联构成有实用价值的太阳能电池板，　ｒ一一一　鞣　：电网　

图１　光伏发电系统组成原理图　作为一个应用单元。然后根据供电要求，再由多个太　阳能电池板的串、并联组成太阳能电池方阵。太阳能　电池板是光伏发电系统中的核心部分，也是价值最　高的部分，其作用是将太阳的辐射能转换为电能。　（２）蓄电池组其作用是贮存太阳能电池方阵所　产生的电能，可随时向负载供电。在并网太阳能发电　系统中，可不使用蓄电池组。　（３）充放电控制器，由于蓄电池的循环充放电　次数及放电深度是决定蓄电池使用寿命的重要因　素，因此能控制蓄电池组过充电或过放电的充放电　控制器是必不可少的设备。　（４）逆变器是将直流电转换成交流电的设备。　由于太阳能电池和蓄电池是直流电源，向交流负载　供电时，逆变器是必不可少的设备。逆变器按运行方　式，可分为独立运行逆变器和并网逆变器。独立运行　逆变器用于独立运行的太阳能电池发电系统，为独　立负载供电。并网逆变器用于并网运行的太阳能电　池发电系统。　１．２光伏发电的特点　太阳能无处不在，尤其是我国的西北和北方地　收稿日期：２０１０—０３—２０　作者简介：王云钊（１９８２一），男，河北石家庄人，硕士研究生，研究方向为做机保护及变电站综合自动化。

光伏发电技术与现代建筑的结合

摘要：本文介绍了太阳能光伏发电系统在现代建筑的应用领域及技术经济比较，并着重介绍了太阳能光伏幕墙的应用。

关键词：光伏发电 bipv 光伏幕墙

abstract: this article describes the solar photovoltaic

power generation system, and focuses on the application of

solar photovoltaic curtain wall applications in modern

architecture and the technical and economic.keywords:

photovoltaic power generation bipv pv curtain wall

中图分类号：tm615文献标识码：a文章编号：2095-2104（2012）

1前言

随着人们对环境污染和化石燃料储量逐渐枯竭的日益重视，大力开发利用可再生能源，逐渐改变能源的消费结构，在能源供应方面必须实施可持续发展的战略决策。已成为人们的共识。有人提出“21世纪建筑”的特点之一是“建筑物产生能量”，在可再生能源迅速发展的今天，这个观念已经成为现实。

近年来，太阳能光伏发电应用的规模及范围正在迅速扩大，其中与建筑行业相结合已成为当前的热门领域，随着太阳电池价格的不断下降和制造技术的飞速发展，光伏发电与建筑相结合必将成为光伏应用最重要的领域之一。

2太阳能景观照明技术

2.1系统组成：太阳能照明设备主要由照明灯具、光源和控制系统组成。

太阳能照明灯具主要有太阳能草坪灯、庭院灯、景观灯和高杆灯等。这些灯具以太阳光为能源，白天充电，晚上使用，无需进行复杂昂贵的管线铺设，而且可以任意调整灯具的布局。其光源一般采用led或直流节能灯，使用寿命较长，又为冷光源，对植物生长无害。太阳能亮化灯具是一个自动控制的工作系统，只要设定该系统的工作模式（光控或计时控制）就能自动工作，同时充电及开关过程可以由微电脑智能控制，自动开关，无需人工操作，工作稳定可靠，节省电费，免维护。

光伏建筑一体化(BIPV)应用现状与发展前景

2022年，全世界极端天气频发，6月，印度西北部已经热得“起火”了，多地地表温度已经超过了60℃；7月10日，上海中心气象台10日下午发出高温红色预警信号，当日最高气温达到40℃以上，7月13日，江苏部分地区地表温度达到65℃以上......

针对日益严峻的环境状况，«巴黎协定» 把“全球平均温升控制在相对工业革命前水平2℃之内” 作为长期气温控制目标，以减少气候变化带来的风险和影响。

碳达峰及碳中和成为国家重大战略部署，建筑作为能源消耗的三大“巨头”之一，急需转型发展，将绿色技术融入其中，寻求可持续的生产和消费方式。

光伏发电

随着国家不断提高新能源应用的比例，太阳能在实际应用中越发广泛，在工业、民众生活中的应用日趋成熟。在国家“十三五”规划中，发改委明确提出太阳能应用在2020年和2030年达到占比一次能源比重15％，20％的目标。

国家能源局下发的«关于报送整县( 市、区) 屋顶分布式光伏开发试点方案的通知»提到：

党政机关建筑屋顶总面积可安装光伏发电比例不低于50％；

学校、医院、村委会等公共建筑屋顶总面积可安装光伏发电比例不低于40％；工商业厂房屋顶总面积可安装光伏发电比例不低于30％；

农村居民屋顶总面积可安装光伏发电比例不低于20％。

住房和城乡建设部等15部门联合发布了关于加强县城绿色低碳建设的意见，提出“通过提升新建厂房、公共建筑等屋顶光伏比例和实施光伏建筑一体化开发等方式， 降低传统化石能源在建筑用能中的比例。”

目前已有北京、天津、上海、重 庆、内蒙古、浙江等多地发布光伏建筑一体化(BIPV) 未来 3~5年相关政策， 推动BIPV的大规模市场应用、高质量发展被提上议程，从国家到地方，光伏建筑一体化方兴未艾，在“光伏＋”等政策鼓励下，光伏建筑一体化将迎来蓬勃发展的时代。

光伏建筑一体化是一种将太阳能发电产品集成到建筑上的技术，即通过建筑物屋顶和立面与 光伏发电集成起来，使建筑物本身能够利用太阳能发电，以满足自身用电需求。