论光伏建筑一体化(BIPV)及薄膜太阳能技术在其中的应用
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中图分 类号 ： Ｔ Ｍ９ １ ４ ． ４ ＋ ２ 文献 标识 号 ： Ａ 文章编 号 ： ２ ３ ０ ６ — １ ４ ９ ９（ ２ ０ １ ３ ） １ ８ — ０ ２ ７ ４ — １
除少数 离网光伏 发 电系 统 （ 公共 电网无法覆 盖 的地 区 以及特 殊功 能 需求） 外， 目前世界 上 的光 伏发 电应用主 要体现 为两种 形式 ， 即地面
电站（ Ｇ ｒ ｏ ｕ ｎ ｄ ） 和屋 顶 电站（ Ｒ ｏ ｏ ｆ ｔ ｏ ｐ ） 。前者 根据 规 模不 同 ， 需要 占用 大 量 的稀缺 土地 资源 且对环 境 的综合 影响 较大 ， 因而在 可预 见 的未来 不具 有可 持续 性发 展 ；而 后者将 光伏 发 电系 统 附着在 已建 成 的建筑 物屋顶 ， 由于 原有 建筑物 屋顶结 构荷载 、 屋顶材 质及形 式、 朝 向等诸 多 因素 的制约 ， 导致普 适性和 经济性 都相对 较差 。因而 目前世界 各国都 将光 伏建筑 一 体化作 为未 来光伏 发 电应 用 的重要 方 向进行 研 究。光 伏建筑 一 体化应 用系 统 、 光伏发 电材 料的 建筑 构件 化 、 建材化 将 是未 来光伏 发 电应 用 的主导趋势 。 “ 光伏” 、 “ 建筑 ” 、 “ 一体化 ” 这 三个 即彼 此独 立 又互 相联 系 的概念 组成 了“ 光伏 建筑一 体化 ” 概 念的全 部 内涵 ， 本文将 试 图从上述三 个方 面解析和 论述 这一概 念， 以及 薄膜 太阳能 技术在其 中应用 的优势 。 １ ． 光伏 （ Ｐ ｈ ｏ ｔ ｏ ｖ ｏ ｌ ｔ ａ ｉ ｃ 或 半导体 与金 属组合 的部位 间产 生 电位 差的现 象， 又称为 光生伏 特效 应 （ Ｐ ｈ ｏ ｔ ｏ ｖ ｏ ｌ ｔ ａ — ｉ ｃ ） 。利用太 阳 能光伏 效应 发 电的半 导体发 电单 元或集 合 即为光伏 电
３ ． 一体化 （ Ｉ ｎ ｔ ｅ ｇ ｒ ａ ｔ ｅ ｄ ）
体 化的概念 指 明 了光伏 发 电部件和 建筑物 的结 合方式 。 区别于 目前大 规 模应 用 的屋 顶 光伏 发 电系 统 （ Ｒ ｏ ｏ ｆ ｔ ｏ ｐ Ｐ Ｖ ） 采 用特 殊的 支架
…
将 光伏组 件 同定 于原 有屋顶 结构 的结合模 式 ， 一 体化 的光伏 部件除 了 具 有发 电功 能外 ， 还将 具有 建筑物 自身的 结构 和使 用功 能 ， 替代 了建 筑 物原有 构件 ， 成 为建筑 不可 分割 的组成部 分 ， 例 如建筑 物的屋 顶、 门 窗和外墙 等 。 这 是光伏 建筑 一体化系 统应用 的本质 和核 心 。 作 为建筑 构件， 光 伏发 电部件 不但 需 要满足 发 电及建 筑 功能 的要 求 ， 还需 要满 足 材料 的耐候 性 、 安全性 ， 结合 方式 的 牢 固性和 密 闭性 等物 理化 学特 性 ，这将 是未 来光伏 建筑 … ‘ 体 化部 件 牛产 和工 程技 术研 究 的重要 方 向。 在薄膜太 阳能 电池 的生产 工艺技 术Ｌ 卜 『 ， 将 半导 体膜材 料附着于 基 底材 料上 ， 使基 底材 料成 为 一 种具 有光 伏发 电功 能 的特 殊材 料 ， 这 种 特 点在光伏 建筑一 体化 的应用 巾具有 重大意 义 。 如 以玻璃 作为基底 材 料 的碲化 镉 （ Ｃ ｄ Ｔ ｅ ） 薄 膜 太 阳能 电池 ， 因其在 外 观 形式 和功 能特 点上 与传 统玻 璃相近 ， 在 建筑 设计 中可 以直接 作 为替 代 门窗 玻璃 、 幕墙 等 的材料 （ 当然 还需要考 虑 到光伏 发 电电气 系统 工程 的设 计， 包 括接线 、 流、 直流 ． 交流 转换等 ） 。 而常 以高分 子聚合 物等柔 性材料 作为基 底 材料 的铜 铟镓硒 （ Ｃ １ ＧＳ ） 薄膜 太 阳能 电池 其在 光伏 建筑 一 体化 上的应 用前 景则 更为 泛 ， 由于其 基底 材料 的特 殊机 械 性 能， 很 容 易和众 多 传统 建筑 材料 、 建筑构 件通 过 一定方 式 结合 或 复合 ， 成为 具有 发 电功 能 的“ 光伏建筑 材料 ” 或“ 光伏 建筑 构件 ” 测 建 筑物 的外 观形态 适麻性
池 及组件 。
以及透 明幕墙 等时 ， 使 用薄膜 太 阳能技术 的优势 就显得 更加 突出 。根 据 材料特 点及 生产工 艺 ， 常规 的 晶硅太 阳能 电池 组件 是非透 明的 。然 而为 了满足在 光伏 建筑一 体化系 统 中建筑采 光的要求 ， 通常 可在 晶硅 电池 封装工 艺环 节 ， 采 用“ 玻璃 ． 分散 排布 的晶硅 电池 一 玻璃 ” 的方 式 （ 见下 图） ， 使 光伏组 件可 以部分 透光 ， 从而满足 建筑采 光要 求 。 然而 ， 由 于在封 装工艺 过程 中增加 了一块背 板 玻璃，导致产 品制 造成 本提 高 。 另外 ， 由于 光线透 过分 散式 排布 的 电池会 产 生一 定 的阴影 ， 因此 采光 效果并 不理想 。 而薄膜 太 阳能技术 通过在 生产 工艺过 程 中改变刻线尺
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论光伏建筑一体化 （ Ｂ Ｉ Ｐ Ｖ） 及 薄 膜 太 阳 能 技 术在 其 中的 应 用
口 刘 镭
（ 中国建材 国际工程 集 团有 限公 司 上 海
２ ０ ０ ０ ６ ３ ）
摘 要 “ 光伏 建 筑 一体 化 ” 的表 述 来源 于 英文 Ｂ ｕ ｉ ｌ ｄ ｉ ｎ ｇ Ｉ ｎ ｔ ｅ ｇ ｒ ａ ｔ ｅ ｄ Ｐ ｈ ｏ ｔ ｏ ｖ ｏ ｌ ｔ ａ ｉ ｃ ｓ ， Ｂ Ｉ Ｐ Ｖ 的直译 ， 区别 于“ 附着 于建 筑 上 的光伏 发 电 系统 （ Ｂ ｕ ｉ ｌ ｄ ｉ ｎ ｇ Ａ ｔ ｔ ａ ｃ ｈ ｅ ｄ Ｐ ｈ ｏ ｔ ｏ ｖ ｏ ｌ ｔ ａ ｉ ｃ ｓ ， Ｂ Ａ Ｐ Ｖ ） ” ， 前者 强调 了光伏 发 电部 件 和建 筑 物 的 “ ４ Ｊ ｇ ４ Ｇ （ Ｉ ｎ ｔ ｅ ｒ ｇ ａ ｔ ｅ ｄ ） ” ， 即光伏 部 件 同建 筑 本体 的不 可分割 性， 光伏部 件 除发 电以外， 还具 有建 筑 的结构 或功 能性作 用 ， 是 具有 光伏 发 电功 能 的建 筑构件 或 建筑 材料 。 关键 词 光伏 建筑 一体 化 薄 膜太 阳能 技术
Ｊ ， 或采 用透 明 导电材 质代替 原 电极等方 式， 不但 可 以精确 的控制透光 率， 透光 的均匀度 ， 制造 物料成 本也 没有显 著增加 。 此外 ， 由于薄膜太 阳
、
能 电池 的外观 一致性 ， 使其 更易于 作为建 筑物幕 墙或 窗户 的替代材料 而不会 影响到 建筑 的整体美 观 。
除少数 离网光伏 发 电系 统 （ 公共 电网无法覆 盖 的地 区 以及特 殊功 能 需求） 外， 目前世界 上 的光 伏发 电应用主 要体现 为两种 形式 ， 即地面
电站（ Ｇ ｒ ｏ ｕ ｎ ｄ ） 和屋 顶 电站（ Ｒ ｏ ｏ ｆ ｔ ｏ ｐ ） 。前者 根据 规 模不 同 ， 需要 占用 大 量 的稀缺 土地 资源 且对环 境 的综合 影响 较大 ， 因而在 可预 见 的未来 不具 有可 持续 性发 展 ；而 后者将 光伏 发 电系 统 附着在 已建 成 的建筑 物屋顶 ， 由于 原有 建筑物 屋顶结 构荷载 、 屋顶材 质及形 式、 朝 向等诸 多 因素 的制约 ， 导致普 适性和 经济性 都相对 较差 。因而 目前世界 各国都 将光 伏建筑 一 体化作 为未 来光伏 发 电应 用 的重要 方 向进行 研 究。光 伏建筑 一 体化应 用系 统 、 光伏发 电材 料的 建筑 构件 化 、 建材化 将 是未 来光伏 发 电应 用 的主导趋势 。 “ 光伏” 、 “ 建筑 ” 、 “ 一体化 ” 这 三个 即彼 此独 立 又互 相联 系 的概念 组成 了“ 光伏 建筑一 体化 ” 概 念的全 部 内涵 ， 本文将 试 图从上述三 个方 面解析和 论述 这一概 念， 以及 薄膜 太阳能 技术在其 中应用 的优势 。 １ ． 光伏 （ Ｐ ｈ ｏ ｔ ｏ ｖ ｏ ｌ ｔ ａ ｉ ｃ 或 半导体 与金 属组合 的部位 间产 生 电位 差的现 象， 又称为 光生伏 特效 应 （ Ｐ ｈ ｏ ｔ ｏ ｖ ｏ ｌ ｔ ａ — ｉ ｃ ） 。利用太 阳 能光伏 效应 发 电的半 导体发 电单 元或集 合 即为光伏 电
３ ． 一体化 （ Ｉ ｎ ｔ ｅ ｇ ｒ ａ ｔ ｅ ｄ ）
体 化的概念 指 明 了光伏 发 电部件和 建筑物 的结 合方式 。 区别于 目前大 规 模应 用 的屋 顶 光伏 发 电系 统 （ Ｒ ｏ ｏ ｆ ｔ ｏ ｐ Ｐ Ｖ ） 采 用特 殊的 支架
…
将 光伏组 件 同定 于原 有屋顶 结构 的结合模 式 ， 一 体化 的光伏 部件除 了 具 有发 电功 能外 ， 还将 具有 建筑物 自身的 结构 和使 用功 能 ， 替代 了建 筑 物原有 构件 ， 成 为建筑 不可 分割 的组成部 分 ， 例 如建筑 物的屋 顶、 门 窗和外墙 等 。 这 是光伏 建筑 一体化系 统应用 的本质 和核 心 。 作 为建筑 构件， 光 伏发 电部件 不但 需 要满足 发 电及建 筑 功能 的要 求 ， 还需 要满 足 材料 的耐候 性 、 安全性 ， 结合 方式 的 牢 固性和 密 闭性 等物 理化 学特 性 ，这将 是未 来光伏 建筑 … ‘ 体 化部 件 牛产 和工 程技 术研 究 的重要 方 向。 在薄膜太 阳能 电池 的生产 工艺技 术Ｌ 卜 『 ， 将 半导 体膜材 料附着于 基 底材 料上 ， 使基 底材 料成 为 一 种具 有光 伏发 电功 能 的特 殊材 料 ， 这 种 特 点在光伏 建筑一 体化 的应用 巾具有 重大意 义 。 如 以玻璃 作为基底 材 料 的碲化 镉 （ Ｃ ｄ Ｔ ｅ ） 薄 膜 太 阳能 电池 ， 因其在 外 观 形式 和功 能特 点上 与传 统玻 璃相近 ， 在 建筑 设计 中可 以直接 作 为替 代 门窗 玻璃 、 幕墙 等 的材料 （ 当然 还需要考 虑 到光伏 发 电电气 系统 工程 的设 计， 包 括接线 、 流、 直流 ． 交流 转换等 ） 。 而常 以高分 子聚合 物等柔 性材料 作为基 底 材料 的铜 铟镓硒 （ Ｃ １ ＧＳ ） 薄膜 太 阳能 电池 其在 光伏 建筑 一 体化 上的应 用前 景则 更为 泛 ， 由于其 基底 材料 的特 殊机 械 性 能， 很 容 易和众 多 传统 建筑 材料 、 建筑构 件通 过 一定方 式 结合 或 复合 ， 成为 具有 发 电功 能 的“ 光伏建筑 材料 ” 或“ 光伏 建筑 构件 ” 测 建 筑物 的外 观形态 适麻性
池 及组件 。
以及透 明幕墙 等时 ， 使 用薄膜 太 阳能技术 的优势 就显得 更加 突出 。根 据 材料特 点及 生产工 艺 ， 常规 的 晶硅太 阳能 电池 组件 是非透 明的 。然 而为 了满足在 光伏 建筑一 体化系 统 中建筑采 光的要求 ， 通常 可在 晶硅 电池 封装工 艺环 节 ， 采 用“ 玻璃 ． 分散 排布 的晶硅 电池 一 玻璃 ” 的方 式 （ 见下 图） ， 使 光伏组 件可 以部分 透光 ， 从而满足 建筑采 光要 求 。 然而 ， 由 于在封 装工艺 过程 中增加 了一块背 板 玻璃，导致产 品制 造成 本提 高 。 另外 ， 由于 光线透 过分 散式 排布 的 电池会 产 生一 定 的阴影 ， 因此 采光 效果并 不理想 。 而薄膜 太 阳能技术 通过在 生产 工艺过 程 中改变刻线尺
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论光伏建筑一体化 （ Ｂ Ｉ Ｐ Ｖ） 及 薄 膜 太 阳 能 技 术在 其 中的 应 用
口 刘 镭
（ 中国建材 国际工程 集 团有 限公 司 上 海
２ ０ ０ ０ ６ ３ ）
摘 要 “ 光伏 建 筑 一体 化 ” 的表 述 来源 于 英文 Ｂ ｕ ｉ ｌ ｄ ｉ ｎ ｇ Ｉ ｎ ｔ ｅ ｇ ｒ ａ ｔ ｅ ｄ Ｐ ｈ ｏ ｔ ｏ ｖ ｏ ｌ ｔ ａ ｉ ｃ ｓ ， Ｂ Ｉ Ｐ Ｖ 的直译 ， 区别 于“ 附着 于建 筑 上 的光伏 发 电 系统 （ Ｂ ｕ ｉ ｌ ｄ ｉ ｎ ｇ Ａ ｔ ｔ ａ ｃ ｈ ｅ ｄ Ｐ ｈ ｏ ｔ ｏ ｖ ｏ ｌ ｔ ａ ｉ ｃ ｓ ， Ｂ Ａ Ｐ Ｖ ） ” ， 前者 强调 了光伏 发 电部 件 和建 筑 物 的 “ ４ Ｊ ｇ ４ Ｇ （ Ｉ ｎ ｔ ｅ ｒ ｇ ａ ｔ ｅ ｄ ） ” ， 即光伏 部 件 同建 筑 本体 的不 可分割 性， 光伏部 件 除发 电以外， 还具 有建 筑 的结构 或功 能性作 用 ， 是 具有 光伏 发 电功 能 的建 筑构件 或 建筑 材料 。 关键 词 光伏 建筑 一体 化 薄 膜太 阳能 技术
Ｊ ， 或采 用透 明 导电材 质代替 原 电极等方 式， 不但 可 以精确 的控制透光 率， 透光 的均匀度 ， 制造 物料成 本也 没有显 著增加 。 此外 ， 由于薄膜太 阳
、
能 电池 的外观 一致性 ， 使其 更易于 作为建 筑物幕 墙或 窗户 的替代材料 而不会 影响到 建筑 的整体美 观 。
