2020年9月，在第七十五屆聯(lián)合國大會一般性辯論上，中國表示將提高國家自主貢獻力度，采取更加有力的政策和措施，二氧化碳排放力爭于2030年前達到峰值，努力爭取2060年前實現(xiàn)碳中和。

碳中和是指二氧化碳的排放量與吸收量正負相抵，以達到相對“零排放”狀態(tài)。

碳中和的涵義系國家、企業(yè)、產(chǎn)品、活動或個人在一定時間內(nèi)直接或間接產(chǎn)生的二氧化碳或溫室氣體排放總量，通過植樹造林、節(jié)能減排等形式，以抵消自身產(chǎn)生的二氧化碳或溫室氣體排放總量，實現(xiàn)正負相抵，達到相對“零排放”。

我國建筑能耗占社會總能耗超過20%，建筑領(lǐng)域的節(jié)能減排是實現(xiàn)碳達峰與碳減排目標的重要方面。

隨著新能源的不斷發(fā)展和城市節(jié)能減排、綠色環(huán)保需求的日益增加，太陽能光伏建筑一體化越來越成為太陽能應(yīng)用發(fā)電的新潮流，開啟了實現(xiàn)碳中和的新征程。

關(guān)于光伏建筑一體化(BIPV)

光伏建筑一體化(BIPV)，是應(yīng)用太陽能發(fā)電的一種新概念、新方法，依據(jù)建設(shè)地點的地理、氣候條件、建筑功能、周圍環(huán)境等因素進行規(guī)劃設(shè)計，確定建筑布局、朝向、間距、群體組合和空間環(huán)境，是將太陽能光伏發(fā)電方陣安裝在建筑的圍護結(jié)構(gòu)外表面來提供電力，將太陽能發(fā)電(光伏)產(chǎn)品集成到建筑上的技術(shù)。

根據(jù)光伏方陣與建筑結(jié)合的方式不同可分為兩大類:

第一類是光伏方陣與建筑的結(jié)合(BAPV)，這種方式是將光伏方陣安裝在已有建筑的屋頂、墻面等結(jié)構(gòu)上，不影響原有建筑物的功能。

第二類是光伏方陣與建筑的集成(BIPV)，這種方式是光伏組件以一種建筑材料的形式出現(xiàn)，光伏方陣成為建筑不可分割的一部分，如光電瓦屋頂、光電幕墻、光電采光頂、建筑陽臺光伏欄板、公共設(shè)施停車屋頂?shù)取?/p>

二者同時設(shè)計和施工，光伏發(fā)電組件成為建筑材料的一部分，同時具備發(fā)電和建材的雙重功能，形成光伏與建筑的統(tǒng)一體。

光伏方陣與建筑的集成(BIPV)是光伏建筑一種新型形式，它對光伏組件的要求較高。

光伏組件在滿足光伏發(fā)電功能要求的同時，還要兼顧建筑的基本功能要求，不影響光伏組件安裝部位的建筑功能，并與建筑協(xié)調(diào)一致，保持建筑統(tǒng)一和諧的外觀。

光伏建筑一體化(BIPV)的設(shè)計

光伏建筑一體化設(shè)計要點光伏組件形式

進行光伏建筑一體化設(shè)計時，首先應(yīng)考慮建筑外觀色彩，使之與建筑整體有機結(jié)合，與建筑周圍環(huán)境協(xié)調(diào)一致，使之總體和諧、美觀。

如果光伏幕墻BIPV組件與普通玻璃外觀色彩不協(xié)調(diào)，將影響整體立面外觀效果。

光伏建筑一體化能夠很方便地通過前板玻璃調(diào)色技術(shù)，與建筑玻璃深度融合，實現(xiàn)幕墻BIPV組件與玻璃色彩一致性，達到外觀上協(xié)調(diào)統(tǒng)一，但會使發(fā)電量有一定損失。應(yīng)用現(xiàn)場圖見圖1所示。

圖1 BIPV現(xiàn)場應(yīng)用圖

幕墻BIPV組件分類圖如圖2所示，對隔熱性能要求不高的窗間墻與采光頂區(qū)域采用基礎(chǔ)款，對隔熱性能要求高的使用中空款。

圖2 幕墻BIPV組件分類

可根據(jù)建筑專業(yè)的需要，增設(shè)彩色前板。在應(yīng)用于采光頂時，可采用彩色PVB膠片BIPV方案，不僅可以降低產(chǎn)品成本，還不會降低BIPV的光電轉(zhuǎn)換效率。

使用彩色前板玻璃會對產(chǎn)品功率造成一定折損，如表1所示為1200×600尺寸的三玻(相對于雙玻組件，增加了前板玻璃)，BIPV組件電性能參數(shù)見表1。

表1 三玻BIPV組件電性能參數(shù)

其次，進行光伏建筑一體化設(shè)計時，不僅要考慮幕墻透光率，還應(yīng)考慮光電轉(zhuǎn)化效率，一般采光頂選擇10%～20%透光可滿足需求，立面幕墻透光較高的區(qū)域選擇40%、50%透光即可。

布線形式

最后，在進行光伏建筑一體化設(shè)計時，應(yīng)注意布線形式。

幕墻有多種形式，不同形式的光伏幕墻在布線時，接線盒的位置、接線部位、布線形式會不一致，為了避免隨意性，可進行布線的適應(yīng)性選擇，光伏幕墻布線適應(yīng)性選擇可見表2。

表2?光伏幕墻布線適應(yīng)性選擇表

接線盒常見形式如圖3所示。

圖3接線盒常見形式

光伏電池組件的選擇光伏電池組件的類型

光伏電池組件的類型，目前市場上比較多見的為薄膜太陽能電池碲化鎘(CdTe)及單晶硅(Cz-Si)、多晶硅(mc-Si)太陽能電池。

薄膜太陽能電池碲化鎘結(jié)構(gòu)圖

碲化鎘薄膜太陽能電池是薄膜太陽電池中發(fā)展較快的一種光伏器件。

碲化鎘太陽能電池轉(zhuǎn)換效率達到了16%。碲化鎘薄膜太陽能電池導(dǎo)電膜采用透光性很好的SnO2:F，n型CdS窗口層，幾乎所有可見光都可以透過，P型CdTe做為吸收層，光吸收率極高，兩者疊加形成PN結(jié)，理論光電轉(zhuǎn)換效率高(≥28%)。

實際使用中，顯示組件溫度系數(shù)低，弱光效應(yīng)好，穩(wěn)定性高，熱斑效應(yīng)小，長期使用功率衰減率低，使用壽命可以長達50年。

單晶硅太陽能電池一般以P型單晶硅片為基片，目前在售產(chǎn)品，組件效率都在20%以上，制造技術(shù)比較成熟，結(jié)晶中缺陷較少，轉(zhuǎn)換效率相對較高，可靠性高，特性也較穩(wěn)定，但制造成本較高。

單晶硅太陽能電池

多晶硅太陽能電池也是用P型單晶硅片，組件電池的轉(zhuǎn)換效率為19%左右，多晶硅是正方形，在制作電池組件時有最高的填充率。多晶硅生產(chǎn)工藝簡單，性能穩(wěn)定，可大規(guī)模生產(chǎn)。

多晶硅太陽能電池

光伏電池組件的選擇方法

光伏電池組件地選擇依據(jù)太陽能輻射量、氣候特征、場地面積等因素，主要從以下幾個方面考慮。

• 應(yīng)考慮日照、溫度、濕度、揚塵等。

對于太陽能輻射量較低、散射分量較大環(huán)境溫度較高的地區(qū)薄膜太陽能電池組件比晶硅組件有優(yōu)勢，薄膜太陽能組件弱光效應(yīng)好，清晨、傍晚弱光條件下效果明顯優(yōu)于間接帶隙材料的晶硅電池。

對于太陽能輻射量較高、散射分量較大的地區(qū)，晶硅太陽電池比薄膜太陽電池有優(yōu)勢。

• 應(yīng)考慮安裝位置，安裝在屋頂上時，屋頂承重好的可以用晶硅，承重一般的可以用薄膜。做光伏幕墻時，薄膜比晶硅在建筑上應(yīng)用更加美觀。

• 從電池的轉(zhuǎn)換效率考慮，相比晶硅電池，CdTe由于溫度系數(shù)低、弱光效應(yīng)好、抗遮擋能力強等優(yōu)點，在同等裝機容量下，CdTe產(chǎn)品發(fā)電量較晶體硅產(chǎn)品高。

• 從性價比考慮，晶硅的造價比薄膜要低，薄膜的造價高一點，收回成本的期限也要再長一點。

在設(shè)計BIPV建筑時特別要考慮電池板本身的電壓、電流是否方便光伏系統(tǒng)設(shè)備選型。

建筑物的外立面有可能是由一些大小、形式不一的幾何圖形組成，這會造成組件間的電壓、電流不同，因此應(yīng)與建筑專業(yè)密切配合，對建筑立面進行分區(qū)及調(diào)整分格，使BIPV組件接近標準組件電學(xué)性能，同時也可以采用不同尺寸的電池片來滿足分格的要求，選擇最為匹配的產(chǎn)品，以最大限度地滿足建筑物外立面效果。

BIPV采用光伏幕墻方式時的試驗測試防冰雹、霰彈撞擊試驗測試

經(jīng)過試驗，光伏玻璃可達到從安裝支架上不脫落，沒有飛濺的玻璃碎片，不產(chǎn)生破損的洞，安全性能沒有問題。

濕漏電流試驗測試

通過模擬下雨、下雪的氣候造成的濕氣進入組件內(nèi)部后，對電路引起腐蝕漏電或安全事故的影響。經(jīng)過試驗，BIPV光伏玻璃組件電流密度小，即使處于惡劣環(huán)境，也能正常工作，并且在光電建筑上安裝關(guān)斷器，從而杜絕火災(zāi)的發(fā)生，保證建筑安全。

弱光性試驗測試

通過科學(xué)實驗發(fā)現(xiàn)，BIPV光伏玻璃組件還具備弱光發(fā)電優(yōu)勢。即使在自然光照較弱條件下，光伏組件依然能實現(xiàn)光電轉(zhuǎn)化，保證穩(wěn)定供電。

總結(jié)

隨著新能源的不斷發(fā)展和城市節(jié)能減排、綠色環(huán)保需求的日益增加，太陽能光伏建筑一體化越來越成為太陽能應(yīng)用發(fā)電的新潮流。

BIPV是實現(xiàn)建筑物的綠色、節(jié)能、環(huán)保的解決方案之一，在“碳達峰”“碳中和”政策背景下BIPV光伏建筑一體化發(fā)展空間廣闊，并且有著巨大的市場潛力。

推動建筑邁向近零能耗是全球的發(fā)展趨勢，BIPV光電一體化建筑不僅節(jié)能，還能減排，這就是現(xiàn)在要完成建筑領(lǐng)域“雙碳”目標做好的技術(shù)跟產(chǎn)品。未來，將會看到更多的光伏幕墻、光復(fù)屋頂、光伏窗戶、光伏棚出現(xiàn)在身邊。為建筑賦能，讓城市更美，讓生活更美好。

環(huán)保需求的日益增加，太陽能光伏建筑一體化越來越成為太陽能應(yīng)用發(fā)電的新潮流。

BIPV是實現(xiàn)建筑物的綠色、節(jié)能、環(huán)保的解決方案之一，在“碳達峰”“碳中和”政策背景下BIPV光伏建筑一體化發(fā)展空間廣闊，并且有著巨大的市場潛力。推動建筑邁向近零能耗是全球的發(fā)展趨勢，BIPV光電一體化建筑不僅節(jié)能，還能減排，這就是現(xiàn)在要完成建筑領(lǐng)域“雙碳”目標做好的技術(shù)跟產(chǎn)品。

未來，將會看到更多的光伏幕墻、光復(fù)屋頂、光伏窗戶、光伏棚出現(xiàn)在身邊。為建筑賦能，讓城市更美，讓生活更美好。

來源：網(wǎng)絡(luò)

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