光伏建筑一体化技术应用研究

光伏建筑一体化技术应用研究

成松

身份证号码：6124231983****0018

摘要：光伏建筑一体化（Building Integrated Photovoltaic,BIPV）将光伏发电技术与建筑相结合，在充分发挥建筑结构特性的同时,提高太阳能的利用效率。这样既能满足日常生活用能需求，又能提高建筑空间的使用效率，同时还能保护生态环境。BIPV具有安全可靠、低碳环保的特性，是当前最符合绿色建筑发展趋势的技术模式。BIPV的光伏系统以其技术成熟和价格低廉的优点，尤其适用于绿色建筑。系统中的光伏组件除了能够产生电力外，还具有其他功能，如隔热、抗气候和遮蔽等。采用BIPV技术可以有效降低混凝土和钢材等建材的用量,间接降低建筑碳排放量。在建筑中应用BIPV技术，既能满足自身的电力需求,又能产生额外的能源收益，对建筑物自身以及环境的可持续发展都具有重要意义。综上，BIPV具有广泛的应用前景，由于此技术是一种新技术，发展时间较短，缺乏设计和安装经验，而且在应用过程中存在不足。因此，需要探索一种完善且合理的BIPV技术，并将其推广到其他领域,是推动我国建筑行业绿色发展的重要途径。

关键词：光伏建筑；一体化技术；应用研究

中图分类号： TU18         文献标识码：A

引言

分析了光伏一体化技术在建筑工程中的应用方法，详细阐述了在系统选型、一体化形式选择等诸多方面的技术要点。结合光伏建筑一体化技术应用难点，探索了技术创新的优化路径。旨在建立光伏建筑一体化技术体系，改善光伏建筑一体化应用条件，为光伏一体化技术的应用和推广奠定基础。

1光伏建筑一体化的概述

1.1光伏建筑一体化的定义和原理

光伏建筑一体化是一种将太阳能光伏电池板无缝集成到建筑结构中的技术方法，使建筑物本身成为可再生能源的发电设备。它通过将光伏电池板融入建筑的外墙、屋顶、窗户等部位，实现建筑外观和功能与能源生产的完美融合。在光伏建筑一体化中，光伏电池板被设计成可以替代传统的建筑材料，如玻璃、砖瓦等。这些电池板由多个光伏电池单元组成，每个光伏电池单元都能够将太阳能光线转化为直流电能。光伏电池板通常采用硅材料，如单晶硅、多晶硅或非晶硅。通过光伏效应，当太阳光照射到光伏电池板上时，光子的能量被电池吸收，激发电子从价带跃迁到导带，产生电流。

1.2光伏建筑一体化在碳中和背景下的重要性

光伏建筑一体化在碳中和背景下具有重要性，主要体现在以下几个方面。①减少温室气体排放：光伏建筑一体化能够利用太阳能光伏电池板将光能转化为电能，减少对传统能源的依赖，从而降低燃煤、燃油等传统能源的使用量，进一步减少温室气体的排放，有助于应对气候变化和全球暖化的挑战。②实现建筑自给自足：光伏建筑一体化可以使建筑物自身成为能源生产者，通过建筑表面的光伏电池板产生的电能满足建筑内部的用电需求。③提升能源效率：光伏建筑一体化利用建筑外墙、屋顶、窗户等空间来安装光伏电池板，最大限度地利用了建筑的表面积，提高了能源利用效率。这有助于减少能源浪费，优化能源管理，降低能源消耗的同时提供更清洁的能源供应。④增强建筑的环境友好性：光伏建筑一体化可以与建筑的设计和美学要求相协调，提升建筑的环境友好性。通过将光伏电池板无缝融入建筑外观和结构中，不仅实现了能源的可持续利用，还为建筑赋予了新的科技感和绿色形象，彰显了可持续建筑的价值。

2光伏建筑一体化技术应用

2.1确定一体化形式

光伏建筑一体化形式包括光伏屋顶、光伏幕墙、光伏采光瓦、光伏遮阳板等，各类形式的适用范围、应用表现不尽相同。考虑到建筑建设规模小、楼层少、光伏阵列安装面积小，光伏幕墙等一体化形式缺乏应用条件，可采取平屋顶一体化、坡屋顶一体化、立面一体化三种形式，具体如下。（1）平屋顶一体化：屋顶部位设置混凝土基座，基础上固定摆放光伏支架与搭建光伏阵列，也可以通过锚栓固定支架，光伏阵列和建筑结构层相互连接，施工操作会破坏屋面构造的防水层与保温层，施工难度较大。在光伏组件安装期间，常利用阵列式、整体式两种安装方式。其中，阵列式需根据实际情况计算最佳间距和倾角，将组件布置在带有基座的单排支架上，这种安装方式较常见。整体式需在建筑屋顶基座上安装大角度支架，确定最佳间距与倾角后，将光伏组件整齐安装在大角度支架上，可以布置更多光伏组件[2]。（2）坡屋顶一体化：采取坡屋顶构造的建筑，重点考虑光伏组件接收太阳辐射倾角来确定屋面坡度，一般情况下利用南向坡面，沿屋面倾斜角度布置光伏组件。主要采取镶嵌式安装方法，预先组装光伏组件和支架，将光伏阵列和建筑屋顶结构相互连接，将光伏阵列牢固嵌入屋顶，施工完后需修复屋顶保温层与防水层，避免光伏组件在风荷载影响下被吹落。此外，也可选择配备光伏瓦，产品种类包括光伏陶瓷瓦、双玻汉瓦、单玻三曲瓦等，利用光伏组件替代建筑表皮。建筑土建施工期间，以光伏瓦作为屋面材料，屋面防水层、保温层铺设就位后，铺贴光伏瓦作为外保护层与装饰材料，有利于改善屋面外立面效果、减少屋顶荷载量，但造价较高。（3）立面一体化：以建筑外墙作为光伏阵列布置区域，光伏组件依附墙体安装，也可以利用新型光伏墙体取代普通的砖混墙体。由于建筑窗墙比较大，一些居民喜欢在建筑立面悬挂食物，立面一体化形式并未得到广泛应用。依附式结合是在墙体基面上安装基座，在建筑内安装光伏组件外挂，其形式简单、易于安装。建筑层数超过1层的建筑可以利用窗间墙面、雨棚上方空间布置光伏组件，整合建筑墙体结构与光伏组件。该方法源于阳光房理念，在墙体上预留带有内凹陷的拼接槽，固定设置一体成型的拼接块，拼接块由光伏板主体、安装块、定位杆等部分组成，将建筑立面塑造为鱼鳞、百叶等造型，其立面美观、可利用面积大，但造价较高。

2.2 并网逆变器的技术要点

在光伏建筑一体化系统运行中离不开并网逆变器，项目光伏系统采用低压并网技术，光伏阵列产生的直流电经并网逆变器，进而得到交流电。之后交流电传输到值班室内的公共照明配电箱。技术要点如下：首先，由于同期控逆变器内置了电网保护装置，并且通过实时采集相位信号和外部电网电压，在闭环控制条件下系统开始输出电压，让相位同步外部电网；其次，随着外部电网停止输电供电也停止，恢复电网供电时，持续检测电网信号，再运行逆变器，一般2s~90s即可重新运行；其三，为保证转换效率，选择最大功率跟踪技术，当日照强度和环境温度波动，光伏电池输出电流和电压出现非线性关系变化，导致输出功率随之改变，这一阶段逆变器开始调节光伏组件的发电电流与电压，在最大功率输出工况下支持整个光伏系统。

2.3合理选择光伏组件

在BIPV的应用过程中,应充分利用光伏发电技术,将具有节能和透光等多种特性的材料与建筑的不同部位有机结合起来,从而达到节能减排的目的。要想在城镇住宅中最大限度发挥BIPV技术的应用价值,要明确该技术在住宅中的应用要求,并进行合理的设备选型。这样不仅能够满足城镇住宅的发电需求,而且能够确保建筑材料的实用性。建筑师在使用太阳能采光顶棚和光伏幕墙等光伏组件时,除了要充分利用太阳能资源,还要分析光伏组件的性能,以便实现预先设定的目标。一些光电模块能够快速将光能转换为电能,而且不受外部环境的干扰,实现高效发电。目前,部分太阳能电池板的转换过程较慢,其对太阳光的吸收能力不强,转化的能量较少。因此,建筑设计师要对光电模块进行细致的性能分析,从现实出发,确保光电模块与居住环境相匹配,从而达到节能降耗的目的。太阳能建筑集成模块与普通的平板太阳能电池模块有很大的区别。光伏与建筑的集成对光伏模块提出了更高的要求,既要将太阳能转换为电能,又要满足住宅的绿色、低碳和节能等要求,还要具备保暖、防水和装饰功能。此外,BIPV对太阳能电池板的强度和硬度等提出了更高要求。更高的强度和硬度能够降低建设过程中对光伏部件的损伤,从而避免资源浪费,保证建材的高效利用,使建筑符合新时期的绿色发展理念。光伏发电与一般的发电方式有很大的区别,它以太阳能为能源,利用光电模块将采集到的太阳能转换为电能,为住宅供电。光伏模块与建筑的集成,会受到多种因素的影响。随着太阳能电池技术的不断升级和更新,太阳能电池模块的种类逐渐增加。因为每个住宅小区的地理位置不同,所以太阳光的照射范围有差异。针对这一情况,建筑设计师必须根据不同地区的实际情况和地域特点,因地制宜地使用太阳能电池模块,从而达到理想的发电效果。

2.4防雷设计要点

防雷设计中主要选择防直击雷和防感应雷，光伏组件的金属支架与避雷带连接，防雷引下线与其他金属构件连接。此外，防感应雷设计中，直流汇线箱和交流配电柜部位设置防雷保护装置。

2.5 监测系统设计

逆变器在光伏建筑一体化系统运行中具有不可替代的作用，监测系统可以自动采集日照、温度等参数，还能对控制器和风力传感器中的数据加以采集，之后根据采集的数据评估系统运行情况。如果自动检测系统运行效率不高或者出现故障，维护人员得到信号提示，集中管理每个逆变器，高质量开展系统维护工作。本项目将大屏幕显示器安装在会所大门入口，传输光伏建筑一体化系统发电信息，包括直流电和交流的电压、直流电和交流的电流、实时发电量、历史发电量，最后根据发电量评估节能效果，业主方分析光伏建筑一体化系统运行效果和经济效益。

结束语

  BIPV系统我国城市建筑节能减排的重要发展方向。要想使光伏建筑在未来能够有效运行,就必须充分掌握BIPV技术,并因地制宜地对其进行利用。建筑企业要提高对光伏建筑一体化项目的重视程度，提高光伏设施运行效率，降低建筑物的运行能耗。技术人员需掌握光伏一体化技术操作要点，重视系统选型、结合形式选择、确定技术参数、设备选型等方面的操作方法，并落实具体的质量控制策略，给建筑建设质量提供技术保障。

参考文献

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[2]林骞.光伏建筑一体化技术的应用[J].居舍,2019,(30):63.

[3]李朋超.光伏建筑一体化技术的应用[J].安装,2019,(04):61-64.

[4]赵伟,俞天琦.光伏建筑一体化设计研究及应用[J].建筑与文化,2017,(02):137-138.