光伏建筑一体化设计中BIM技术的应用

光伏建筑一体化设计中BIM技术的应用

谢旋

武汉光谷环保科技股份有限公司   湖北省武汉市   430000

摘要：光伏建筑将光伏发电与建筑系统进行融合，赋予了建筑额外的发电功能，有利于降低建筑物能耗，表现出环境友好的属性。BIM技术作为建筑领域用于创建建筑模型和集成建筑信息的重要技术，光伏建筑一体化设计可以通过模型的构建，来帮助设计人员更好的掌握一体化设计的方式，优化光伏布局，确保光伏组件与建筑的有机结合。本文以光伏建筑一体化设计为切入点，重点分析了BIM技术在光伏建筑一体化设计中的应用，旨在推动光伏发电系统与建筑设计之间的协调，提高光伏建筑一体化设计的效果。

关键词：光伏建筑一体化；一体化设计；BIM技术

现阶段，随着全球环境问题的日益加剧和能源危机的日渐严重，使得人们对建筑也提出了绿色可持续发展的要求，尤其是对可再生能源的利用方面，也更为迫切。光伏建筑一体化将光伏发电系统与建筑系统相结合，具有明显的绿色低碳、节能环保优势，其设计工作也受到了普遍关注。但光伏建筑一体化设计是一项复杂的工作，传统的设计手段存在一定的局限性，无法将光伏组件与建筑体系进行完美融合。BIM技术则不同，其拥有构建信息模型及协同设计等方面的优势，能够为光伏建筑一体化设计提供了可靠的技术支持。

1.光伏建筑一体化设计基本概述

光伏建筑一体化，顾名思义指的是将光伏组件集成到建筑体系中，促使其成为建筑的一部分，并通过光伏发电为建筑提供可再生能源，降低建筑能耗。光伏建筑一体化设计并不是将光伏组件与建筑体系进行简单的组合，而是将光伏组件完美集成到建筑结构设计中。在这一系统中，光伏组件可以安装在屋顶、幕墙、天窗等可以接受光照的部位，不仅能够利用阳光辐射进行发电，供给建筑自身进行使用，同时也能够充当建筑材料，起到一定的隔热、挡风等作用，并满足建筑美观性和功能性方面的要求[1]。

BIM技术在光伏建筑一体化设计中有着极为广阔的应用空间，其所构建起来的精确建筑信息模型，能够在虚拟的环境中对光伏矩阵和建筑结构的结合进行模拟，这将有助于更好的对光伏矩阵的布局进行调整，真正意义上实现一体化设计。不仅如此，BIM技术还具备信息集成和共享上的优势，可以将光伏矩阵信息与建筑基础信息进行整合，形成信息平台，方便设计时的沟通和协作，减少信息误差，提高设计的质量。

2.BIM技术在光伏建筑一体化设计中的应用

建筑供电网络极为复杂，光伏系统作为重要的供电来源，其光伏组件不同的参数，可能会产生不同的效果，尤其是光伏的合理布局，将会直接对光伏系统的功率产生影响。BIM技术的应用，构建标准化的光伏BIM模型，有助于优化光伏系统性能参数设置，推动光伏系统的合理化设计，满足项目设计的要求。

2.1光伏组件的选型

目前市面上有单晶硅、多晶硅等多种类型光伏电池，不同类型的光伏电池在设计、制造及性能上存在着极为明显的差异，如透光性差异、转化效率差异等。因此光伏建筑一体化设计中，如何选择太阳能电池进行集成应用也成了一个重要难题。BIM技术的应用，可以实现对不同光伏电池性能参数的比较，使得其能够根据建筑的实际需要，来灵活选择合适透光率和转化率的光伏电池。而不同类型的光伏电池，也能够在同一模型中对相关属性进行体现，从而基于串联数计算和并联数计算规则，来对光伏电池进行组串设计，明确光伏电池的排列布局。比如说，阳台雨棚对透光性要求较高，可选择透光率较高的非晶硅薄膜电池进行应用。

2.2朝向及倾角的确定

光伏组件朝向及倾角的确定属于设计中的重要问题。光伏组件需要接受光照来转化为电能，而朝向与倾角的不同，会使得光伏组件受光能力不一，若是单纯迎合太阳光照放大倾角，则又会对建筑美观性及构件的功能性造成影响。因此需要通过综合分析来确定光伏组件的朝向及倾角的最优解[2]。BIM技术通过模型的构建，可用以执行太阳路径分析，从而确定建筑在不同时刻受太阳光照情况的变化，基于此调整光伏组件朝向及倾角的调整，将有助于最大化实现对太阳能的收集和转化。不仅如此，BIM模型还能够进行阴影分析，根据建筑所处环境特征，确定建筑受阴影遮罩时间，从而调整光伏朝向及倾角，保证最大化的光伏利用效果。光伏建筑一体化设计中，常用Ecotect软件来进行阴影分析，通过置入建筑模型及地理位置有关信息，便可自动对建筑全天光照情况进行分析，为光伏组件的优化提供参考。

2.3逆变器选择

逆变器是光伏系统中至关重要的组成部分，其负责将光伏组件所产生的直流电转化为交流电供建筑进行使用。BIM技术在逆变器的选择方面也有着极为重要的应用，其提供了光伏系统的三维数字模型，这使得设计人员能够可视化、可模拟的进行逆变器的选择，确保逆变器与光伏系统的匹配度。具体而言，BIM技术可用以对光伏系统的逆变器容量需求进行计算，从而选择合适容量的逆变器。同时在空间布局上，可以基于电力系统的数据，获取建筑内部电力系统结构，模拟不同的接入点，寻求最为合适的接入位置。从而在这一基础上，对逆变器安装位置进行优化，最大限度的实现高效的布线和维护。不仅如此，BIM技术还能够在逆变器选定后，对逆变器的功率比进行验证，以确定与光伏阵列的匹配度，确保在各种天气状况下，都能够使用光伏系统进行发电

[3]。

2.4建筑能耗评估

建筑能耗指标决定了建筑能耗水平，其评估结果将决定光伏建筑能否在能耗上自给自足。BIM 模型可以与能耗建模软件集成，以模拟建筑物的能耗性能。这有助于设计人员评估光伏系统的发电量和对建筑物整体能耗的影响。详细而言，BIM模型与能耗软件之间形成数据交换通道，从而导出与建筑能耗相关的材料、几何及系统信息，如建筑围护结构、光伏系统等。借助于导入数据，进一步构建光伏建筑的能耗模型，并将建筑材料、气候等条件考虑在内，使用模拟算法来计算建筑物的能耗。而基于光伏系统的安装信息，软件可以同时计算光伏系统的发电量，通过两者之间的对比分析，便可评估光伏建筑能耗性能。当光伏系统发电量高于建筑全年能耗的情况下，建筑便可在能耗上实现自给自足，并实现向电网的输送电[4]。基于建筑能耗数据，生成详细的能耗分析报告，显示建筑物的能耗分布、光伏系统的发电量以及对整体能耗的影响，设计人员可以根据这些分析结果，进一步对光伏系统的设计进行优化。

结束语：

综上所述，BIM 技术已成为光伏建筑一体化设计中必不可少的工具。通过提供一个三维数字模型，将光伏建筑有关方面的信息进行充分的显现，使设计人员能够可视化、模拟和优化光伏建筑一体化系统的各个方面，如光伏组件选择、朝向及倾角优化等，最大限度提高光伏体系与建筑结构之间的完美结合，创造出绿色低碳、节能环保的新型建筑。

参考文献：

[1]谭骏跃. 绿色建筑中光伏建筑一体化系统的设计及应用探讨[J]. 智能建筑与智慧城市, 2023, (12): 103-105.

[2]李莉. BIM技术在光伏建筑一体化设计中的应用[J]. 电池, 2023, 53 (04): 477-478.

[3]赵家敏. 光伏建筑一体化（BIPV）的设计与应用[J]. 工业建筑, 2023, 53 (01): 259.

[4]朱贝丽. 光伏建筑一体化（BIPV）低碳设计研究[D]. 苏州科技大学, 2022.