光伏建筑一体化( BIPV )发电系统的技术进展[1]

光伏建筑一体化光伏建筑一体化（（BIPVBIPV）发电系统的技）发电系统的技术进展术进展郑鸿生郑鸿生广东金刚玻璃科技股份有限公司广东金刚玻璃科技股份有限公司20092009--33概述概述„„光伏建筑一体化光伏建筑一体化(BIPV)(BIPV)的定义的定义„„国内外光伏建筑进展国内外光伏建筑进展„„BIPVBIPV建筑示范建筑示范„„双玻璃光伏组件的优点双玻璃光伏组件的优点„„建筑规范的安全要求建筑规范的安全要求„„建议与问题建议与问题„„结束语结束语光伏建筑一体化光伏建筑一体化(BIPV)(BIPV)的定义的定义光伏建筑一体化光伏建筑一体化(BIPV)(BIPV)是将光伏组件或材料集成到是将光伏组件或材料集成到建筑上，使其成为建筑物不可分割的一部分，光伏组件建筑上，使其成为建筑物不可分割的一部分，光伏组件发挥遮风、挡雨、隔热等功能，拿开光伏组件之后建筑发挥遮风、挡雨、隔热等功能，拿开光伏组件之后建筑将失去这些功能。将失去这些功能。BIPVBIPV与与BAPVBAPV的区别的区别光伏建筑一体化(BIPV)与普通的将光伏组件或系统简单附着在建筑上(简称为BAPV)的应用方式的昀大不同点在于：它已作为建筑物必不可少的一部分发挥着建筑材料的作用。而BAPV建筑中的组件只是通过简单的支撑结构附着在建筑上，拿开光伏组件后，建筑功能仍完整。BIPVBIPV与与BAPVBAPVBAPV案例BIPV案例BAPV是通过简单的支撑结构将光伏组件附着安装在建筑上的形式，不会增加建筑的防水、遮风的性能。而且BAPV会增加建筑负载，影响建筑整体效果。另外，对建筑物表面来说，BAPV还存在重复建设的问题，浪费了建筑材料。BAPV光伏组件附着在建筑上光伏组件附着在建筑上BAPVBAPV国内外光伏建筑进展国内外光伏建筑进展早期光伏建筑以BAPV的形式为主。近期光伏建筑以BIPV为主。BAPV光伏组件通过简单的支撑结构安装在建筑上，光伏组件与建筑结合得不够紧密。随着技术的进步，BIPV建筑艺术品越来越多。因为BIPV相对BAPV更漂亮、更贴近生活、更融入环境、示范效果更好。国内外光伏建筑进展国内外光伏建筑进展国内外光伏发展动态国内外光伏发展动态„由于光伏建筑一体化（BIPV）能够节约用地、就近发电就近使用、减少输电损耗、提高电网稳定性，BIPV项目在国内外应用变得越来越广泛。„业界预测：２１世纪初期，世界对光伏玻璃幕墙的需求年增长率将会稳定保持在２０％左右，到２０１０年，世界光伏工程中的光伏玻璃幕墙组件需求将会上升到１６００万平方米。BIPVBIPV建筑示范建筑示范德国柏林火车站柏林火车站光伏采光顶底部局部柏林火车站光伏采光顶底部局部柏林火车站光伏采光顶底部细节柏林火车站光伏采光顶底部细节BIPVBIPV建筑示范建筑示范香港圣保罗小学双玻璃光伏采光顶（本公司产品）科威特Warba保险大楼双玻璃光伏遮阳篷BIPVBIPV建筑示范建筑示范光伏玻璃采光顶光伏玻璃采光顶BIPVBIPV建筑示范建筑示范深圳万科城点式结构屋顶（本公司产品）德国玻恩Rheinbach,IPS办公室光伏采光顶系统光伏采光顶系统BIPVBIPV建筑示范建筑示范光伏玻璃采光顶BIPVBIPV建筑示范建筑示范光伏玻璃幕墙BIPVBIPV建筑示范建筑示范沈阳恒隆地产中街广场BIPV建筑示范光伏玻璃遮阳瑞士苏黎世机场光伏遮阳系统瑞士苏黎世机场光伏遮阳系统PVBPVB干法夹胶双玻璃光伏组件的优点干法夹胶双玻璃光伏组件的优点„„强度满足建筑规范的要求。它是在建筑夹层安全强度满足建筑规范的要求。它是在建筑夹层安全玻璃的基础上衍生出来的新型建筑材料，符合建玻璃的基础上衍生出来的新型建筑材料，符合建筑的安全性要求。筑的安全性要求。„„相对相对EVAEVA夹胶的光伏组件，有更好的耐候性。夹胶的光伏组件，有更好的耐候性。„„具有良好的透光性能、建筑美学性。具有良好的透光性能、建筑美学性。„„作为玻璃幕墙面板，可节约昂贵的外装饰材料，作为玻璃幕墙面板，可节约昂贵的外装饰材料，增强幕墙建筑的外观魅力，保留了原有幕墙建筑增强幕墙建筑的外观魅力，保留了原有幕墙建筑透光性能，减少照明用电。透光性能，减少照明用电。建筑规范的安全要求建筑规范的安全要求建筑物需要以玻璃作为建筑材料的下列部位必须使用安全玻璃：1、7层及7层以上建筑物外开窗；2、面积大于1.5㎡的窗玻璃底边离昀终装修面小于500mm的落地窗；3、幕墙；4、倾斜装配窗、各类天棚（含天窗、采光顶）、吊顶；5、观光电梯及其外围护；6、阳台、平台栏板；7、公共建筑物的出入口、门厅等部位；8、易遭受撞击，冲击而造成人体伤害的其他部位。BIPVBIPV组件的安全性能要求组件的安全性能要求„„德国对幕墙安全玻璃有严格要求，不允许采用德国对幕墙安全玻璃有严格要求，不允许采用EVAEVA和湿法灌胶工艺代替和湿法灌胶工艺代替PVBPVB层压安全玻璃建筑。层压安全玻璃建筑。„„中国建设部中国建设部19971997年批准实行的年批准实行的《《玻璃幕墙工程技玻璃幕墙工程技术规范术规范》》中，规定了夹层安全玻璃生产应采用中，规定了夹层安全玻璃生产应采用PVBPVB干法工艺。干法工艺。„„即将出台的即将出台的《《民用建筑太阳能光伏系统应用技术民用建筑太阳能光伏系统应用技术规范规范》》也明确规定了双玻璃光伏建筑组件的夹胶也明确规定了双玻璃光伏建筑组件的夹胶层应为层应为PVBPVB。。因此，从安全性能方面考虑，作为因此，从安全性能方面考虑，作为BIPVBIPV的更的更倾向于选择倾向于选择PVBPVB作为其中间夹层。作为其中间夹层。BIPVBIPV组件的安全性能要求组件的安全性能要求————冲击实验冲击实验BIPVBIPV组件的安全性能要求组件的安全性能要求————冲击实验冲击实验以下是采用以下是采用PVBPVB和和EVAEVA封装的光伏组件的钢球封装的光伏组件的钢球落球冲击对比试验结果：落球冲击对比试验结果：EVA膜夹层组件破裂且穿透PVB膜夹层组件仅出现破裂BIPVBIPV组件的安全性能要求组件的安全性能要求————抗风压实验抗风压实验BIPVBIPV组件的安全性能要求组件的安全性能要求————机械载荷实验机械载荷实验按建筑挠度要求进行机械荷载实验外观图并网发电原理图金刚建筑一体化示范——光伏采光顶金刚建筑一体化示范采光顶光伏并网采光顶采用逆变器构成发电系统项目设计和计算依据：项目设计和计算依据：„„《《建筑结构荷载规范建筑结构荷载规范》》GB50009GB50009--20012001„„《《钢结构设计规范钢结构设计规范》》GBJ50017GBJ50017--20032003„„《《玻璃幕墙工程技术规范玻璃幕墙工程技术规范》》JGJ102JGJ102--20032003„„《《建筑幕墙建筑幕墙》》JG3035JG3035--9696„„《《建筑结构静力计算手册建筑结构静力计算手册》》（第二版）（第二版）„„《《建筑幕墙物理性能分级建筑幕墙物理性能分级》》GB/T15225GB/T15225--9494„„《《建筑幕墙风压变形性能检测方法建筑幕墙风压变形性能检测方法》》GB/T15227GB/T15227„„《《建筑幕墙雨水渗漏形性能检测方法建筑幕墙雨水渗漏形性能检测方法》》GB/T15228GB/T15228„„《《建筑幕墙空气渗透形性能检测方法建筑幕墙空气渗透形性能检测方法》》GB/T15226GB/T15226„„《《建筑结构抗震规范建筑结构抗震规范》》GBJ11GBJ11--8989„„《《建筑设计防火规范建筑设计防火规范》》GBJ16GBJ16--8787（修订本）（修订本）„„《《高层民用建筑设计防火规范高层民用建筑设计防火规范》》GB50045GB50045„„《《民用建筑隔声设计规范民用建筑隔声设计规范》》GBJ118GBJ118--8888„„《《民用建筑热工设计规范民用建筑热工设计规范》》GB50176GB50176--9393„„《《建筑幕墙窗用弹性密封剂建筑幕墙窗用弹性密封剂》》JC485JC485--9292„„《《建筑玻璃应用技术规程建筑玻璃应用技术规程》》JGJ113JGJ113--20032003金刚建筑一体化示范采光顶金刚建筑一体化示范采光顶光伏组件在点式结构中应用金刚建筑一体化示范采光顶组件连接节点图金刚建筑一体化示范采光顶屋顶电站通风节点图光伏屋顶电站效果图金刚建筑一体化示范采光顶电气系统设计如下：1、监测系统设计2、防雷接地设计包括：防直击雷设计、防感应雷设计。3、并网保护设计包括：过/欠电压频率保护、防孤岛效应、恢复并网、短路保护、隔离保护、逆向功率保护设计符合GB/T19939-2005、SJ/T11127-1997的规定。金刚建筑一体化示范采光顶运行效果运行效果：：4064084104124144164184204224240:004:489:3614:2419:120:00Timekwh发电量-200002000400060008000100001200014000160000:004:489:3614:2419:120:00TimeA电流值-5000500100015002000250030000:004:489:3614:2419:120:00TimeW功率值2222242262282302322342360:004:489:3614:2419:120:00timeV电压值系统发电量曲线组件电流曲线系统功率曲线系统电压曲线金刚建筑一体化示范采光顶49.9249.9349.9449.9549.9649.9749.9849.995050.0150.0250.030:004:489:3614:2419:120:00timeHz频率运行效果运行效果：：发电频率曲线该电站从建成日起，运行平稳，各项工作参数均正常，达到了预定的目的。建议与问题建议与问题„„BIPVBIPV并网应用工程不需要另占土地；能节省光伏系统并网应用工程不需要另占土地；能节省光伏系统的支撑结构、省去输电费用；光伏阵列可代替常规建筑的支撑结构、省去输电费用；光伏阵列可代替常规建筑材料，节省材料费用；安装与建筑施工结合，节省安装材料，节省材料费用；安装与建筑施工结合，节省安装成本；利用建筑物发电并入电网，减少电力传输的损成本；利用建筑物发电并入电网，减少电力传输的损耗。是值得政府支持和推广。耗。是值得政府支持和推广。„„建造建筑一体化的光伏系统，必须按建筑安全规范的要建造建筑一体化的光伏系统，必须按建筑安全规范的要求设计和安装。一个绿色环保、节能、安全的光伏建筑求设计和安装。一个绿色环保、节能、安全的光伏建筑一体化的建造，需要引起业界的关注。一体化的建造，需要引起业界的关注。„„建筑外墙的设计一般建筑外墙的设计一般1010--2020年，甚至年，甚至3030年以上，其对年以上，其对于建筑一体化幕墙组件的发电和安全性能设计是否能够于建筑一体化幕墙组件的发电和安全性能设计是否能够达到建筑物要求的年限，也是值得我们去进一步思考。达到建筑物要求的年限，也是值得我们去进一步思考。结束语结束语国家可再生能源中长期发展规划提出，到国家可再生能源中长期发展规划提出，到20102010年光伏发电年光伏发电累计装机达到累计装机达到300MWp300MWp，，20202020年达到年达到1.8GWp1.8GWp。虽然这个目。虽然这个目标比较保守，但如果国家政策加以支持，相信会有更快的发标比较保守，但如果国家政策加以支持，相信会有更快的发展。我国的建筑众多，建筑构造如果充分考虑环境能源技术，展。我国的建筑众多，建筑构造如果充分考虑环境能源技术，在光伏产品特别是可用于在光伏产品特别是可用于BIPVBIPV的双玻璃光伏组件，这个既环保的双玻璃光伏组件，这个既环保又能发电的绿色建材产品是值得推荐。借鉴欧洲、日本、美国又能发电的绿色建材产品是值得推荐。借鉴欧洲、日本、美国等国家，在建筑主体的设计前阶段，将太阳能的利用与建筑设等国家，在建筑主体的设计前阶段，将太阳能的利用与建筑设计融合于一体的做法，充分利用