关于对光伏建筑一体化（BIPV）技术的研究分析

摘要：绿建节能方向标，对光伏BIPV技术的设计、实施和落地经验，被动式超低能耗建筑与零碳建筑的案例分享。

关键词: 光伏建筑一体化美观低能耗组件安装

光伏建筑一体化 (BIPV) 是一种光伏材料，用于替代部分建筑围护结构中的传统建筑材料。住宅建筑师和建筑商也开始将光伏材料整合到住宅的外部。BIPV 可以作为幕墙、镶板、阳台或遮阳板连接到住宅。此外，可以使用 PV 视觉玻璃代替传统的双窗格窗户和天窗，以提供电力和透明度。是将太阳能光伏发电方阵安装在建筑的围护结构外表面来提供电力，将太阳能发电(光伏)产品集成到建筑上的技术。依据建设地点的地理、气候条件、建筑功能、周围环境等因素进行规划设计，确定建筑布局、朝向、间距、群体组合和空间环境，是将太阳能光伏发电方阵安装在建筑的围护结构外表面来提供电力，将太阳能发电(光伏)产品集成到建筑上的技术。

1.光伏采光天窗介绍

几种类型的光伏材料可以集成到玻璃中。例如，特殊的太阳能光伏玻璃块可以用来代替传统的玻璃块。这些玻璃块包含带有专用光学器件的太阳能电池，可将光聚焦到 PV 材料上。

BIPV 系统的优点包括：不需要额外的土地，减少建筑能耗，并且可以以可忽略的传输损耗传输能量。BIPV 系统的一些障碍可能包括 BIPV 产品的成本、维护以及缺乏使用 BIPV 技术进行设计的知识。BIPV 的安装还需要多个建筑行业的合作，例如电工、屋顶工、建筑师和工程师。

2.根据光伏方阵与建筑结合的方式不同分类

第一类是光伏方阵与建筑的结合(BAPV)，这种方式是将光伏方阵安装在已有建筑的屋顶、墙面等结构上，不影响原有建筑物的功能。

第二类是光伏方阵与建筑的集成(BIPV)，这种方式是光伏组件以一种建筑材料的形式出现，光伏方阵成为建筑不可分割的一部分，如光电瓦屋顶、光电幕墙、光电采光顶、建筑阳台光伏栏板、公共设施停车屋顶等。

二者同时设计和施工，光伏发电组件成为建筑材料的一部分，同时具备发电和建材的双重功能，形成光伏与建筑的统一体。光伏方阵与建筑的集成(BIPV)是光伏建筑一种新型形式，它对光伏组件的要求较高。

2.太阳能屋顶

可以安装太阳能屋顶，一些 BIPV 制造商，已经开发出太阳能瓦片，从街道上看，它们在美学上与传统屋顶相似。将太阳能瓦片安装在一起以构建具有不同发电能力的太阳能屋顶。太阳能瓦片由钢化玻璃制成，使其比标准屋面瓦更坚固。这些材料往往不会随着时间的推移而降解，如沥青或混凝土砖。可以使用互连的太阳能部分或单独的太阳能瓦片来安装美观相似的太阳能屋顶，而不是传统屋顶。光伏组件在满足光伏发电功能要求的同时，还要兼顾建筑的基本功能要求，不影响光伏组件安装部位的建筑功能，并与建筑协调一致，保持建筑统一和谐的外观。

3.太阳能屋顶连接

太阳能屋顶需要单独的太阳能部分或瓦片进行电气连接，以便为住宅发电。一些制造商将

这些太阳能部分或瓦片设计为使用电线和插入式连接器进行电连接。特斯拉的太阳能瓦片是独一无二的，因为聚合物浆料用于将一块瓦片连接到另一块瓦片。聚合物浆料将两个重叠的瓷砖粘合在一起，使电流从瓷砖流向另一块瓷砖。这种类型的连接被设计成比电池之间的焊接金属连接更能抵抗温度变化和天气条件。

4.太阳能屋顶成本

太阳能屋顶的成本基于屋顶的估计平方米，其中包括材料、安装和拆除旧屋顶的成本。额外费用可能包括排水沟和天窗更换。其他成本考虑因素包括住宅所在的每年日照小时数、太阳能电池板效率和太阳能税收抵免。

5.设计光伏系统

业主可以设计光伏系统或购买使用兼容设备以最大容量运行的预制光伏系统。设计光伏系统的第一步是确定站点是否接收到足够的阳光以使系统可行。可以通过查阅日照图来计算场地的太阳能潜力。日照图是表示在给定月份或年份中特定区域每天在峰值日照小时数中接收到的平均太阳能量的地图。夏季月份比冬季月份可以产生更多的太阳能。平均而言，

每需要 1000 W 的光伏功率，住宅就需要 100 平方英尺的空间来安装光伏模块。光伏组件周围的区域必须保持开放，以便进行维护或维修。如果位置限制了系统的物理尺寸，则可能需要更高效的光伏模块。每 1000 W 的 PV 模块每年可产生约 1000 kWh 的电量，具体取决于位置。

6.太阳能阵列方向

太阳能电池阵列理想地朝南，在距离太阳 20°以内时可产生 95% 的全功率。因此，屋顶不需要完全倾斜或朝向太阳。对于平屋顶，太阳能电池板可以安装在框架上并朝真正的南方倾斜。当固定阵列朝向正南以外的方向时，接收到的太阳能较少。这种减少随着倾斜角的增大而增加，因此在较高纬度地区，方向更为关键。在以较低倾斜角安装阵列的低纬度地区，方向的影响要小得多。太阳能电池阵列倾斜角度可在冬季和夏季进行调整，以最大限度地提高系统性能。

倾斜角度基于太阳能电池阵列地理位置的纬度，尽管它会因月而异。例如，位于北纬 42°的伊利诺伊州芝加哥，春季和秋季需要 48°的倾斜角，但范围从冬季的 24°到夏季的 72°。在线计算器可用于根据位置确定适当的倾斜角度。太阳能电池板需要全年从上午 9 点到下

午 3 点畅通无阻地获得阳光。太阳能阵列可以通过改变它们的倾斜角度来优化夏季或冬季增益。为了利用太阳在夏季天空中的高弧度，阵列应放置在较小的倾斜角度，以最大限度地提高夏季能量生产。这对于夏季需要大量能源（例如冷负荷）的系统可能是有利的。阵列应放置在更大的倾斜角度，以便在冬季天空中太阳较低时获得更多能量，从而提高冬季效率。这可能最适合在冬季使用更多电力的系统，例如人工照明或供暖。

7.光伏系统安装成本

发电玻璃兼具了钢化玻璃的性能和光伏发电的性能，可以作为建筑材料使用，可以说是建筑光伏一体化项目，也就是BIPV项目，这样的话可以节省很多东西，我们现在屋顶装的光伏板就是直接做个支架撞到屋顶上的，占用了很多空间。可以用发电玻璃做个车棚使用，毕竟未来要投入很多的充电站。也可以做成幕墙供给家用电器。总之，这样的建筑可以发电了，自主产能，多了一部分收入例如，一些太阳能电池板的每安装瓦特成本可能低于效率更高的电池板，但它们也可能占用更多空间并需要更大的安装系统。影响光伏系统成本的其他因素包括系统的大小和类型、需要什么类型的安装系统、是否使用备用电池。如果光伏系统中包含电池，则材料和安装成本都会更高。电池可能会使安装所需的时间增加 50

% 或更多。决定备用电池系统成本的因素包括组件价格、循环寿命、寿命和电池维护。较低的安装成本可能会以牺牲质量和电池寿命为代价，而频繁更换电池的需求会随着时间的推移而增加成本。在电池备用系统中要考虑的最重要因素可能是循环寿命。设计、材料、工艺和质量会影响电池的循环时间。典型的电池寿命约为 10 年，每月和每年维护一次。

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