l引言
随着人们对办公、休闲、娱乐、居住等各类建筑的需求量大幅度增加，建筑对能源的需求也迅速增加，这就加剧了建筑能源供需之间的矛盾。如何促进建筑与能源的协调发展已成为时代要求。我集团公司参建的北京南站工程，将在众多大型火车站中首次采用太阳能发电。北京南站站房采用椭圆形屋顶设计、面积大，附近没有高大遮挡物，适合太阳能发电系统的设置。类似这种建筑与光伏系统的结合，就是光伏建筑一体化(BlPV)。本文拟就这一课题做浅显探讨。
2光伏系统原理
太阳能电池单体是光伏转换的最小单元，将太阳能电池单体进行串并联并封装后形成可以单独作为电源的单元组件，将光伏组件再经过串并联就形成了具有一定输出功率的光伏方阵或太阳能阵列。
由于太阳能光伏方阵所产生的电压为直流电压，且受到太阳光强度的太小而变化。为了得到稳定的可供常规交流负载使用的交流电，通常采用控制器、逆变器、蓄电池等形成稳定的光伏发电系统。
3光伏建筑一体化(BIPV)的概念与分类
3.1概念
太阳能光伏建筑一体化BIPV(BuildingIntegratedPhotovoltaics)，是应用太阳能发电的一种新概念，就是将太阳能光伏发电方阵安装在建筑的维护结构外表面来提供电力。由于光伏方阵与建筑的结合不占用额外的地面空间，是光伏发电系统在城市中广泛应用的最佳安装方式。
3.2分类
根据光伏方阵与建筑结合形式的不同，BIPV可分为两大类：一类是光伏方阵与建筑的结合这种种常用的BIPV形式。另一类是光伏方阵与建筑的集成的高级BIPV形式。光伏方阵成为建筑不可分割的一部分。如光电瓦屋顶、光电幕墙和光电采光顶等。
4光伏建筑一体化(BIPV)对光伏方阵与光伏组件的要求
4.1影响光伏发电的因素
影响光伏发电的有两个方面，一是光伏组件可能接受到的太阳能，与太阳高度、地理纬度、海拨高度、大气质量、大气透明度、日照时间等有关。二是光伏组件的本身的性能。在设计过程中应该考虑光伏方阵的倾角、光伏组件的表面清洁度、光伏电池的转换率、光伏电池的工作环境状态等因素。
4.2BIPV对光伏方阵的布置要求
为获得更多的太阳能，光伏方阵的布置应尽可能地朝向太阳光入射的方向，如建筑的南面、西南、东南面等。
4-3BIPV对光伏组件的要求
BIPV将太阳能光伏组件作为建筑的一部分，对建筑物的建筑效果与建筑功能带来一些新的影响。作为与建筑结合或集成的建筑新产品，BIPV对光伏组件提出了如下新的要求。
(1)颜色与质感
用于BIPV的光伏组件，由于其安装朝向与部位的要求，在不可能作为建筑外装饰的主要材料的前提下，光伏组件的颜色与质感需与整座建筑协调。
(2)强度与抗变形的能力
当光伏组件与建筑集成使用时，光伏组件是一种建筑材料，作为建筑幕墙或采光屋顶使用，因此需满足建筑的安全性与可靠性需要。
(3)透光率
在光伏组件与建筑集成使用时，如光电幕墙和光电采光顶，通常对它的透光性会有一定要求。这对于本身不透光的晶体硅太阳电池而言，在制作组件时采用双层玻璃封装，同时通过调整电池片之间的空隙来调整透光量。
(4)尺寸和形状
目前市场上大部分的光伏组件的为用于光伏电站和与光伏电子产品配套，规格相对比较单一，不能适应建筑多样化与个性化的要求。用于BIPV的光伏组件，需要结合建筑的不同要求，进行专门的设计与生产。
5光伏建筑一体化(BIPV)的主要形式(见表1)
6光伏建筑一体化BIPV的设计
6.1设计原则
光伏建筑一体化的主体是建筑，客体是光伏系统。因此，BIPV设计应以不损害和影响建筑的效果、结构安全、功能和使用寿命为基本原则，光伏建筑一体化并网发电设计需考虑以几个方面的因素：
(1)考虑建筑物的周边环境，尽量避开或远离遮荫物。
(2)建筑物的朝向应尽量为东西向或南北向。
(3)根据当地的经纬度，确定屋顶的倾斜角度。
(4)根据组件的大小，计算每一个屋面可以安装的组件总数及排列方式。
(5)根据逆变器输入直流电压，确定每组可串联的总数，由于每一个屋面的朝向不同，光照量和光照时间都不同，一般个屋面对应一个逆变器，以提高逆变器的效率。
6.2建筑设计
光伏与建筑的结合有两种方式：一种是建筑与光伏系统相结合;另一种是建筑与光伏器件相结合。下面分别进行介绍。
(1)光伏与屋顶相结合
建筑物屋顶作为吸收太阳光部件，可以充分接受太阳辐射，系统可以紧贴屋顶结构安装，减少风力的不利影响，并且太阳电池组件可替代保温隔热层遮挡屋面，既节约了成本，又可以大大降低单位面积上的太阳能转换设施的价格，有效的利用光电材料将建筑屋面做成的弧形和球形可以吸收更多的太阳能。
与屋顶相结合的另外一种光伏系统是太阳能光电池与屋顶瓦板结合形成一体化的产品一太阳能瓦，这一材料的创新之处在于使太阳能与建筑达到真正意义上的一体化，该系统直接铺在屋面上。
(2)光伏与墙相结合
为了合理的利用多、高层建筑墙面收集太阳能，可采用各种墙体构造和材料，包括与太阳电池一体化的玻璃幕墙、透明绝热材料以及附加与墙面的集热器等等。
此外，太阳能光电玻璃也可以作为建筑物的外围护构件，与遮阳装置的一体化，与其它光伏建筑构件一体化等设计方式。
(3)结构安全性与构造设计
光伏组件与建筑的结合，结构安全性涉及两方面：一是组件本身的结构安全，二是固定组件的连接方式的安全性。这需对连接件固定点进行相应的结构计算。建筑的使用寿命一般在50年以上，光伏组件的使用寿命也在20年以上，BIPV的结构安全性问题不可小视。
浅析光伏建筑一体化相关期刊推荐：《新型建筑材料》(月刊)创刊于1974年，由国家建筑材料工业局主管，中国新型建筑材料工业杭州设计研究院主办。读者对象是建材、建筑、轻工、化工、房地产及物资流通等行业的生产、设计、科研、教学、施工及物资管理人员。主要报道内容为新型墙体材料、建筑石膏制品、装饰装修材料、化学建材、塑料管道及异型材、塑料门窗、新型防水材料、建筑胶粘剂、外加剂、保温材料、建筑轻钢结构及金属建材、建筑陶瓷制品等。
7结束语
光伏发电与建筑相结合是目前世界上大规模利用光伏技术发电的研发热点，促进光伏产品在建筑外围护上的应用，是光伏行业、建筑行业推动可再生能源在建筑上应用的新课题。在目前尚无相关技术标准规范的情况下，正确地认识和理解光伏建筑一体化技术，合理地应用并把握其关键点尤为重要。实现光伏系统与建筑的良好地结合，还需要我们进行深入广泛地研究。
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