概述
太阳能光伏建筑一体化的定义与原则
(1)太阳能光伏建筑一体化(Building IntegratedPhotovohaic。简称BIPV)技术即将太阳能发电(光伏)产品集成或结合到建筑上的技术，它不但具有外围护结构的功能。同时又能产生电能供建筑使用。光伏与建筑一体化(BIPV)是“建筑物产生能源”新概念的建筑，是利用太阳能可再生能源的建筑。
(2)太阳能光伏建筑一体化不等于太阳能光伏加建筑。所谓太阳能光伏建筑一体化不是简单的‘相加’，而是根据节能、环保、安全、美观和经济实用的总体要求，将太阳能光伏发电作为建筑的一种体系进入建筑领域，纳入建设工程基本建设程序，同步设计，同步旆工，同步验收，与建设工程同时投入使用，同步后期管理，使其成为建筑有机组成部分的一种理念、一种设计、一种工程的总称。
(3)光伏建筑一体化的核心建筑是一体化设计、一体化制造、一体化安装，而其辅助技术则包括了低能耗、低成本、优质、绿色建筑材料的技术。光伏建筑一体化也是光伏建筑的规范化和标准化。
技术原理
2．3光伏建筑一体化的安装
(1)光伏建筑一体化主要安装类型如下。建材型，指将太阳能电池与瓦、砖、卷材、玻璃等建筑材料复合在一起，成为不可分割的建筑构件或建筑材料，如光伏瓦、光伏砖、光伏屋面卷材、玻璃光伏幕墙、光伏采光顶等。构件型，指与建筑构件组合在一起或独立成为建筑构件的光伏构件，如以标准普通光伏组件或根据建筑要求定制的光伏组件构成雨篷构件、遮阳构件、栏板构件等。与屋顶、墙面结合安装型，指在平屋顶上安装、坡屋面上顺坡架空安装以及在墙面上与墙面平行安装等形式。
(2)屋顶一体化方式是指将PV板做成屋面板或瓦的形式覆盖平屋顶或坡屋顶整个屋面(图l、图2)，后者与建筑的整体结合方式具有更高的灵活性，为在旧房改造中使用PV板提供了可能。PV板与屋顶整合一体化可以最大限度地接受太阳光的照射，且可兼做屋顶的遮阳板或者做成通风隔热屋面，减少屋顶夏季热负荷。PV板与屋顶的构造做法有两种方式：一种是兼为屋顶防水构造层次的部分，要求Pv系统具有良好的防水性能；另一种是单独作为构造层次位于防水层之上，对屋顶防水具有保护功能，可延长防水层的使用寿命。
(3)墙面一体化方式是指Pv板与墙面材料一起进行集成。现代建筑支撑系统和维护系统的分离，可使PV板能如同木材、金属、石材、混凝土等预制板一样成为建筑外围护系统的贴面材料。PV板墙面一体化主要有PV板外墙装饰板和PV板玻璃幕墙两种方式。PV板玻璃
幕墙是指透光型PV板和玻璃集成制成的光电幕墙。该组件由太阳电池芯片和双层玻璃板构成。芯片夹在玻璃板之间，芯片之间和芯片与玻璃板边端之间留有一定的间隙，以便透光，芯片面积占总面积的70％，也即透光率为30％，可有效解决幕墙的遮阳，降低建筑的热
负荷，同时可为室内提供特殊的光照气氛；更因其特殊的颜色和质感，拓展了建筑的表现空间。目前PV板价格和某些天然石材己没有差别，今后随着PV板的发展，成本只会越来越低，这就为PV板在建筑的广泛应用创造了良好条件。光电屋顶与光电幕墙的出现，为建筑师展示建筑艺术作品多了一种新的选择。
(4)建筑构件一体化方式是指将PV板与建筑的雨篷、遮阳板、阳台、天窗等构件有机整合(图5)，在提供电力的同时可为建筑增加美观的细部。Pv板和遮阳板的结合不仅可为建筑在夏季提供遮阳，还可使入射光线变得柔和：改善室内的光环境，且使窗户保持清洁。但应注意，高效率的PV系统并不一定是高效率的一体化系统。一体化建筑除要求美观外，还要求通过科学的计算和设计，满足建筑构件所要求的强度、防雨、热工、防雷、防火等技术条件。
(5)光伏LED一体化——光电LED多媒体动态幕墙和天幕。将光伏LED一体化夹层内的太阳能电池和LED半导体的透明基板放置在幕墙、屋面边框内构成光电单元，可以模块化。常规交流供电系统作为LED供电电源。必须将电源转换成低压直流电才能使用。考虑到功率因素的影响和LED供电的特殊性，需要合理设计复杂控制转换电路，这不仅增加了照明系统成本。又降低了能源的利用效率。太阳能光伏发电技术与LED结合的关键，在于两者同为直流电、电压低且能互相匹配。因此两者的结合不需要将太阳能电池产生的直流电转化为交流电，太阳能电池组直接将光能转化为直流电能，通过串、并联的方式任意组合，可得至tJLED实际需要的直流电，再匹配对应的蓄能电池，便能实现LED照明的供电和控制，无需传统的复杂逆变装置进行供电转换。因而这种系统可获得很高的能源利用效率，较高的安全性、可靠性和经济性。太阳能电池与半导体照明LED一体化是太阳能电池和LED技术产品的最佳匹配，是集发电、照明、多媒体、建筑节能、动态幕墙和动态天幕于一体的多功能新产品。
2．4光伏建筑一体化的型式
目前光伏建筑一体化有光伏组件与屋顶的结合或集成、光伏组件与幕墙、光伏组件与玻璃窗、光伏组件与遮阳板的集成、光伏组件与LED组合或集成的幕墙、天幕等10种型式
2．5光伏建筑一体化的系统工作原理
(1)光伏建筑一体化主要是光伏发电系统通过光伏组件用于建筑屋顶(光电屋顶)、墙面(光电幕墙)、遮阳(光电遮阳板)来获取电能的一种方式(图6)。光伏系统工作时，安装在建筑物上的光伏组件产生直流电源，通过接线盒与逆变器连接，将直流转换成交流，给建筑物负载供电或给建筑物以外其他负荷供电。光伏建筑(2)光伏建筑一体化系统分为独立光伏系统、并网光伏系统和混合光伏系统。带蓄电池可独立运行的PV系统是独立光伏系统。并网光伏发电系统是与电网相连。并向电网输送电力的光伏发电系统。从长远角度来看．并网光伏发电系统更有优越性。因此，建筑物光伏市场正在或即将从独立发电系统转向并网发电系
统。混合光伏系统是独立发电加并网发电，又称防灾型系统(图7)。
3太阳能光伏建筑一体化建筑设计
3．1设计原则
(1)生态驱动设计理念向常规建筑设计的渗透：建筑本身应该具有美学形式，而PV系统与建筑的整合使建筑外观更具魅力。建筑中的PV板使用不仅很好地利用了太阳能，极大地节省了建筑对能源的使用，而且还丰富了建筑立面设计和立面美学。BIPV设计应以不损害和影响建筑效果、结构安全、功能和使用寿命为基本原则。BIPV规划设计应根据建设地点的地理、气候及太阳能资源条件，确定建筑的布局、朝向、间距、群体组合和空间环境，满足光伏系统设计和安装的技术要求。
(2)传统建筑构造与现代光伏工程技术和理念的融合；引入建筑整合设计方法。发展太阳能与建筑集成技术。建筑整合设计是指将太阳能应用技术纳入建筑设计全过程，以满足建筑设计美观、实用、经济的要求。BIPV首先是一个建筑。其成功与否的关键是建筑物的外观效果。因此，建筑应从设计开始。就将太阳能系统包含的所有内容作为建筑不可或缺的设计元素，巧妙地将太阳能系统的各个部件融入建筑进行一体设计。使太阳能系统成为建筑不可分割的一部分，达到与建筑物的完美结合。BIPV系统设计应由建筑设计单位和光伏系统产品供应商配合共同完成。建筑师根据建筑类型和使用要求确定光伏系统的类型、安装位置、色调和构图要求，并向电气工程师提出对电力的使用要求；电气工程师进行光伏系统设计、布置管线、确定管线走向；结构工程师在结构设计时，应考虑光伏系统的荷载，以保证结构安全，并考虑预埋件，为光伏构件的锚固、安装提供安全牢靠的条件。光伏系统产品供应商需向建筑设计单位提供光伏组件的规格、尺寸、荷载。预埋件的规格、尺寸、安全位置及安全要求：提供光伏系统的发电性能等技术指标及其检测报告；量和使用性能。
(3)BIPV的选型是建筑设计的重点内容，设计者不仅要创造新颖美观的建筑立面、设计光伏组件安装的位置．还要结合建筑功能及其对电力供应方式的需求。综合考虑环境、气候、太阳能资源、能耗、施工条件等因素；比较光伏系统的性能、造价，进行技术经济分析。结合建筑功能、外观及周围环境条件进行光伏组件类型、安装位置、安装方式和色泽的选择，使之成为建筑的有机组成部分。PV板的比例和尺度必须与建筑整体的比例和尺度相吻合．与建筑的功能相吻合，以此决定PV板的分格尺寸和形式。PV板的颜色和质感必须与
建筑的其他部分相和谐。与建筑的整体风格相统一。
(4)安装在建筑各部位或直接构成建筑围护结构的BIPV组件。应具有带电警告标识及相应的电气安全防护措施，并应满足该部位的建筑围护、建筑节能、结构安全和电气安全要求。安装在建筑屋面、阳台、墙面、窗面或其他部位的光伏组件，应满足该部位的承载、保温、隔热、防水及防护要求，并应成为建筑的有机组成部分，保持与建筑和谐统一的外观。
(5)在既有建筑上增设或改造的BIPV，其自重会增加建筑荷载。另外，安装过程也会对建筑结构和建筑功能产生影响，因此必须进行建筑结构安全、建筑电气安全等方面的复核和检验；并满足光伏组件所在建筑部位的防火、防雷、防静电等相关功能要求和建筑节能要求。
(6)根据光伏组件类型、安装位置、安装方式对发电量的影响。在规划与建筑设计时应为其安装、使用、维护和保养等提供必要的承载条件和空间。
(7)一般情况下，建筑物设计寿命是光伏系统寿命的2～3倍，光伏组件及系统其他部件的构造和型式应利于在建筑围护结构上安装，且便于维护、修理和局部更换。为此建筑设计不仅要考虑地震、风荷载、雪荷载、冰雹等自然破坏因素，还应为光伏系统的日常维护，尤其是光伏组件的安装、维护、日常保养和更换提供必要的安全便利条件。
(8)应考虑建筑的初始投资与生命周期内光伏工程投资的平衡；综合考虑建筑运营成本及其外部成本。建筑运营体现在建筑物的策划、建设、使用及其改造、拆除等全寿命周期的各种活动中，建筑节能技术、太阳能技术及生态建筑技术对建筑运营具有重要影响。不仅要关注建筑初期的一次投资，更应关注建筑的后期运营和费用支出。不但要满足民众的居住需求。也要关注住房使用的耗能支出。另外，还应考虑二氧化碳排放等外部环境成本的增加等因素。
国内发展和应用现状
2005年年底发布的《国家中长期科学和技术发展规划纲要》中，太阳能光伏建筑一体化技术被明确列为能源领域优先主题——可再生能源低成本规模化开发利用重点研究目标。中国将进一步把太阳能光伏建筑一体化技术作为能源技术发展的优先主题，大力提高一次能源和终端能源利用的技术水平；提升能源装备制造水平，加强能源领域前沿技术研究和基础科学研究：探索太阳能光伏建筑一体化新能源的新途径，大力推进先进适用太阳能光伏建筑一体化新能源技术的产业化。
国外发展和应用现状
美国新政府将新能源列为振兴经济、化解危机的重要对策。美国迫切需要寻找替代传统能源的战略发展方向，将更多地向太阳能等新能源技术投资。美国总统奥巴马提出的经济刺激计划中，首要的就是发展光伏发电能源。力图恢复美国在能源技术方面的国际领先地位，并使光伏发电可再生能源成为美国经济复苏的“发动机”。德国、西班牙、意大利、法国等多个欧盟国家及日本相继出台新政策，强化部署发展太阳能产业；中东产油国纷纷把传统能源产业利润转投太阳能光伏产业；印度、印尼等发展中国家开始出台实质性的扶持光伏产业发展新政策。
供应商信息
山东力诺瑞特新能源公司
北京昌日新能源科技有限公司
尚阳科技有限公司
上喜科技公司
陕西日晟新能源科技有限公司
北京北方赛尔太阳能工程技术有限公司
经典案例
参考文献
[1]龙文志.太阳能光伏建筑一体化[J]. 建筑技术，2009，40（9）：835—841.
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