摘要：与建筑相结合的光伏并网电站是今后太阳能发展的重要方向之一。基于此，本文论述了光伏建筑一体化（BIPV）并网电站的应用与发展。

关键词：光伏建筑一体化;并网电站;应用;发展

能源是发展国民经济、提高人民生活水平的重要物质基础。太阳能是最丰富的可再生能源，具有独特优势与巨大开发利用潜力。充分利用太阳能有利于保持人与自然的和谐共处、能源与环境的协调发展。目前，以光伏建筑一体化（BIPV）为核心的光伏并网发电应用占据了光伏市场的大部分份额。随着太阳能与建筑的结合，住宅发展成为一种新型的独立供电的自循环建筑，是人类进步和社会科技发展的必然趋势。

一、光伏建筑一体化优点

光伏建筑一体化是应用太阳能发电的一种新概念，在建筑围护结构外表面上铺设光伏阵列提供电力。

1、光伏组件充当屋面建材，组件透光性好，室内采光好。节省建筑成本同时建设光伏电站，提供绿色能源。

2、绿色能源。太阳能光伏建筑一体化产生的是绿色能源，是应用太阳能发电，不会污染环境。太阳能是最清洁且免费，开发利用过程中不会产生任何生态方面的副作用，是一种再生能源。

3、不占用土地。光伏阵列一般安装在闲置的屋顶或外墙上，无需额外占用土地;夏天是用电高峰季节，正好也是日照量最大、光伏系统发电量最多的时期，对电网可起到调峰作用。

4、太阳能光伏建筑一体技术采用并网光伏系统，无需配备蓄电池，既节省投资，又不受蓄电池荷电状态限制，可充分利用光伏系统所发出的电力。

5、节能。光伏阵列吸收太阳能转化为电能，降低了室外综合温度，减少了墙体的热和室内空调冷负荷，所以起到建筑节能作用。因此，发展太阳能光伏建筑一体化可“节能减排”。

二、我国BIPV市场现状

据统计，截止1997年底，我国已完成并正常使用的太阳能光伏发电系统装机容量为10～15MW，主要用于边远地区居民供电。随着光伏发电领域的转变，我国BIPV系统的研发已取得了很大发展。“九五”期间我国在深圳、北京分别成功建成17kWp、7kWp光伏发电屋顶并实现并网发电。

过去几年，中国光伏组件产量保持高速增长，公布的《新能源产业振兴规划》将2020年光伏规划由2007年规划的1.8GW增加到20GW，是原规划的12.5倍。

随着能源系统加快向清洁化、低碳高效和智慧转型，在“碳达峰、碳中和”大战略目标背景下，新能源产业市场需求在逐渐扩大，光伏产业作为较为新型清洁能源在大型电力企业加快布局综合能源服务市场的大趋势下，也迎来更多发展空间。从目前我国光伏状况来看，BIPV仍处于大规模发展前的起步阶段，未来发展空间巨大。据中国光伏行业协会光电建筑专委会发布的数据来看，我国2020年BIPV装机容量已达709MW，BIPV中光伏组件可充当建材、可兼具遮阳、供电补偿用电和美观等特点正逐渐被更多企业、建筑重视，可用于仓库、工厂厂房、商业用房为主，光伏幕墙等等。

三、光伏建筑一体化设计原则

光伏建筑一体化研究已成为21世纪的重要研究课题，因建筑是一个复杂的系统，一个完整的整体，若想将新的太阳能技术融入到建筑设计中，同时，为继续保持建筑的文化特征，应从技术及美学两方面入手，将建筑设计与太阳能技术有机结合起来，形成“一体化设计”理念。“一体化设计”是指在建筑规划设计之初，将太阳能利用纳入设计内容，使之成为建筑的有机组成部分，统一设计、施工和调试。

光伏建筑一体化并网发电设计应考虑以下因素：①考虑建筑物周围环境，尽量避免或远离遮荫物。②建筑物朝向应尽可能为东西或南北向。③根据当地经纬度确定屋顶倾斜角度。考虑东西或南北坡面整体发电效率，一般不超过5%。④根据逆变器输入直流电压，确定每组可串联总数，设计时每串组件数量尽量保持一样，每路MPPT接入串数一样。⑤屋面防水系统多采用结构防水，通过屋面纵向（顺坡）防水支架+横向导水槽、配合使用防水胶条密封等实现屋面整体防水。

四、光伏与建筑相结合形式

光伏与建筑结合方式包括：一种是建筑与光伏系统的结合;另一种是建筑和光伏器件的结合。建筑与光伏系统相结合，将封装的光伏组件（平板或曲面板）安装在住宅或建筑物屋顶上，然后与逆变器、蓄电池、控制器、负载等装置连接。

建筑与光伏器件相结合，建筑与光伏的进一步结合是光伏器件与建筑材料的集成化。若用光伏器件代替一些建筑材料，即用光伏组件制作建筑物屋顶、外墙、窗户，可作为建材和发电。

使用光伏器件作为建筑材料，必须具备建筑材料所需的几个条件：坚固耐用、保温隔热、防水防潮、适当的强度和及刚度等。此外，还应考虑安全性能、外观、施工简便等因素。

1、光伏和屋顶的结合。建筑物屋顶作为吸收阳光的一部分，有其独特的优势，具有良好的日照条件，不易被遮挡，能完全接受太阳辐射，该系统可安装在靠近屋顶结构的地方，以减少风力的不利影响，太阳能电池组件可替代保温隔热层来遮挡屋面。此外，由于材料的综合利用，与屋面一体化的大面积太阳能电池组件不仅节约了成本，而且大幅降低了单位面积太阳能转换设施价格，有效利用了屋面的复合功能。此外，由于光伏材料的引入，屋面不再局限于坡屋顶，由光电材料将屋面制成的弧形及球形能吸收更多太阳能。

太阳能瓦是另一种与屋顶结合的光伏系统，太阳能瓦是由太阳能光伏电池和屋顶瓦板组合而成的一体化产品，这种材料的创新之处在于实现太阳能与建筑的真正融合，系统直接铺设在屋面上，无需在屋顶上安装支架。太阳能瓦由光电模块组成，光电模块的形状、尺寸和铺装构造方法与平板式的大片屋面瓦相同。

2、光伏与墙相结合。对于多层和高层建筑，外墙是与太阳光接触面积最大的外表面。为合理利用墙面收集太阳能，可采用各种墙体构造及材料，包括太阳电池一体化的玻璃幕墙、透明绝热材料和附着在墙面上的集热器等。

此外，太阳能光电玻璃还可作为建筑物外围护构件。太阳能光电玻璃将光电技术融入到玻璃中，突破了传统玻璃幕墙的单一围护功能，屏蔽了以往被当作有害因素建筑表面的太阳光，转化为能被人们利用的电能，同时，这种复合材料不占用太多的建筑面积，其美观具有特殊的装饰效果，它赋予了建筑物鲜明的现代科技及时代特征。

3、与遮阳装置一体化设计。太阳能电池组件和遮阳装置构成一个多功能建筑构件，既能有效利用空间，又能提供能源，它在美学和功能上达到了完美的统一，如停车棚等。

4、与其他光伏建筑构件一体化设计。光伏系统还可与景观小品（如路灯和围栏等）相结合，构成一体化设计。此外，双面发电太阳能围栏和双面发电技术采用了“PN结”结构，可捕获正反两侧光线，有效提高了电池的输出功率，这种电池与传统电池的最大区别在于它完全突破了太阳能电池的使用空间及安装区域的限制，很好地解决了在有限空间内保证功率需求的问题。

总之，光伏并网发电及建筑一体化的发展标志着光伏发电从偏远地区向城市、从补充能源向替代能源、从人类社会向可持续能源体系的过渡。太阳能光伏发电作为具有可持续发展最理想特征的能源技术，将进入能源结构，其比例将越来越大，成为能源的主体构分之一。

参考文献

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[2]郝国强.光伏建筑一体化（BIPV）并网电站的应用与发展[J].上海节能，2015（06）.