BIPV产业化：技术与标准

目前就我国应用状况来说，太阳能光伏与建筑一体化还仅仅停留在示范意义上，究其原因是我国甚至世界范围内都没有对光伏建筑一体化组件和幕墙制定相关标准，主要表现在太阳能光伏与建筑一体化的产业化生产技术还不成熟。一方面，无法形成标准化、模块化、规模化的生产，阻碍了自身发展，这直接造成产业链式的规模化生产无法进行，所以成本高、建筑设计选型难成为制约其发展的关键；另一方面，光伏建筑一体化从设计到验收均无据可依，造成混乱局面。要想解决这一问题，就必须尽快实现产业联盟，搭建交流平台，积极制定标准，规范行业准入和生产，因此，产业化技术和标准的研究、突破对光伏与建筑一体化的产业化应用就显得尤为重要。

BIPV产业化的技术要求

1、BIPV组件的设计要求

作为BIPV的组件要求，不能仅仅将普通的光伏组件拿来就用，因为BIPV组件不仅要满足光伏组件要求，还要满足建筑的要求，因此在选择组件结构上和制作材料上要做特别的设计，只有满足建筑要求的光伏组件才能称为BIPV组件。

（1）安全性设计要求

BIPV组件的安全性问题主要来源于两方面：一是结构设计、选用的材料和封装是否符合使用要求；二是电池本身的特性体现出的安全问题。薄膜电池本身的特性不存在安全问题，而对于晶体硅组件来说，由于晶体硅本身成小块状单体，存在着局部热斑效应，当某晶体硅单体被长时间严重遮挡后，这块晶体硅单体就会变成负载被加热，当到一定程度后就有可能过热，存在爆炸可能，因此对晶体硅组件的设计来说特别要注意这一点，对可能存在的遮挡尽量避免或采取清除措施。

（2）可靠性设计要求

组件的气密性和水密性问题与封装材料和工艺有关，同时也与设计结构有关。对于薄膜电池来说，由于边缘膜层的存在会使气密性、水密性程度降低，因此必须将边缘膜层去掉到足以满足要求的宽度，严防由于气密性或水密性的缺陷导致脱层、脱膜现象发生，特别对于大尺寸组件需要薄膜电池进行拼接时，必须将拼接缝隙处进行密封处理，需要将薄膜电池尺寸设计小于内外层封装玻璃尺寸，在四周留有一定间隙，以供封装后在间隙处填充耐候密封胶，满足组件的气密性、水密性要求。

（3）产业化设计要求

产业化设计就是要求技术的简单化和大众化，尤其是组件的零部件的标准化、通用化、模块化设计特别重要，目前阻碍行业发展的就在这点上。由于产品规格的不统一、产品零部件的不通用，造成设计中无据可依、各自为政、资源浪费。要使设计满足产业化的要求，要充分利用现有建筑领域的各项成熟技术和设备，同时要遵循以下几点：① 化大为小。将大组件分割成小部分组装，这样小组件就可根据需要拼接出很多规格的大组件，当小组件变成标准件后就可容易实现多种规格要求；② 快速拼接。要将标准化的部件设计成具有可快速插接组装的部件，这样可实现流水线生产，提高生产效率，降低制造成本，实现产业化生产和商业化应用。

（4）未来组件设计要求

对于未来的组件设计也要符合建筑的发展方向，即工厂化生产模式，减少现场制作安装工序和时间，因此未来的组件要向模块化、单元化、超级组件、无线检测技术、远程监控技术发展。

（5）两种典型的BIPV 组件设计

①百叶式非晶硅太阳能光伏夹层玻璃：将非晶硅电池去膜或切割成条状与白玻间隔放置，形成像百叶遮阳窗一样的效果，光线从百叶的间隙透过，既不影响采光又具有了遮阳效果，实现发电与节能相结合功效。

②百叶式非晶硅太阳能光伏中空玻璃：将非晶硅电池切割成条状，将电池条放置在中空玻璃内部中空层，形成内部百叶式遮阳窗帘结构，不改变原有中空玻璃的尺寸和隔热、隔音功能，同时又遮阳，外边看不到里面，又不影响从内看外的视觉。

2、 BIPV建筑的设计要求

BIPV建筑与普通建筑相比唯一本质区别就是BIPV是一个能发电的带电墙，而此带电墙是否安全取决于光伏建筑一体化布线设计是否合理、安全、隐蔽，能否获取最大发电量也要看布线分区是否科学。

（1）BIPV隐蔽布线、连接方便的设计要求

对于BIPV来说任何电缆的裸露都可能造成漏电、触电危险，因此隐蔽布线是必须的要求，这就需要我们在幕墙设计时要比普通建筑多考虑走线方式和设计走线槽以及测试点，而走线槽的设计要考虑方便施工与维护，避开因建筑结构影响接线处，不会因为建筑本身立柱或横梁的遮挡影响施工，同时还要考虑是走室内侧还是室外侧，要留有足够的布线空间。

（2）BIPV电器连接方式的设计要求

对于BIPV来说要对单独的组件进行串/并联连接，为了获取最大发电量，那么就涉及到组件进行分区的设计，BIPV由于安装位置的特殊性和限制，发电量会受到很大限制，这就要求我们在内部串/并联设计时，充分考虑电压和电流的匹配，要根据太阳运行轨迹和受光均匀原则，对于东面、西面安装的组件宜先上下分区再南北分区，对于南面安装组件宜先东西分区再上下分区，而分区数量多少则要根据高电压、低电流的最小传输损失原则来定。

（3）BIPV的节能设计要求

在组件的使用过程中太阳能电池的发热成为节能设计的一个重要问题。不能因为组件的发热而产生新的能源消耗现象，因此对组件的发热必须采取有效的措施来解决散热问题。比如采用主动呼吸式幕墙结构，通过利用太阳能电池发电实现主动换气，达到节能功效。其工作原理是：太阳能组件发电供给横流风机将新鲜空气从立柱的进气通道进入中空层内，再通过立柱的出气通道将空气带出中空层，实现新鲜空气的不停循环运动，达到降温和换气作用。

太阳能电池既要内部焊接又有尺寸、颜色等限制和要求，因此“要建筑美学就不要太阳能电池，要太阳能电池就不能顾及建筑美学”的问题似乎成了设计中不可逾越的问题。其实不尽其然，如果利用好太阳能电池本身的特点，会使建筑与太阳能电池相映成辉，很多经典案例也验证了这一点。那么在设计中就要尽可能通过排列组合形成多样性，根据建筑特点合理选择光伏组件，通过光影的入射与反射消除缺陷。

BIPV的标准制定

1、 标准制定的技术路线

由于BIPV首先是作为建筑材料来使用，因此必须先要满足建筑的各项要求和检测，在满足建筑要求的前提下，再考虑太阳能发电的特性，因此在制定相关标准时，也应该首先满足建筑的各项标准和规范，在此基础上，满足太阳能电池的各项标准，所以BIPV的标准制定技术路线应是以符合建筑标准为主，太阳能电池发电为辅，以安全性为主，以发电量为辅。

2、标准制定的技术指标

技术指标应包括作为建筑材料的各项指标、构成建筑物的各项指标以及作为太阳能发电器件的各项指标以及两者结合后产生的新的指标，主要包括：BIPV组件的外观质量及尺寸偏差；BIPV组件的耐紫外辐照性、耐热性、耐湿性；BIPV组件的承受静载荷和动载荷性能；BIPV组件的绝缘性、湿漏电流性能、热斑耐久性能、旁路二极管耐热性能、光老炼性能；BIPV建筑的抗风压、气密性、水密性；BIPV建筑的节能设计；BIPV建筑的电气安全性等。

结论

光伏建筑一体化的设计并不是简单地将太阳能电池直接作为建筑材料或将太阳能电池与现有建筑材料的简单叠加，而是会派生出一些新的特征和要解决的问题。我国目前已在深圳成立《全国建筑用玻璃标准化技术委员会（TC255）太阳能光伏中空玻璃分技术委员会（SC1）》，吸纳了建筑行业和太阳能行业的专家和技术人员，来研究制定适合产业化生产和商业化应用的标准，指导生产，规范施工和保证质量。随着太阳能光伏与建筑一体化的产业化技术的发展和各项标准的制定和完善，相信在不久的将来太阳能光伏建筑会像雨后春笋一样快速成长壮大，成为绿色建筑的一大亮点，为降低建筑能耗，为城市节能减排作出巨大贡献。