这个技术厉害：用于多层建筑的预制 BIPV 墙

新加坡的科学家建造了一种即插即用、多层、建筑一体化的光伏墙，无需脚手架即可安装。 该系统有一个轻型钢支撑结构，在墙壁连接处有一个阻挡空气和雨水的系统。

全球温室气体排放量在过去十年显着增加，达到人类历史上的最高水平 。加入《巴黎协定》的国家已承诺大幅减少碳排放。因此，这些国家正在制定能源战略以重组其能源结构并减少对化石燃料的依赖。

全球用于建筑和施工的能源消耗比例超过总量的三分之一。 在能源转型的背景下，建筑行业的目标是设计零能耗建筑，这就需要使用清洁能源和就地发电。建筑物的外皮可以作为活性表面，以产生可持续、廉价、安全和分散的电力；这可以通过将建筑集成光伏 (BIPV) 等可持续能源发电系统集成到建筑表皮中来实现。

除了建筑附加光伏（BAPV）之外，BIPV系统用双功能光伏（PV）模块取代建筑表皮材料，以满足建筑围护结构和发电的需要。 然而，BAPV 需要额外的结构才能在现有建筑表皮上安装光伏组件。由于硅的价格急剧下降，目前光伏组件的价格与建筑中常用的大理石和铝包层的价格相当. 尽管建筑物屋顶接收到充足的太阳辐射，但由于机械、电气和管道设备占用了大量屋顶空间，因此它们的光伏安装空间有限。建筑立面有相当大的空间与光伏组件结合，具有很大的BIPV集成潜力。

高层建筑在高度城市化的城市中占主导地位。高层建筑的设计对其材料特性有影响，设计过程需要针对施工过程和现场安全管理的新解决方案。 目前管理高层建筑和 BIPV 幕墙的主要挑战是可达性。从目前Onyx Solar、Elemex等BIPV企业的现场施工流程可以看出，工人需要使用脚手架或移动式升降工作平台在建筑物外部安装铝盒，然后再进行安装和安装。光伏组件中的接线。荷兰最大的 BIPV 墙体约为 720 m 2（80 m 长 * 9 m 高），安装耗时近 20 天. 安装过程显得费力费时，需要事先安装额外的固定结构。虽然仍然声称它们是BIPV系统，但建设过程与BAPV类似。在之前的研究中，耗时和安装成本也被确定为阻碍 BIPV 普及的因素。在高层建筑中安装 BIPV 时，在脚手架或移动升降工作平台上进行高空作业也存在安全风险。光伏组件的组件，如接线、接线盒和连接器，在施工期间长时间暴露在不利的天气条件下可能会影响光伏性能或导致安全问题 . 虽然一些采用光伏技术的预制单元式玻璃幕墙系统可以从建筑地面安装，但它们要么采用半透明光伏组件，要么在外立面集成拱肩，发电性能不高或集成面积有限。

半透明BIPV玻璃幕墙是在传统单元式玻璃幕墙的基础上，结合光伏技术。 光伏模块取代了以前安装在铝挤压框架系统中的视觉窗或拱肩面板。通常，取代视窗的光伏组件要么是第一代太阳能电池（光穿过电池间隙），要么是透明度可控的第二代或第三代太阳能电池. 它们的发电性能效率较低，集成面积有限，以提供较少的室内视野。即使这样的系统可以集成整个不透明的 PV 模块，这种系统的高成本也不适用于此目的，尤其是在关注视觉隐私的住宅建筑中。在可持续性方面，铝和玻璃的制造过程都消耗大量能源。大面积的玻璃允许热量从外部传递到建筑物内部，特别是对于在超过 60 °C 的条件下运行的光伏组件。这不仅会影响室内热舒适性，还会增加冷负荷. 然而，该系统继承了单元式玻璃幕墙安装的优点，可以使用干接缝从施工地板内部轻松安装，无需在建筑物外部搭建脚手架。

新加坡国立大学(NUS)的一组科学家开发了一种适用于高层建筑的预制BIPV墙。

“这是一个开放的建筑系统，可以适应各种建筑，也可以与门窗等其他建筑构件集成，”陈天一研究员告诉 光伏杂志。“它适用于高层住宅立面，不透明墙的比例很大，尤其是西侧和东侧。”

研究人员将该系统描述为预制的、不透明的多层 BIPV 墙。他们表示，它的优势在于可以降低与现场高空作业相关的安全风险，以及低成本、高性能电力生产和快速施工。

“它还避免了在施工过程中将光伏组件长时间暴露在不利的天气条件下，”研究人员说。

即插即用系统具有轻型钢结构和配有橡胶带的公母接头，以防止空气和雨水在墙壁连接处渗透。建议的系统配置可以在现场安装，无需脚手架或移动升降工作平台。

“新系统通过使用第一代硅基光伏组件和组件级电力电子（MLPE），并通过使用多层壁材料在光伏和太阳能电池之间创建一个通风的空气腔，确保了光伏的高性能。主要结构，以便尽快消散光伏产生的多余热量，”该组织表示。“绝缘层确保了内部良好的热条件。”

陈说， 成本约为每平方米 340 新元（242 美元），其中光伏面板每平方米 75 新元。

“该装置每年每平方米可产生 87.5 千瓦时的电量，根据新加坡目前的电价，投资回收期约为 13 年，” 陈说。

他们在最近发表在《建筑工程杂志》上的“多层建筑预制 BIPV 墙的新颖设计方法”中介绍了该系统。

研究人员总结道：

“如果巨型面板在起重机有效载荷范围内并满足运输物流要求，则该解决方案适用于大型公共建筑。” 

“建筑师可以决定巨型面板上窗户的排列和尺寸，以及满足设计需求所需的材料和光伏组件的组合。”