1 光伏建筑一体化的形式
随着众多新材料新技术的采用，各种新型太阳能电池不断涌现，太阳能电池的各项性能也不断的完善和扩展。玻璃、金属和塑料等材料在太阳能电池中的使用不仅降低了太阳能电池的生产成本，更加拓展了其观感、质量、强度、弹性等物理属性，大大的扩展了太阳能电池应用的范围。这一点在光伏建筑一体化中表现的特别明显。目前，光伏建筑一体化的形式主要有以下几种。
（1）与屋顶一体化：这种安装形式是光伏建筑一体化最普通采用的形式（见图1）。建筑物的屋顶开阔，受光照时间长，而且不受建筑物朝向的影响，可以最大程度的减少阴影的负面影响，是比较理想的地点安装太阳能发电系统。太阳能电池可以根据需要与瓦、砖、卷材等建筑材料集成预制在一体，成为建筑物不可分割的一部分。由于屋顶的位置通常并不引人注目，所以对BIPV系统的要求通常都集中在功能方面，而视觉效果的要求往往被降低。当BIPV安装在建筑物顶部的时候，为了抵抗雨水与风雪荷载，光伏组件的防水性和抗压性等属性成为所被要求的重要的属性。此外，当屋顶有天
窗设施的时候，太阳能电池的透光性也可能被要求[2]。
（2）与墙体一体化：建筑物的外墙也是BIPV系统经常安装的位置（见图1、图2）。光伏组件不仅可以与墙体的石材、砖瓦预制在一起，而且可与玻璃幕墙集成一体。作为太阳能电池盒玻璃的独特组合产物，光伏幕墙巧妙的利用了太阳能电池双层玻璃封装的构造，使之在执行发电功能的同时又充当建筑材料，被认为是最节省材料成本的一种BIPV形式。由于薄膜太阳能电池具有的透光性，光伏幕墙适用范围也扩展到建筑物的窗户、前庭等需要采光位。当BIPV系统安装在外墙立面的时候，太阳能电池有效的把原来辐射进建筑物的光线吸收阻挡在建筑物的外部，有效的起到了隔热作用，减少了夏季使用空调制冷的能源消耗。当光伏组件安装的建筑外墙的时候，其发电效力容易受到建筑物朝向、太阳光入射角的因素的影响。
（3）与遮阳、雨棚一体化：光伏建筑一体化还可以与遮阳或雨棚的构建结合一体（见图1、图3）。光伏组件既能减低入室光线的强度、多余的热量，避免风雨的侵扰，又可以实现光电的转换。与屋顶一体化类似，这种集成方式可以使太阳能电池根据太阳的高度角选择朝阳倾角，从而获得最大的太阳辐射量[3]。
2 国内外光伏建筑应用现状
2.1 国外应用现状
国外对太阳能光伏建筑一体化系统的研究已有较长时间。一些发达国家，特别是美国、德国和日本在光伏建筑一体化方面，已经有了相当成熟的设计经验和技术。
美国是世界上能量消耗最大的国家，为降低能耗，减少污染，调整能源结构，政府制定了一系列政策和计划，科研机构和有关公司纷纷响应，积极推进光伏建筑一体化项目的实施，有“百万太阳能屋顶计划”、“光伏建筑良机计划”[4]。国会也通过了“节约能源房屋建筑法规”等鼓励新能源利用的法律文件；在经济上也采用有效措施，不仅在太阳能光伏利用研究方面投入大量经费，而且由国会通过一项对太阳能光伏系统买主减税的优惠办法。因此，美国太阳能光伏建筑的发展极为迅速，无论是对太阳能光伏建筑的研究、设计一体化，还是材料、房屋部件结构的产品开发、应用，以及真正形成商业运作的房地产开发，美国均处于世界领先地位，并在国内形成了完整的太阳能建筑产业化体系[5]。
德国是世界上应用太阳能、实现太阳能建筑一体化的强国。光伏发电系统与建筑结合的早期形式主要就是“屋顶计划”，这是德国率先提出的方案并进行了具体实施。1990年首先开始实施“一千屋顶计划”，在私人住宅屋顶上推广容量为1～5kW的户用联网光伏系统。1998年10月提出了在6年内安装10万套PV屋顶系统，总容量在300～500MW.德国在1999年开始实施“十万太阳能屋顶”计划，但是在2003年就安装了120MW.2004年通过了“优先利用可再生能源法”，使得德国成为光电应用增长最快的国家。2006年德国当年光电安装75kW，累计装机253万kW，居世界首位[6]。
此外，日本、荷兰、奥地利等国家也各自制定了几十万户的光伏屋顶发电系统计划；西班牙、意大利等国家先后出台高价收购太阳能光伏电力的政策，鼓励居民安装建设太阳能发电的光伏屋顶。相信在各国政府及研究人员的共同努力下，光伏建筑一体化在设计、应用等领域会形成更加完整的体系。
2.2 国内应用现状
光伏产业在我国有几十年的发展历史，2012年更是飞速增长，根据中国电子材料行业协会最新调查统计，我国多晶硅的产量已约占全球的35%，已成为继美、德之后的全球多晶硅生产大国[7]。
我国光伏产业区域集群化发展态势初步显现，依托区域资源优势和产业基础，已形成了江苏、河北、浙江、江西、河南、四川、内蒙古等区域产业中心，加快海外并购和设厂，向国际化企业发展。我国已相继出台了《太阳能光电建筑应用财政补助资金管理暂行方法》和《关于实施金太阳示范工程的通知》等政策，并先后启动了2批总计290MW的光伏电站特许权招标项目。截止2011年底，我国累计光伏发电装机量达到1.5GW，2012年光伏新增装机容量已达到3GW。随着科技的不断进步，光伏组件的成本不断下降，政府的搭理提倡及一系列激励政策的出台都将为光伏建筑一体化的发展提供强大动力保证[8]。
作为奥运会主场馆之一的国家体育馆，不仅在外观上富于动感，让人赏心悦目，而且还蕴含着97000kW•h的年发电量。这座与国家体育馆同时设计、同时施工同时投入使用的100kWp并网光伏电站采用屋顶和玻璃幕墙两种安装方式，在设计时综合考虑了建筑美观、结构承重、风载、防雷、光伏发电效率等问题，充分体现了光伏建筑美观实用的特点，在大型并网光伏电站的系统集成技术和优化设计方面取得了重大进步[9]。
以“低碳世博”为特色的2010年上海世博会，集中运用了一系列先进的太阳能发电技术。中国馆、世博中心、主题馆等建筑都在屋顶、玻璃幕墙上安装了太阳能电池组系统，并与建筑完美融为一体。世博会主题馆成为了目前亚洲最大的集成光伏建筑一体化技术的单体建筑，发电规模达到2.8MW.在标准输出条件下，一天的发电量相当于150户人家1个月的用电量。大面积的太阳能应用是建成的世博园区太阳能发电能力近4.7MW，是目前国内城市市区太阳能集中应用规模最大区域。总装机容量超过4.68MW，年均发电可达408万kW•h，年均减排二氧化碳约1980顿，相当于少用约900吨的标煤[10]。
上述光伏建筑一体化建筑的设计和应用，对于中国在更多城市建筑中推广使用光伏建筑一体化具有明显的示范意义。相信随着光伏产业的不断发展，光伏建筑一体化设计与技术标准的不断改进，国家队光伏建筑应用的政策支持的不断完善，我国比较加快太阳能光伏发电技术在城乡建筑领域的应用步伐。
3 光伏建筑应用存在问题
（1）产业自主创新能力薄弱。我国光伏产业的发展基本上是依靠引进国外设备和生产线，然后通过消化、吸收和在创新来提高国产能力的模式。虽然近年来随着国内光伏企业实力的增长，重点企业越来越重视对研发的投入，但由于在技术水平和人才培养等方面之后的问题，产业发展不健康，必将会影响其产品在建筑等下游链的应用发展。
（2）系统成本过高，经济性欠佳。太阳能光伏电池的额定转换效率不超过20%，而在实际系统中，由于灰尘、工作温度等因素的影响，转换效率则更低。光伏发电系统中的蓄电池寿命远远低于系统寿命，在实际使用过程中，往往3～5年就需更换。与太阳能热利用系统相比光伏系统的经济性更差。
（3）系统及设备的后期维护和管理亟待规范。目前我国已经建成的离网光伏系统和电站有大约1000多个，普遍存在业主不明确，保修期已过但仍由原设计安装单位无偿提供维修服务等问题；独立式建筑离网光伏系统以及光伏路灯、景观照明等光伏系统均存在蓄电池定期更换的问题，相应的运行维护费用也较高；迫切需要对系统的运行管理规范化。
4 光伏建筑一体化的发展前景
近几年，在一些发达国家“零能房屋”得到了一定的发展，即完全由太阳能光电转换装置提供建筑物所需要的全部能源消耗，真正做到清洁、无污染。它代表了21世纪太阳能建筑的发展趋势，许多国家的征服（如美国、德国）都制定了太阳能在国家总能源消耗中的所咱比例应超过20%的计划。发达国家光伏项目的成功实施也为我国的光伏发展提供了许多值得借鉴的经验。
目前，我国的光伏建筑一体化的发展呈现出广泛认可、全面推广、快速发展的良好态势。政府主管部门在相应的太阳能推广政策中也明确提出了应大力推广“太阳能光伏建筑一体化”的模式，优先支持一体化项目，在济南、烟台、上海等30多个省市都出台了建筑强制安装太阳能的政策规定，为太阳能与建筑一体化的发展奠定了政策基础。
5 光伏建筑一体化BIPV系统设计
5.1 设计原则
光伏建筑一体化是光伏系统依赖或依附于建筑的一种新能源利用形式，其主体是建筑，客体是光伏系统。因此，BIPV系统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。
5.2 系统类型
光伏建筑系统设计首先应根据建筑物使用功能、电网条件、负荷性质和系统运行方式等因素确定光伏系统的类型。光伏系统设计根据用地按要求按下表进行选择，其中并网光伏系统应由光伏方阵、光伏接线箱、并网逆变器、蓄电池及其充电控制装置（限于带有储能装置系统）、电能表和显示电能相关参数的仪表组成。
5.3 光伏方阵
光伏方阵的选择应符合下列规定：
（1）光伏组件的类型、规格、数量、安装位置、安装方式和可安装场地面积应根据建筑设计及其电力负荷确定；
（2）根据光伏组件及安装面积确定光伏系统最大装机容量；
（3）根据并网逆变器的额定直流电压、最大功率跟踪控制范围、光伏组件的最大输出工作电压及其温度系数，确定光伏组件的串联数（简称光伏组件串）；
（4）根据总装机容量及光伏组件串的容量确定光伏组件串的并联数。
5.4 光伏接线盒
光伏接线箱应符合下列规定：
（1）光伏接线箱内应设置汇流铜母排；
（2）每一个光伏组件串应分别由线缆引至汇流母排，在母排前应分别设置直流分开关，并宜设置直流主开关；
（3）光伏接线箱内应设置防雷保护装置；
（4）光伏接线箱的设置位置应便于操作和检修，并宜选择室内干燥的场所。设置在室外的光伏接线箱应采取防水、防腐措施，其防护等级不应低于IP65.
5.5 并网光伏系统逆变器
并网光伏系统逆变器的总额定容量应根据光伏系统装机容量确定。独立光伏系统逆变器的总额定容量应根据交流侧负荷最大功率及负荷性质确定。并网逆变器的数量应根据光伏系统装机容量及单台并网逆变器额定容量确定。并网逆变器的选择还应符合下列规定：
（1）并网逆变器应具备自动运行和停止功能、最大功率跟踪控制功能和防止孤岛效应功能；
（2）逆流型并网逆变器应具备自动电压调整功能；
（3）不带工频隔离变压器的并网逆变器应具备直流检测功能；
（4）无隔离变压器的并网逆变器应具备直流接地检测功能；
（5）并网逆变器应具有并网保护装置，并应与电力系统具备相同的电压、相数、相位、频率及接线方式；
（6）并网逆变器应满足高效、节能、环保的要求。
5.6 光伏系统防雷和接地
光伏系统防雷和接地保护应符合下列规定：
（1）设置光伏系统的民用建筑应采取防雷措施，其防雷等级分类及防雷措施应按现行国家标准《建筑物防雷设计规范》GB 50057-2010的相关规定执行；
（2）光伏系统防直击雷和防雷击电磁脉冲的措施应按现行国家标准《建筑物防雷设计规范》GB 50057-2010的相关规定执行。
6 结束语
光伏建筑一体化是未来光伏应用中最重要的领域之一，其发展前景十分广阔，并且有着巨大的市场潜力。发达国家光伏项目的成功实施也为我国的光伏发展义工了许多值得借鉴的经验。随着BIPV技术的进一步发展和光伏组件成本的降低，该系统一定会扮演越来越重要的角色。
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只看楼主 我来说两句 抢板凳