光伏幕墙总体设计

摘要：总结了在光伏幕墙设计中需要注意的要点；另外，介绍了杭州帷盛太阳能科技有限公司的一套新型光伏幕墙解决方案——干挂式光伏幕墙，为光伏幕墙相关设计人员提供参考和指导。

关键词：BIPV；太阳能；干挂式幕墙；光伏幕墙

一前言

2011年底财政部发布的《关于组织实施2012年度太阳能光电建筑应用示范的通知》，表明了国家在“十二五”期间力促光伏建筑一体化的信心和决心。目前中国有480亿平方米建筑面积，如果在其中的10%建立BIPV系统，光伏组件的市场将达到500GW。目前我国还处于起步阶段，在今后的时间里它将迎来高速的发展。

光伏建筑一体化(BIPV)与其他形式的光伏电站相比，结构要复杂得多，需要考虑的因素也要多得多。BIPV不仅要考虑到建筑设计，而且要同时考虑光伏电站设计。下面总结了在BIPV设计中几个最主要的方面。

二光伏幕墙设计要点

1 安装位置及形式

在建筑物上，有很多位置适合安装光伏电站，所以产生了很多的BIPV形式。比较常见BIPV形式主要有：光伏幕墙、整体光伏屋顶、嵌入式瓦片光伏屋顶、光伏采光顶、光伏遮阳、光伏雨篷、光伏车棚、光伏温室、光伏护栏、高速公路隔音障等。在这些形式中，每种形式均受到一定程度的限制，不如地面电站一样可以根据实际的地理位置设定最佳的角度来获得最大的发电量。对于每一种形式，在设计时需要充分挖掘其特点来平衡优势与不足，获得最佳的性价比。

2 光伏组件的选择

光伏组件的种类较多，总的来说分为晶硅组件和非晶硅组件。以下表格是市场上常见的组件类型及其特点：

目前晶硅组件和薄膜组件价格基本一样（约为5元），普通晶硅组件都转换率为平均在7%～10%左右，而多晶硅电池片的转化效率平均在17%～20%。因此，在有限都面积上，晶硅组件则意味着更大都装机容量和发电量。另外，这两种组件安装支架都成本基本相等，故晶硅组件将会给用户带来更多收益。

普通晶硅组件作为市场上最通用的光伏组件，凭借着市场供货充足、批量化生产的成本优势，非常有效地推动着BIPV达到光伏发电平价上网水平。

3 最佳倾角、方位角

倾斜角度和方位角直接决定了光伏组件能够获得的太阳辐射量。图1.1显示了这些因素对组件发电效率的影响。

图 1.1 方位角对辐射值的影响图1.2 倾斜角对辐射值的影响

从图1.1中可以看出，在北半球光伏组件朝南时，获得最大的太阳辐射量。从图1.2中可以看出，倾斜角对于光伏组件获得太阳辐射量的差异非常大，以测试地点香港为例，倾斜角为90度时的太阳辐射值仅为最佳倾斜角度的一半。因此，在BIPV设计中，对于光伏屋顶、光伏采光顶、光伏遮阳等可以调节倾斜角度的项目，尽可能设计成最佳倾斜角度使光伏组件获得最大的光照辐射量。光伏组件也尽量安装于朝南（北半球）或朝北（南半球），对于东、西两个朝向的光伏系统，可以选用弱光性较强的非晶硅组件来确保延长发电时间，以提升发电量。

4 通风散热性能

温度对于光伏组件发电的效率影响也是巨大的，它随着温度的升高而降低。下图反应了这个温度对光伏组件发电效率的影响。

图1.3

从图1.3中可以看出，光伏组件的发电效率随着温度的升高而降低。因此，在BIPV项目中，一定要保证光伏组件的通风散热，降低组件的温度，提升发电效率。目前通风散热的方法较多，主要有以下几种方法：

a.开放式自然通风散热；

b.百叶窗散热；

c.抽风机抽风散热；

d.水冷管散热；

e.双层循环式散热。

5 避免阴影遮挡

在光伏组件中，被阴影遮蔽的部分将会变成负载，导致组件局部温度过高，严重的会烧坏组件，甚至引起重大火灾，这就是光伏组件的光斑效益。因此，光伏阵列上的任何部分遮蔽源都将在很大程度上导致其输出降低。据试验，遮挡10%的面积，发电效率最多将会下降90%。对于晶体硅太阳电池，小遮挡即可引起大功率损失，。非晶硅薄膜电池的电流密度较小，阴影遮挡的影响要比晶体硅电池小得多。

图1.4热成像仪显示的“热斑效应”图1.5异物在组件上的“热斑效应”

表1.1太阳能光伏系统受到部分遮蔽后的现场测试结果

所以，在BIPV设计时，要运用相关的阴影分析专业工具，充分考虑环境遮挡物和避免安装构件产生的阴影。另外，要充分考虑光伏组件的清理方案，及时清理组件表面的鸟粪、树叶、灰尘等。

6 符合国家建筑规范

为了规范建筑，现在国家的建筑法律法规也比较完善和齐全了。这些建筑和法规都为建筑设计人员提供了依据。在BIPV安装的地方，通常会是社会主要的活动地点，务必保证项目符合国家规范和安全性能。BIPV结构安全性涉及两方面：一是组件本身的结构安全，高层建筑屋顶的风荷载较地面大很多，要通过严格的计算光伏组件的强度、受风变形是否符合安全要求。二是组件安装固定的安全性。应对整个结构进行严格的结构计算，确保安全。

建筑的能耗高居不下，建筑规范也对建筑热工有相应的要求，若是不符合规范的话将会在验收时通不过。节能、绿色、环保设计将会成为未来建筑最显著的特点和发展方向。