技术干货 ｜ 光伏建筑一体化（BIPV）设计及应用

2022-11-28 13:19·光伏建筑

自2020年“双碳”目标发布以来，中国的节能减排工作刻不容缓。

据相关资料统计，我国在建材生产、建筑构造和建筑使用过程中消耗的能源占到社会终端能耗的46.7%。

这与可持续发展的理念是相悖的，因此，发展低能耗的绿色建筑，改变当前高投入、高消耗、高污染、低效率的模式，成为必然趋势。

光伏建筑一体化（BIPV）既满足发电功能，又兼顾建筑的基本功能及美学要求，受到追捧。

一、BIPV建筑设计要求

1、BIPV应用形式

BIPV应用形式从大类上来说，分为三种类型：屋顶、立面和建筑附属物。

BIPV系统设计需结合建筑、结构等相关专业要求，共同确定系统各组成部分在建筑中的安装位置。

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建筑屋顶：国家级零碳示范村四川攀枝花零碳特色小镇

安装时间：2022年

安装地点：四川混萨拉村

安装容量：46.9KW

装机面积：343.48㎡

造型优势：首批具备国家级示范意义的零碳村庄试点项目，在屋顶应用了英利嘉盛的光伏瓦黛瓦系列，与屋顶进行一体化设计安装，呈现均匀一致的玄青色，和浅色墙面形成对比，营造出白墙黛瓦的悠然意境；同时在阳光照耀下，黛瓦表面香梨状纹理丰富了建筑的艺术表达，让建筑屋顶不单调，也减少了光污染。

节能效果：建筑共安装了680块黛瓦，总装机容量46.9kw，年发电量可达67862度，相当于减排二氧化碳67.66吨，减排粉尘18.46吨。

此外，BIPV系统规划设计需进行太阳能辐射、建筑物、电网等方面的评估。

02

建筑立面：国内首座零能耗模块化建筑上海招商璀璨城市零碳展馆

安装时间：2022 年

安装地点：上海

安装容量：115.68KW

装机面积：205.7㎡

造型优势：国内首个零能耗模块化建筑，建筑西立面应用了英利嘉盛青砖系列产品，银白色肌理与建筑外观浑然一体，整体协调大气。青砖与保温一体板的配合使用也提升了建筑的节能效果，常规办公楼每平米耗电70-80度，零碳展馆每平米耗电仅为26度，而光伏发电量每平米至少33度，光伏绿色电力完全能满足建筑用能需求，实现了真正意义上的零能耗。

节能效果：建筑一共安装了115.68KW光伏建材，年发电量可达12.445万度，相当于年减排二氧化碳104.08吨，减少了49.78吨煤碳燃烧所产生的温室气体，减排粉尘33.85吨、二氧化硫3.73吨。

在建筑物上安装该系统不能降低建筑物本身或者是周围相邻建筑物的日照标准；

避免周围环境景观、绿化种植及建筑自身的构件投影遮挡投射到光伏建材上的阳光；

避免光伏建材对建筑本身或者是周围建筑物群体的二次辐射造成光污染。

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建筑附属物：BIPV+绿色工厂南通全筑工厂项目

安装时间：2022 年

安装地点：江苏南通

安装容量：43KW

装机面积：460㎡

造型优势：项目在雨棚和采光顶上，使用了最新的具备超高透光性能的“琉璃·莹兰”系列，这也是“琉璃·莹兰”在光伏采光顶的首次应用，律动的黑色电池线条犹如琴弦，赋予建筑均衡美感的同时，也确保了超高透光性能，40%透光率完全满足了建筑采光需求，节省了日常用能；高效晶硅发电技术，为建筑提供了更多清洁能量。它的落地为更多工厂进行绿色智能化低碳转型提供了参考。

节能效果：建筑一共安装了43kW光伏建材，装机面积460平方米，年发电量可达4.5万度，相当于减排二氧化碳43.8吨，最大幅度的减少了化石能源的消耗。

2、建筑专业设计要求

安装光伏建材的建筑部位在冬至日全天日照应不低于3h；

并在安装光伏建材的部位采取安全防护措施；

满足其所在部位的建筑防水、排水、雨水、隔热及节能等功能要求。

除了以上技术要素之外，BIPV系统设计另一至关重要的是光伏建材满足建筑的美学要求，例如英利嘉盛的青砖、琉璃系列：

（1）建筑物的色彩纹理效果。

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青砖

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琉璃

（2）光伏建材背面的接线盒隐藏在幕墙结构中。

3、结构专业设计要求

根据BIPV系统的类型，光伏建材的结构设计应与工艺和建筑专业相配合，合理确定光伏建材在建筑中的位置。

光伏建材结构荷载取值应符合《建筑结构荷载规范》（GB50009-2010）的规定。

PART

二、BIPV系统设计过程

BIPV系统的设计在收集当地气候参数的基础上，考虑建筑物的使用功能、电网条件、负荷性质和系统运行方式等因素。

光伏建材的倾角、数量、安装位置及阴影的设计要和建筑物设计同时进行，因其对建筑的外观影响校大，应尽量做到相互平衡、协调、一体化的设计。简单设计步骤如下：

（1）设计之前收集当地的太阳能辐射以及温度变化等气象数据，当地气象部门太阳能辐射量一般只有水平面的数据，需要根据理论计算换算出光伏板表面的实际辐射量。

（2）建筑设计和电力负荷的确定，决定光伏建材的类型、规格、数量、安装位置、安装方式和可安装面积的场地，同时光伏建材规格及安装面积、安装位置也决定了建筑的最大安装容量。

（3）系统的直流汇线箱、逆变器、测量和数据采集系统的设计。

三、BIPV应用案例

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中石化首个BIPV加油站：山东莒南加油站BIPV发电罩棚

安装时间：2022年

安装地点：山东莒南

安装容量：72.36KW

装机面积：510㎡

造型优势：外观漂亮、通透，光伏建材代替原设计屋面金属板，既能发电又具有防水功能，减少漏雨隐患。通过建材和光伏行业双重防火认证，更安全；屋面可支持踩踏，方便清理及运营维护，是绿色加油站标杆性建筑。

节能效果：建筑一共安装了72.36KW光伏建材，年发电量可达8.16万度，相当于年减排二氧化碳81.39吨，减少了32.65吨煤碳燃烧所产生的温室气体。

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BIPV+水泥厂低碳转型示范：山东淄博双创公园城发展服务中心

项目时间：2021年

项目地点：山东淄博

装机容量：65.8 kW

装机面积：1051 m2

造型优势：光伏+高耗能水泥园区转型示范，本项目以“山水肌理、生态内核、文化价值、城市印象”为设计理念，将光伏融入其中，光伏主动产能与被动式节能技术相结合，使建筑、山水、城市和谐融为一体，成为了当地一栋独具特色的未来生态建筑。建筑东、南、西三个立面全部应用了英利嘉盛的琉璃溢彩系列产品，天蓝色幕墙具备镜面效果，反射出周围的蓝天白云和草地，让建筑更具空间感、艺术感。

节能效果：建筑共安装65.8kW光伏建材，年发电量可达7.1万度，相当于节约标准煤28.4吨，减排二氧化碳73.84吨，减排粉尘、二氧化硫1.1吨。

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BIPV+光储直柔示范项目：山西智慧绿建示范园项目

安装时间：2022 年

安装地点：山西大同

安装容量：77KW

装机面积：530㎡

造型优势：该建筑作为办公楼的附属建筑，集吃、行于一体，选择了“琉璃·溢彩”这款产品，秉承“绿色出行、低碳建筑”的核心理念，采用光储直柔技术，将光伏发电、分布式储能、直流电建筑及柔性控制系统四种技术结合，相互叠加、整合利用，实现建筑节能低碳运转。英利嘉盛为该建筑提供的光储直柔系统设计方案，使建筑通过运用柔性用电的建筑管理系统，实现建筑用电的自我调节和自主优化，为地下停车场提供了照明，降低了能源损耗，实现了光伏发电与智能电网技术的有机融合，更好的体现了绿色低碳理念。

节能效果：建筑一共安装了77KW光伏建材，安装面积530㎡，年发电量可达7.9万度，相当于年减排二氧化碳78.95吨，减少了31.68吨煤碳燃烧所产生的温室气体，减排粉尘21.54吨、二氧化硫2.38吨。