本文作者：肖堅偉,鄭鴻生
引言
隨著財政部于⒛09年3月印發(fā)《
太陽能光電建筑應用財政補助資金管理暫行辦法》及財政部、科技部、國家能源局于2009年7月《關于實施金太陽示范工程》的通知,表明國家在貫徹實施《
可再生能源法》,落實國務院節(jié)能減排戰(zhàn)略部署,加快太陽能光電技術在城鄉(xiāng)建筑領域的應用。
入列國家金太陽示范工程的275個項目中有部分涉及到
BIPV建筑,那么在建的或未建成的示范項目中的實際應用值得業(yè)界同行共同借鑒和規(guī)范。
1 BIPV定義及外延
光伏建筑一體化(BIPV)技術即將
太陽能發(fā)電(
光伏)產(chǎn)品集成到建筑上的技術。BIPV 即Building Integrated Photovoltaic,其外延就是①不但具有外
圍護結構的功能,保證建筑安全防護要求;②同時又能產(chǎn)生電能供使用;③在以前兩點的基礎上結合建筑結構風格進行優(yōu)化設計,使整體的裝飾效果更協(xié)調。
2 BIPV建筑安全
2.1 組件安全
BIPV組件作為建筑體一部分,須按《
建筑玻璃應用技術規(guī)程》和《
玻璃幕墻工程技術規(guī)范》等要求進行設計,其必須符合
建筑安全玻璃管理規(guī)定。現(xiàn)有的BIPV組件在封裝材料上有采用
PVB封裝的和采用EVA封裝的,這兩種不同材料封裝的BIPV組件在建筑安全上的級別是不同的。
《
玻璃幕墻工程技術規(guī)范》第3.4.6項明文規(guī)定:“ 玻璃幕墻采用
夾層玻璃時,應采用干法加工合成,其夾片宜采用
聚乙烯醇縮丁醛(PVB)膠片”,因此PⅤB封裝的BIPV組件在安全性能上比EVA封裝的BIPV 組件要高。 `
如:《
建筑安全玻璃管理規(guī)定》第六條,建筑物需要以玻璃作為
建筑材料的下列部位必須使用
安全玻璃:
(一)7層及7層以上建筑物外開
窗;
(二)面積大于1.5平方米的窗玻璃或玻璃底邊離最終裝修面小于500mm的
落地窗;
(三)幕墻(全玻幕除外);
(四)傾斜裝配窗、各類天棚(含
天窗、
采光頂)、
吊頂;
(五)觀光電梯及其外圍護;
(六)室內(nèi)
隔斷、浴室圍護和屏風;
(七)樓梯、陽臺、平臺走廊的
欄板和
中庭內(nèi)攔板;
(八)用于承受行人行走的地
面板;
(九)水族館和游泳池的觀察窗、觀察孔;
(十)
公共建筑物的出人口、
門廳等部位;
(十一)易遭受撞擊、沖擊而造成人體傷害的其他部位。
那么在以上部位設計BIPV組件時應選擇安全性更高的PVB封裝BIPV組件,而且在選擇組件中要考慮不同厚度組合以適應風
雪荷載、自重
荷載、
地震荷載不同的要求。
2.2 電氣安全
電氣系統(tǒng)的配置須符合《建筑電氣工程施工質量驗收規(guī)范GB50303》、《電氣裝置安裝工程電纜線路施工及驗收規(guī)范GB50168》、 《電氣裝置安裝工程
接地裝置施工及驗收規(guī)范《GB50169》等標準的要求。
防雷接地設計須考慮防直擊雷和防感應雷的要求進行配置,并網(wǎng)系統(tǒng)還須考過/欠電壓頻率保護、防孤島效應、恢復并網(wǎng)、短路保護、隔離保護、逆向功率保護設計也要考慮符合《
光伏系統(tǒng)并網(wǎng)技術要求GB/T19939》、《光伏(PV)發(fā)電系統(tǒng)過電壓保護-導則SJ/T11127》的規(guī)定。
3 BIPV建筑發(fā)電
BIPV建筑的建造有其特殊的地理位置和獨特的建筑風格,作為建筑物本身位置、設計美感和整體協(xié)調性的要求,有時無法完全兼顧組件最佳發(fā)電方位的要求,如下圖1、圖2的為了迎合建筑,BIPV組件傾斜角不是最好的發(fā)電角度。對于
透光率、
遮陽系數(shù)、Κ值的不同組合可以通過設計組件電池片占比、電池片的顏色、背板玻璃顏色、
鍍膜背板玻璃、
中空或
夾層玻璃等不同的組合達到建筑美學和發(fā)電最佳結合點。
4 BIPV建筑結構設計
BIPV建筑結構與幕墻結構設計相似,主要有明框式、隱框式、半隱框式、點支式,如圖6、圖8、圖9。明框式幕墻BIPV 組件可設計成藏式接線盒和背面接線盒兩種方式,如圖6、圖7,藏式接線盒外觀簡潔,沒有外圍的電纜線。隱框式、點攴式大多設計為背面接線盒,如圖8。
BIPV建筑的采光頂或傾斜屋面由于容易沉積灰塵和鳥糞等雜物,影響外觀、建筑的采光及發(fā)電性能,因此需要頻繁的進行清洗,但由于人工清洗操作困難,可以考慮在BIPV建筑結構中設計專用的太陽能自行清洗裝置(如圖10)。這種類型的清洗裝置則要求能通過裝置自身的太陽能發(fā)電儲存在蓄電池里,置動作和反饋信息。
5 BIPV建筑案例
5.1 廣州火車南站南側的站臺光伏雨篷(BIPV)項目
在建的廣州南站光伏系統(tǒng)并網(wǎng)總功率達253千瓦,透光率達50%以上。項目全部采用
5.2 金剛空中花園BIPV項目
此拱形大跨度屋頂工程并網(wǎng)總功率400kWp,其25米跨度近10米高度的頂棚設計,配以2000×1750mm、1600×15OOmm兩種PVB封裝的雙玻璃
光伏組件。組件上以不同形式排列的電池片組成風格各異,各種組件外觀可變性強、透光率町自主選擇的設計特色。采用隱框式幕墻結構設計,再與鋼
框架龍骨有機結合。采用側面接線盒的方式,電纜藏于
框架結構中,遠處望去,簡潔大方,不見電線、線槽,與普通建筑玻璃無異。
5.3 香港圣保羅小學
此BIPV光伏采光頂總面積為82平方米,系統(tǒng)總發(fā)電功率為7.9KWp,由65片雙玻璃光伏組件構成,采用156×156mm高效
晶體硅電池片,安裝方向為東南偏南,采用
明框玻璃幕墻的結構形式。
6 結束語
太陽能是我國分布最廣的可再生能源資源。可以利用建筑大量的屋頂和墻面資源,有效地增加能源供應。
光伏發(fā)電不消耗化石能源資源和水資源不產(chǎn)生污染,也沒有溫室氣體排放。既適合分散使用,也可以集中建設大型光伏發(fā)電站,為未來經(jīng)濟發(fā)展前景的可再生能源打下基礎。
充分利用好國家的各種優(yōu)惠政策,加快光伏新型幕墻的發(fā)展,符合我國節(jié)能減排的社會責任要求。
參考文獻
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特種玻璃、結構、
幕墻技術手冊,汕頭大學出版社,2009
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玻璃幕墻工程技術規(guī)范JGJ102,中國建筑工業(yè)出版社,2004
[4] 《建筑玻璃應用技術規(guī)程》J臼l13,中國建筑工業(yè)出版社,2009
