BIPV光伏幕墙 | 绿色建筑最佳解决方案

2025-04-02 19:18

随着全球气候变化的加剧和“双碳”目标的提出,建筑光伏一体化(BIPV)技术作为一种绿色建筑解决方案,正逐渐成为行业关注的焦点。

光伏幕墙作为BIPV技术的重要组成部分,不仅具有美学价值,还能有效实现太阳能发电,降低建筑能耗。本文从光伏幕墙的形式选择、分格设计、倾角优化、阴影遮挡、发电量计算、构造设计等方面,对光伏幕墙建设技术要点进行分析,为BIPV行业和光伏幕墙行业人士提供参考。

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光伏幕墙的形式选择

根据建筑造型特点、使用功能需求,光伏幕墙形式选用的优先级也有区别。从透光效果及美观度方面考虑,薄膜发电组件一般优于晶硅组件。对常见建筑类型的光伏幕墙的可行性与优先级分析如下:

01.


住宅建筑中,南立面由于窗户较多,实墙面小而分散,优先设置透光的光伏栏杆。山墙面实墙面积较大,优先安装不透光或者仿建材光伏产品,经济型较高的大面幕墙。

02.


大型商业建筑中,建筑的采光主要靠内部照明,自然采光的重要性比住宅建筑要低一些,立面多为玻璃幕墙或大面积的实墙面,玻璃幕墙考虑透光的大面幕墙,实墙面考虑不透光的大面幕墙。不能忽略的是商业建筑通常会设置大面积的采光顶,可考虑透光的光伏采光顶。

03.


办公建筑中,主要使用空间对采光要求较高,而辅助空间采光要求不高,考虑立面效果统一,这些空间对应的幕墙可用于安装透光的光伏组件。在建筑的层间可设置不透光的光伏组件,此外,办公建筑对遮阳有一定要求,可结合遮阳功能,设置外置光伏遮阳构件。

04.


文化建筑中,建筑形体整体性较强,立面元素较为规整,多为大面积墙面或玻璃幕墙;而室内采光主要靠电气照明解决,对自然采光的要求稍低,因此可充分利用立面资源安装不透光大面幕墙。

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分格设计

光伏幕墙的分格设计需考虑光伏组件的尺寸和加工工艺。由于光伏组件尺寸并非强制规定,组件尺寸可能存在差异,因此设计时需先获取待使用组件的尺寸。建议幕墙分格尺寸按照厂家的标准组件尺寸设计,以避免加工定制带来的工期延误和成本增加。

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倾角优化

光伏幕墙的倾角优化是确保发电效率的关键。设计时需平衡光伏组件接收太阳辐射量和建筑整体效果的关系。在北半球,光伏组件朝南时能获得最大的太阳辐射量。倾斜角对光伏组件接收太阳辐射量的影响非常大,倾斜角为90度时的太阳辐射值仅为最佳倾斜角度的70%。

因此,在光伏幕墙设计中,对于层间幕墙、光伏采光顶、光伏遮阳构建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。最佳倾角的获得可通过专业软件如PVsyst进行计算,根据组件在不同倾角下年平均太阳辐射量来确定。

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避免阴影遮挡

阴影遮挡会严重影响光伏组件的发电效率,甚至导致组件损坏。因此,在光伏幕墙设计时需充分考虑阴影遮挡问题。对于受阴影影响较大的场景,多选用薄膜发电玻璃,因其电流密度较小,阴影遮挡的影响较小,安全性更高。

阴影分析的工具非常多,国内外大部分的软件只能分析屋面,或者地面电站的阴影遮挡,建筑立面的的复杂阴影分析可以采用Solar PV软件。另外,要充分考虑光伏幕墙的清洗方案,及时清理光伏发电面板表面的鸟粪、树叶、灰尘等。

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发电量计算

发电量是评估光伏幕墙系统性能的重要指标。发电量计算需考虑水平面太阳能总辐射量、组件安装容量和综合效率系数等因素。综合效率系数包括光伏组件类型修正系数、光伏方阵的倾角、方位角修正系数、光伏发电系统可用率、光照利用率、逆变器效率、集电线路损耗、升压变压器损耗、光伏组件表面污染修正系数、光伏组件转换效率修正系数等。设计时可通过专业软件进行发电量计算,确保系统发电效率满足设计要求。

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综合效率系数K包括:光伏组件类型修正系数、光伏方阵的倾角、方位角修正系数、光伏发电系统可用率、光照利用率、逆变器效率、集电线路损耗、升压变压器损耗、光伏组件表面污染修正系数、光伏组件转换效率修正系数。

水平面太阳能总辐射量可以去气象站购买,也可以通过专业的气象软件模拟,如NASA,Solargis,Meteonorm等。对于没有软件的人员,可以通过整理好的经验表格进行粗略查询。

综合效率系数与很多参数有关,一般通过专业软件计算,在发电量估算时,光伏方阵倾角之外的系数可以按照80%-82%取值。因为光伏幕墙角度变化较大,光伏方阵倾角系数需单独考虑。以浙江地区为例,从图5可以粗估,90°立面的幕墙损失量大概在40%左右。也可以通过Perez模型、HDKR模型或者Hay模型计算倾斜面太阳辐射量。

构造设计

光伏幕墙的构造设计需满足普通幕墙设计的要求,同时在避位、布线、调节面板角度等方面还需满足光伏系统的特殊要求。避位设计时需避开光伏组件的接线盒,避免干涉;布线设计时需考虑隐藏线缆,保持幕墙的美观性;调节面板角度设计时需考虑异形建筑的需求,设置可旋转的铝合金附框转接框等。

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光伏幕墙建设技术要点涉及多个方面,包括形式选择、分格设计、倾角优化、阴影遮挡、发电量计算、构造设计等。在设计过程中需综合考虑建筑造型特点、使用功能需求、太阳辐射量、阴影遮挡等因素,确保光伏幕墙系统既美观又高效。随着绿色建筑和可持续发展理念的深入人心,光伏幕墙作为一种创新型的建筑集成太阳能解决方案,其市场前景广阔,将成为未来建筑行业的重要组成部分。

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