光伏護欄標準(光伏護欄標準規范)

光伏護欄標準(光伏護欄標準規范)

一前言

2011年底財政部的《關于組織實施2012年度太陽能光電建筑應用示范的通知》，表明了國家在“十二五”期間力促光伏建筑一體化的信心和決心。目前中國有480億平方米建筑面積，如果在其中的10%建立BIPV系統，光伏組件的市場將達到500GW。目前我國還處于起步階段，在今后的時間里它將迎來高速的發展。

光伏建筑一體化(BIPV)與其他形式的光伏電站相比，結構要復雜得多，需要考慮的因素也要多得多。BIPV不僅要考慮到建筑設計，而且要同時考慮光伏電站設計。下面總結了在BIPV設計中幾個較主要的方面。

二光伏幕墻設計要點

1 安裝位置及形式

在建筑物上，有很多位置適合安裝光伏電站，所以產生了很多的BIPV形式。比較常見BIPV形式主要有：光伏幕墻、整體光伏屋頂、嵌入式瓦片光伏屋頂、光伏采光頂、光伏遮陽、光伏雨篷、光伏車棚、光伏溫室、光伏護欄、高速公路隔音障等。在這些形式中，每種形式均受到一定程度的限制，不如地面電站一樣可以根據實際的地理位置設定較佳的角度來獲得較大的發電量。對于每一種形式，在設計時需要充分挖掘其特點來平衡優勢與不足，獲得較佳的性價比。

2 光伏組件的選擇

光伏組件的種類較多，總的來說分為晶硅組件和非晶硅組件。以下表格是市場上常見的組件類型及其特點：

目前晶硅組件和薄膜組件價格基本一樣（約為5元），普通晶硅組件都轉換率為平均在7%～10%左右，而多晶硅電池片的轉化效率平均在17%～20%。因此，在有限都面積上，晶硅組件則意味著更大都裝機容量和發電量。另外，這兩種組件安裝支架都成本基本相等，故晶硅組件將會給用戶帶來更多收益。

普通晶硅組件作為市場上較通用的光伏組件，憑借著市場供貨充足、批量化生產的成本優勢，非常有效地推動著BIPV達到光伏發電平價上網水平。

3 較佳傾角、方位角

傾斜角度和方位角直接決定了光伏組件能夠獲得的太陽輻射量。圖1.1顯示了這些因素對組件發電效率的影響。

在北半球光伏組件朝南時，獲得較大的太陽輻射量。傾斜角對于光伏組件獲得太陽輻射量的差異非常大，以測試地點香港為例，傾斜角為90度時的太陽輻射值僅為較佳傾斜角度的一半。因此，在BIPV設計中，對于光伏屋頂、光伏采光頂、光伏遮陽等可以調節傾斜角度的項目，盡可能設計成較佳傾斜角度使光伏組件獲得較大的光照輻射量。光伏組件也盡量安裝于朝南（北半球）或朝北（南半球），對于東、西兩個朝向的光伏系統，可以選用弱光性較強的非晶硅組件來確保延長發電時間，以提升發電量。

4 通風散熱性能

溫度對于光伏組件發電的效率影響也是巨大的，它隨著溫度的升高而降低。下圖反應了這個溫度對光伏組件發電效率的影響。

光伏組件的發電效率隨著溫度的升高而降低。因此，在BIPV項目中，一定要保證光伏組件的通風散熱，降低組件的溫度，提升發電效率。目前通風散熱的方法較多，主要有以下幾種方法：

a.開放式自然通風散熱；

b.百葉窗散熱；

c.抽風機抽風散熱；

d.水冷管散熱；

e.雙層循環式散熱。

5 避免陰影遮擋

在光伏組件中，被陰影遮蔽的部分將會變成負載，導致組件局部溫度過高，嚴重的會燒壞組件，甚至引起重大火災，這就是光伏組件的光斑效益。因此，光伏陣列上的任何部分遮蔽源都將在很大程度上導致其輸出降低。據試驗，遮擋10%的面積，發電效率較多將會下降90%。對于晶體硅太陽電池，小遮擋即可引起大功率損失，。非晶硅薄膜電池的電流密度較小，陰影遮擋的影響要比晶體硅電池小得多。

所以，在BIPV設計時，要運用相關的陰影分析專業工具，充分考慮環境遮擋物和避免安裝構件產生的陰影。另外，要充分考慮光伏組件的清理方案，及時清理組件表面的鳥糞、樹葉、灰塵等。

6 符合國家建筑規范

為了規范建筑，現在國家的建筑法律法規也比較完善和齊全了。這些建筑和法規都為建筑設計人員提供了依據。在BIPV安裝的地方，通常會是社會主要的活動地點，務必保證項目符合國家規范和安全性能。BIPV結構安全性涉及兩方面：一是組件本身的結構安全，高層建筑屋頂的風荷載較地面大很多，要通過嚴格的計算光伏組件的強度、受風變形是否符合安全要求。二是組件安裝固定的安全性。應對整個結構進行嚴格的結構計算，確保安全。

建筑的能耗高居不下，建筑規范也對建筑熱工有相應的要求，若是不符合規范的話將會在驗收時通不過。節能、綠色、環保設計將會成為未來建筑較顯著的特點和發展方向。

另外還有防水、防火、防雷、地震、隔音、采光、材料、工藝、施工等都要符合國家規范要求。

7 符合建筑美學

BIPV說到底，其本質還是建筑為首，光伏為輔，美學效果很大部分決定了建筑的成功。要達到畫龍點睛的效果和帶來新的活力和創造力。具體體現在以下幾點：

從室外看，要求材料、風格、顏色和建筑物協調統一，造型創新，避免光污染；

從室內看，室內明亮，光線柔和而不雜亂；符合人體工程學要求。

8 綜合布線

光伏電站的電氣設備對電壓和電流都是有特定的要求，我們一般根據電氣設備去布局組件方陣來滿足要求。但在建筑上建立光伏電站，組件的排列不一定是整齊有序，很有可能是由一些大小、形式不一的幾何圖形組成，這樣就會造成組件間的電壓、電流不同。因此，組件布局和接線錯綜復雜，不能按照一般電站接線布局。

為保證每個方陣的電壓、電流符合電氣設備的要求，BIPV電纜布線大致有以下兩點：a.對建筑立面進行分區及調整分格，經過計算，定制尺寸和功率符合建筑要求的光伏組件； b.將少數邊角上多余的電池片不連接入電路。

另外，由于光伏組件與建筑主體的距離往往會非常小，并且光伏組件固定后基本很難再有操作空間接線，所以在設計時應同時與相關人員充分溝通和考慮接線方案，保證施工安裝和接線調試順利進行。

9 后期維護

目前大多建筑的使用年限是50年，而光伏組件是25年。對于壽命不同步，就意味著25年后可能要進行光伏組件的更換，或者在使用中組件異常。所以，在設計中應該考慮光伏組件壞掉之后的更換維護，力求操作方便，降低后期維護成本。

三帷盛光伏幕墻解決方案

帷盛自主研發的干掛式光伏幕墻VBF-1系統是帷盛BIPV光伏幕墻解決方案之一，目前已經成功申請專利。

圖1.6VBP-1效果圖 圖1.7VBP-1結構圖

該解決方案具有以下幾大特點：

用矩形鋼和角鋼作為立柱和橫梁（替代鋁型材結構），大大降低建造成本；

采用普通晶硅光伏組件，提高了裝機容量，提高建筑利用率；

各組件相互獨立，使安裝和后期維護方便快捷，節省安裝和維護的費用；

開放式的結構，保持組件通風散熱性能，提高組件發電效率；

僅5mm高的裝飾條扣板，有效避免裝飾條在陽光照下產生的陰影對組件的影響。

VBP-1系統應用說明：

適用于對采光無要求，并且有墻體作為維護結構的建筑立面；

這套系統較大的特點是采用了普通晶硅組件，具有裝機容量大、發電效率高、性價比高等優勢。大大降低了BIPV項目的成本，有效推動我國光伏產業平價上網。在力學性能上，普通晶硅組件一般能承受的載荷為2.4KN/㎡，更大承載力的普通晶硅光伏組件達到了5.4KN/㎡。根據玻璃幕墻規范JGJ102-2003第6.1.2條與第6.1.3條，進行玻璃強度和撓度的計算。風荷載設計值取2.4KN/㎡、玻璃的較短邊按照990mm來算，允許較大的變形撓度為較短邊的1/60,故df=990/60=16.5mm。由此可以得出玻璃厚度，此厚度即為光伏組件等效的鋼化玻璃厚度。計算可以得出：當組件的較大承受荷載為2.4KN/㎡時，等效鋼化玻璃的厚度為5.13mm；當組件的較大承受荷載為5.4KN/㎡時，等效鋼化玻璃的厚度達到6.72mm。

由于墻角區進行結構計算時體型系數比較大，對組件的力學性能要求非常高，故此系統不建議應用于墻角區域。在墻角區域可以采用石材幕墻或鋁板幕墻等形式來配合此系統。

三結語

政策的激勵及BIPV的特有屬性，決定了它巨大的發展空間。我們在設計和實現新能源綠色建筑時，一定注重成本控制、發電效率、節能環保、安全可靠，實現經濟效益、環境效益、社會效益較大化。

參考文獻

[1] 楊洪興，周偉. 太陽能建筑一體化技術與應用. 北京：中國建筑工業出版社 2009.

[2] JGJ203-2010 民用建筑太陽能光伏系統應用技術規范. 北京：中國建筑工業出版社 2010.

[3] JGJ201-2003 玻璃幕墻工程技術規范. 北京：中國建筑工業出版社 2003.