李瑗
安徽水利开发股份有限公司建筑设计研究院 安徽合肥 230000
摘要：随着能源资源的不断加剧消耗，我国近几年加大了可再生能源应用推广力度，而太阳能作为清洁型能源获得人们的青睐。太阳能光伏建筑一体化就由此而产生，目前已经越来越被大众熟知，他是一种依附于建筑的利用太阳能发电来运行的新体系。在此作者给出了光伏建筑一体化的概念，并结合我国光伏建筑方面的设计规范，着重对光伏建筑一体化（BIPV）电气设计领域进行研究分析，并就电气设计专业技术方面，与同行共同交流探讨。
关键词：光伏建筑；电气设计；BIPV技术
一、概述
太阳能光伏建筑一体化(BIPV)技术在2006年9月30日深圳太阳能学会年会上首次提出，开创性的将太阳能光伏产品有机集成到建筑上，这一技术又称为BIPV。这是一种先进设计理念，更是符合当下社会发展宏观背景和经济发展趋势的。根据国家和省推广可再生能源应用的总体要求及战略部署，将太阳能光伏发电作为建筑的一种体系融入建筑领域，用光伏组件代替或者集成为屋顶、窗户和外墙的一部分，主要可以产生电能供建筑本身使用。我们应该把建筑作为整体来看，它是相对复杂而又独立的系统，因此要将太阳能得应用技术融入到建筑设计当中，要从建筑设计和新技术应用两方面同时入手，使建筑设计与太阳能技术有机结合，创造出低能耗高舒适度的新型建筑，由此形成了光伏建筑一体化设计，是生态驱动设计理念向常态设计理念的拓展和延伸。
BIPV以表现形式来分主要包括两种：光伏屋顶系统、光伏墙面系统。BIPV以建筑物结合形式来分主要包括两种：一种是载体形态，建筑物是光伏方阵的载体，另一种是集成形态，使光伏方阵与建筑成为一个整体，如光电幕墙、光电采光顶等。
二、太阳能光伏建筑一体化设计
我们通常说的一体化设计就是将光伏电池或者太阳能电池固定在建筑物围护结构中，或者是与建筑相结合的方式，目的是直接将太阳能的可再生能源转化成电能，电能再经过逆变控制器转换使用，最终使这种发电方式产生的电能可以直接满足该建筑的用电量，形成全过程的太阳能能源利用。如果用电量足够的情况下，还可以将其输送电网中，实现可再生电能的深度开发。下面我们通过2014年某项目案例来进行深入研究分析。
2.1 光伏板发电系统的总体设计
我们在进行光伏发电系统总体设计时应包括容量设计、电气设计、机械结构设计、建筑设计、防火防雷等安全设计、可靠性设计、包装运输设计、安装调试运行设计以及维修检测设计等等。总体设计中各环节的具体设计说明和设计图纸以及光伏发电系统的设备选型、设备的能效比、效率等内容可以委托专业公司进行深化设计。
2.2 太阳能资源状况
某项目太阳能资源状况如下：当地日照条件较为充足，太阳能资源相对比较丰富，年累计有效日照时数为1350小时。日照时数分布以夏季的最多，达到400～600小时，占全年总时数的三分之一以上；冬季最少，约160～265小时，仅占年总时数的18～23％。我们根据以上太阳能资源状况，结合项目特点，进行太阳能光伏建筑一体化设计和计算。
2.3太阳能利用形式
该项目充分利用主楼屋顶100米的高度，日照无遮挡，屋顶面积较大近2500平方米的特点，充分利用太阳能进行光伏发电。在屋顶设置了2套光伏发电系统，产生的电能用来提供给大楼的公共区域照明，及地下车库的照明用电，地下车库白天使用光导照明系统、采光窗照明结合光伏电照明，晚上全部使用光伏电照明。
2.4用电量计算及光伏系统设计
经测算(如下表）项目公共区域和地下车库照明年用电量为169124kwh,建筑物整体年用电量为9677855kwh。公共区域照明用电占比为1.75%。2套光伏发电系统预期发电量为建筑总用电量的2%。因此屋顶设置2套光伏发电系统可满足提供给建筑物的公共照明用电。经测算后得出建筑总用电量的2%即屋顶光伏发电量约为193557 kwh，A、B座屋顶对应的光伏发电装机容量为193.6KW。
建筑物全年用电量计算表1
建筑物全年用电量267124.2
注：计算公式 W=a×P×T；a为年平均有功功率负荷系数，P为建筑物的有功功率，T为年实际工作小时数
公共区域和地下车库照明年用电量占建筑物年用电量的百分比（%） 2.760159135
本项目设计采用独立的光伏发电系统，其主要组成部件包括太阳能电池组件、控制器、逆变器、防反冲二极管、蓄电池、支架和输配电设备等。一般而言，光伏的发电原理是通过电池在有太阳光照射的时候吸收光能，然后电池出现了异号电荷积累随之产生电动势，从而将光能转换成电能。在防反冲二极管的控制下，蓄电池受光照时发出的电能可随时向负载供电。控制器负责保护蓄电池，通过控制器控制蓄电池组过充电或过放电，延长蓄电池使用寿命。而独立光伏发电系统就是以太阳能光伏发电为主要供电方式，以普通的交流电补充其他电能为辅助供电方式，构成较为全面的供电系统。这样光伏发电系统中太阳能电池和蓄电池的容量都可以按照指标进行设计，可以实现有阳光时就能用太阳能发的电，没有阳光比如连续阴雨天时可以用辅助电能量进行补充，从而保障项目公共区域照明的正常使用。
2.5结果完全满足规范要求
最终我们可以看出，本项目采用独立太阳能光伏发电系统。经过计算，目标发电量为建筑总用电量的2%，这使屋顶光伏发电系统所产生的电量能够解决建筑物的公共照明，也就是大楼公共区域照明用电及地下车库的照明用电。同时满足国家《绿色建筑标准》（GB/T50378-2006）中5.2.18 的要求“根据当地气候和自然资源条件，充分利用太阳能、地热能等可再生能源，可再生能源产生的热水量不低于建筑生活热水消耗量的10％，或可再生能源发电量不低于建筑用电量的2％”。
三、结束语
随着国家科技创新和绿色发展的认知度越来越高，建筑光伏一体化新技术成果不断涌现，太阳能光伏的应用将会进一步普及。在这个时候，我们要清楚的知道，虽然太阳能光伏建筑一体化处于大力推广和应用阶段，但是其成本高、转换率低、占面积多、受环境气候影响因素大等缺点不可忽视，需要进一步研发新产品，减少硅电池的制造过程高污染高能耗，为光伏产业健康发展奠定良好基础。从设计角度来看，光伏建筑一体化建筑设计尤其是电气设计是其中重要的组成部分，从业人员应全面掌握相关设计要求和规范标准，结合实际施工和调试情况，做出更符合发展需求的设计作品，为我国光伏建筑又好又快发展贡献力量。
参考文献：
[1]单竹杰.光伏建筑一体化并网发电系统的智能控制[J].智能建筑电气技术.2011，（01）.
[2]赵加勇.光伏发电与建筑一体化技术在住宅小区中的应用[J].智能建筑电气技术.2011，（01）.
作者简介 李瑗（1981-），女，汉族，安徽省合肥市，本科，工程师，从事民用建筑电气设计14年
论文作者:李瑗
论文发表刊物:《防护工程》2018年第9期
论文发表时间:2018/9/5
标签：光伏论文; 建筑论文; 太阳能论文; 用电量论文; 电能论文; 系统论文; 建筑物论文; 《防护工程》2018年第9期论文;