摘要：大量利用太阳能今天，虽然出现了许多太阳能结合的建筑，而在建筑表皮与太阳能光伏板结合的过程中出现了不少的问题。本文主要介绍了太阳能光伏板与建筑表皮一体化的发展、目前的存在的问题、重点总结了目前光伏与建筑表皮结合的结合方式。
关键词：太阳能；建筑光伏一体化；BIPV
1光伏发电与建筑一体化（BIPV）
1.1 BIPV定义
1991年，德国旭格公司首次提出了“光伏发电与建筑一体化（Building Integrated Photovoltaic，简称BIPV）”的概念。BIPV直译为“建筑物整合太阳光电系统”，简而言之，其主要内容在于“将光电板视为一种建筑构材的空间元素而产生的构筑技术的实践”[1]。其主要的形式有两大类：一为“结合”，一为“集成”。所谓“结合”是指将光伏方阵依附于建筑物上，建筑作为光伏方阵载体，起支撑作用；所谓“集成”是指光伏组件以一种建筑材料的形式出现，光伏方阵成为建筑不可分割的一部分[2]。这里BIPV是从建筑的整体性出发的，太阳能光伏组件不再是一个单独考虑的物体，而是与建筑融为一体的。光伏发电与建筑一体化可以可以把光伏发电组件与建筑结合，是建筑成为一个独立的发电站，在建筑表皮放置光伏板式可以以其颜色和纹理展现其独特的造型与美学，还可以成为建筑的维护结构，为建筑的热工和采光提供良好的条件。
1.2 BIPV发展
目前我国的光伏屋顶发展特征有：1）能量转换效率低。我国大部分的光伏转化率只有10%-15% 2）技术应用的程度低。企业和大学的研究重理论轻实践，大多技术成果没有应用于市场3）环境能效相对成熟。目前大多光伏产品的寿命在普遍超过十年，在农村的小型住宅中成本回收的周期大约在年左右[3]。但在总体上，我国的太阳能与建筑结合的还处在发展的初期，并存在着各种问题。
在20几年的发展中证明，光伏板与建筑的结和是一个漫长的过程，通过大量的工程实践，光伏系统融入建筑表皮设计有五个阶段：1）无间隙安装2）融入设计中3）改善建筑的外观4）用来决定建筑的外观5）用来探索新的建筑理念。可以说，BIPV的设计已经从最初的实验探索阶段转变为现在的成熟阶段[4]。我们可以看到光伏板对建筑的影响越来越大，美学的因素在不断加大，最后太阳能光伏板结合程度越来越高，成为建筑精神层面上的表达。
随着技术不断改进，目前出现了更多的与建筑结合的创新产品，如：如低倍焦光伏技术；光伏膜夹胶玻璃透光率从10%到50%的提升；光伏百叶窗等一体化光伏组件；光伏组件表面带自动清洗技术等[5]。
2 目前建筑与太阳能光伏结合存在问题
目前国内的太阳能光伏板与建筑的结合部位主要在屋顶且采用廊架式，与建筑的结合程度不高并且缺少考虑外观和美学因素。在立面与建筑结合时，往往管线乱走，破坏立面的现象严重。当前的光伏建筑的设计工作分工不明确，建筑师不重视太阳能与建筑的结合，对光伏技术不了解，建筑师与工程师之间缺乏协作与交流等。这种建筑师角色缺位，造成国内建筑与光伏板结合程度普遍低下。建筑与光伏板结合的优势没有展现出来，进一步抑制了用太阳能在建筑的利用。
此外，目前国内的光伏与建筑结合的案例大多数是多层建筑，但在超高层建筑中应用光伏幕墙的设计案例并不多，在广州珠江新城的珠江城大厦在建筑物的侧面安装太阳能光伏发电系统，在南立面共有3347m2的太阳能电池板[6]。
随着高度的不同，光伏组件的性能要求也不同，光伏幕墙有缺点也随之显现。1）其发电功率和建筑功能往往有矛盾，难以兼顾光伏板要求通风降温，不用中空玻璃，而节能建筑却要求用中空玻璃2）采用中空玻璃时爆裂现象频发，在高层结构结构中将对生命财产造成巨大的威胁3）无论是光伏还是密闭任意功能的失效，都要更换玻璃，维修概率高4）并非电路原因损坏的更换也要涉及电路，更换程序麻烦5）作为高层建筑的维护构件，该形式安全性不足[7]。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆而且目前太阳能建筑与光伏系统结合的方式并没有考虑抗震的问题，国内外为数不多的构件型光伏幕墙体的研究也只是停留于能量转化的研究上[8]。所以，太阳能光伏板与建筑的结合无论在艺术和技术上，我们还存在许多的问题，这需要我们反思与总结。
3 BIPV与建筑的结合方式
光伏板与建筑的结合形式有多种多样，在2009年财政部和城乡建设部下发的《关于印发太阳能光伏建筑一体化应用示范项目申报指南的通知》中，为了体现对光伏建筑一体化应用示范的引导和支持，将其按安装方式分为建材型、构建型和屋顶、墙面结合安装的支架型3种[9]。而徐燊和李保峰根据光伏板与建筑结合位置总结的有3种：1）竖直面（水平面）2）倾斜面3）退台[10]。根据建筑与光伏一体化按照结合的建筑要素不同做了更为细致的划分。
3.1 在建筑墙体和外立面中的应用
1）太阳能光伏窗2）垂直式光伏幕墙3）锯齿形垂直幕墙4）锯齿形光伏幕墙5）风箱式光伏幕墙6）倾斜式光伏幕墙7）结构式光伏幕墙8）台阶式光伏幕墙9）独立太阳能光伏立面10）集成太阳能光伏屋顶
3.2 在建筑屋顶和天窗中的应用
1）独立太阳能光伏屋顶2）锯齿形光伏屋顶3）光伏板中庭4）光伏板天窗5）柔性太阳能光伏屋面
3.3 在遮阳、雨棚、阳台和其他建筑元素中的应用
1）光伏遮阳2）光伏阳台3）光伏入口雨棚和门斗4）屋顶花园光伏遮阳板
最后还有其他元素与光伏系统集成如：1）停车场2）连廊3）雕塑等。
结语
全世界能源紧缺的今天，太阳能是绿色能源中应用最广和最成熟的。影响光伏与建筑的结合有许多的因素：光伏板的外形、尺度、组合、色彩和肌理，他们的无穷变化可以给建筑增添光彩。同时我们更应该关注到建筑的地域文化性和精神层面的表达。建筑师与工程师一起探索可以在这方面还有很大的创造空间。
参考文献：
[1]叶世宗建筑事务所，《BIPV的建筑视野与实践——改造台南县政府立面》[J].
[2]谢士涛.光伏建筑一体化技术与应用[J].深圳土木与建筑，2008，01：5-9.（02）：34.
[3]左佰周，小型太阳能瓦片屋顶光伏发电系统研究[J].科技经济市场，2014，10：12-14.
[4]布拉沙D，斯诺M.太阳能建筑——建筑光电一体化源书.周莹，扬艳霞.左丹红译.北京：迪塞纳图书有限公司，2006.
[5]肖潇，李德英.太阳能光伏建筑一体化应用现状及发展趋势[J].节能，2010，331（2）：12-18.
[6]崔晓强，张松.广州珠江城绿色超低能耗关键施工技术[J].施工技术，2011，40（4）：28-31.
[7]章红梅，师振华，刘松，董金芝.太阳能光伏建筑一体华研究现状综述[J]，结构工程师，2013，29（5）：172-179.
[8]章红梅，师振华，刘松，董金芝.太阳能光伏建筑一体华研究现状综述[J]，结构工程师，2013，29（5）：172-179.
[9]肖潇，李德英.太阳能光伏建筑一体化应用现状及发展趋势[J].节能，2010，331（2）：12-18.
[10]徐燊，李保峰.光伏建筑的整体造型和细部设计[J].建筑学报，2009，特辑：60-63.
论文作者:肖周祺
论文发表刊物:《基层建设》2017年第21期
论文发表时间:2017/11/27
标签：光伏论文; 建筑论文; 太阳能论文; 幕墙论文; 屋顶论文; 表皮论文; 组件论文; 《基层建设》2017年第21期论文;