光伏建筑一体化发电系统的应用
Jun 26,2026
光伏支架是怡能智造集团四大支柱产业（电力铁塔、光伏支架、螺旋钢管、交通护栏）之一。怡能智造集团拥有年设计、生产12万吨光伏支架的能力。今天继续为大家分享光伏的相关知识。
太阳能光伏建筑一体化是光伏发电在建筑上应用的一种新形式，也是分布式光伏发电在城市应用的主要形式。简单地讲，就是将光伏发电系统和建筑的围护结构外表面如建筑幕墙、屋顶等有机地结合成一个整体结构，不但可以同建筑物友好结合，具有围护结构的功能，同时又能实现光伏发电，产生电能供本建筑及周围用电负载使用。还可通过建筑物输电线路并网发电，向电网提供电能。由于光伏方阵与建筑的结合不占用额外的地面空间，是光伏发电系统在城市中广泛应用的最佳安装方式，因而备受关注。
1. 光伏建筑一体化的分类及优点
光伏建筑一体化分为BIPV（Building IntegratedPhoto Voltaic，集成到建筑物上的光伏发电系统）和BAPV（Building Attached Photo Voltaic，在现有建筑物上安装的光伏发电系统）两种类型。BIPV是指与建筑物同时设计、同时施工和安装并与建筑物形成完美结合的光伏发电系统，也称为“构件型”或“建材型”太阳能光伏建筑。它作为建筑物外部结构的一部分，与建筑物同时设计，同时施工和安装，既具有发电功能，又具有建筑构件和建筑材料的功能，甚至还可以提升建筑物的美感，与建筑物形成完美的统一体。其工程示例如下图所示。
BIPV光伏建筑一体化工程示例
BAPV是指附着在建筑物上的光伏发电系统，也称为“安装型”太阳能光伏建筑。它的主要功能是发电，与建筑物功能不发生冲突，不破坏或削弱原有建筑物的功能。工程示例如下图所示。
BAPV光伏建筑一体化工程示例
光伏建筑一体化主要有下列一些优点。
（1）建筑物能为光伏系统提供足够的面积，不需要另外占用土地面积。符合建设条件的建筑量大，可大规模推广应用。
（2）光伏系统的支撑结构可以与建筑物结构部分结合，可降低光伏系统基础和部分基础结构的费用。
（3）电池组件安装方式较自由，系统效率较高，可实现较大规模装机。
（4）就近并网的运行方式，省去了输电费用。分散发电，减少了电力传输和电力分配的损失，降低了电力传输和分配的投资及维修成本。
（5）光伏方阵可部分代替常规建筑材料，节省材料费用。
（6）安装与建筑施工结合，节省安装成本。
（7）可以使建筑物的外观更具魅力。光伏发电与建筑相结合，使房屋建筑发展成具有独立电源、自我循环式的新型建筑，是人类进步和社会、科技发展的必然。
2. 光伏建筑一体化的安装结构类型
光伏建筑一体化的安装结构类型主要分为三大安装类型，共8种形式，见下表，即建材型安装类型、构件型安装类型和与屋顶、墙面结合安装类型。
光伏建筑一体化安装结构类型
（1）建材型安装类型 建材型安装是将太阳电池与瓦、砖、卷材、玻璃等建筑材料复合在一起，成为不可分割的建筑构件或建筑材料，如光伏瓦、光伏砖、光伏屋面卷材、光伏玻璃幕墙、光伏采光顶等。组件作为建筑物的屋面和墙面，与建筑结构浑然一体，结合程度非常高。
（2）构件型安装类型 构件型安装是与建筑构件组合在一起或独立成为建筑构件的光伏构件，如以标准光伏组件或根据建筑要求定制的光伏组件构成雨篷构件或遮阳构件等。
（3）与屋顶、墙面结合安装类型 与屋顶、墙面结合安装是在平屋顶上安装、坡屋面上顺坡架空安装以及与墙面平行安装等形式。电池组件安装在屋面上，安装方式包括屋面平行设置和固定倾斜角设置。
3. 光伏建筑一体化系统设计需要考虑的因素和要求
（1）对光伏方阵或组件的朝向布局要求 对于某一个具体位置的建筑来说，与光伏方阵集成或结合的屋顶和墙面，所能接收的太阳辐射是一定的。为了获得更多的太阳能，光伏方阵的布置应尽可能地朝向太阳光入射的方向，如建筑的屋顶、正南、东南、西南等，若面积有限，正东和正西也可以考虑。另外还要考察建筑物的周边环境，尽量避开或远离遮荫物。
（2）对电池组件的质量要求把电池组件兼作建筑材料，就必须具备建筑材料所要求的几项条件：坚固耐用、隔热保温、防水防潮、适当的强度和刚度等性能。若是用于窗户、玻璃幕墙和采光屋顶等，还必须考虑透光量，也就是说组件既要发电，又可采光。此外，还要考虑电池组件的颜色与质感要与建筑物协调，尺寸和形状要与建筑物的结构相吻合，还要考虑安全性能、施工简便等方面。
（3）组件数量及排列方式的要求设计时要根据组件面积的大小，确定每一个屋面可以安装的组件总数量及排列方式。由于每个屋面的朝向不同，一般一个屋面要对应一个或几个逆变器，设计成组串式逆变器结构，以提高逆变器的工作效率。
4. 光伏建筑一体化的设计原则与方法
（1）设计原则光伏建筑一体化是光伏系统依赖或依附于建筑的一种新能源利用形式，其主体是建筑，客体是光伏系统。因此，光伏建筑一体化设计应以不损害和影响建筑的效果、结构安全、功能和使用寿命为基本原则，任何对建筑本身产生损坏和不良影响的设计都是不合格的设计。
（2）建筑设计光伏建筑一体化的设计应从建筑设计入手，首先对建筑物所在地的地理气候条件及太阳能的资源情况进行分析，这是决定是否选用光伏建筑一体化的先决条件；其次是考虑建筑物的周边环境条件，即选用建筑部分接受太阳能的具体条件，如被其他建筑物遮挡，则不必考虑选用光伏建筑一体化方式；再者是与建筑物外装饰的协调，光伏组件给建筑设计带来了新的挑战与机遇，画龙点睛的设计会使建筑更富生机，环保绿色的设计理念更能体现建筑与自然的结合；最后是考虑电池组件的吸热对建筑热环境的改变。
（3）发电系统设计光伏建筑一体化的发电系统设计与地面光伏电站的系统设计不同，地面光伏电站一般是根据负载或功率要求来设计光伏方阵大小并配套系统，光伏建筑一体化则是根据光伏方阵大小与建筑采光要求来确定发电的功率并配套系统。光伏系统设计包含3个部分，分别为光伏方阵设计、电池组件设计和光伏发电系统设计。
① 光伏方阵设计：在与建筑墙面结合或集成时，一方面要考虑建筑效果，如颜色与板块大小；另一方面要考虑其受光条件，如朝向与倾斜角。
② 电池组件设计：涉及电池片的选型（综合考虑外观色彩与发电量）与布置（结合板块大小、功率要求、电池片大小进行）、组件的装配设计（组件的密封与安装形式）。
③ 光伏发电系统设计：即确定系统类型为并网系统还是独立系统，控制器、逆变器、蓄电池等的选型，防雷、系统综合布线，感应与显示等环节设计。
（4）结构安全性与构造设计 电池组件与建筑的结合，结构安全性涉及两方面：一是组件本身的结构安全，如高层建筑屋顶的风荷载较地面大很多，普通的电池组件的强度能否承受，受风变形时是否会影响到电池片的正常工作等；二是固定组件的连接方式的安全性。组件的安装固定不是安装空调式的简单固定，而是需对连接件固定点进行相应的结构计算，并充分考虑在使用期内的多种最不利情况。建筑的使用寿命一般在50年以上，电池组件的使用寿命一般在25年以上，所以结构安全性问题不可小视。 构造设计是关系到电池组件工作状况与使用寿命的因素，普通组件的边框构造与固定方式相对单一。与建筑结合时，组件的工作环境与条件有变化，其构造也需要与建筑相结合，如隐框幕墙的无边框、采光顶的排水等普通组件边框已不适用。
5. 光伏建筑一体化不同安装类型的应用
（1）建材型安装类型的应用 作为屋面和墙面使用，组件材料应具有良好的保温、防水、隔断、隔音等功能，使建筑物达到节能、美观等要求，一般需要根据项目特征定制组件。但是在夏季温度较高的情况下，组件散热难度很大。温度过高，电池组件的输出电压将产生随温度变化的负效应，使系统输出功率降低，电池组件的使用寿命也会受到很大的影响。
作为屋面材料，建材型组件的边框材料多为金属材料，我国北方地区年度温差很大，热胀冷缩非常严重，长时间运行将造成防水系统破坏，出现渗漏现象。另外，北方寒冷地区建筑屋面多为平屋面或坡度较小的屋面，在冬季有积雪的情况下，这种小坡度屋面将无法自动清除积雪。有些地区还经常出现沙尘天气，在这种情况下，灰尘容易在组件表面形成堆积，这样将对电池组件的发电效率产生很大影响。 因此，建材型电池组件结构形式不太适合在寒冷地区使用。
（2）构件型安装类型的应用 构件型安装类型适合不同地区，但是作为构件进行设计时，应充分考虑其安全性，因建筑结构的下方都是人们活动的区域，必须采取安全措施保证安全。建筑构件有特定的功能性和美观性要求，而电池组件需要最大程度的吸收太阳能，因此光伏构件在建筑物上只能进行选择性安装，如设置在建筑物可以满足日照的立面，不适合其它立面，所以构件型安装类型应综合考虑建筑物的整体造型和功能性要求，选择合适的建筑构件，如果生搬硬套，必然会影响建筑物的整体效果。
（3）与屋顶、墙面结合安装类型的应用 与屋顶、墙面结合安装类型与建筑物的结合程度不高，可根据用户的需要灵活布置，采用常规电池组件即可实现。对于地处寒冷地带、太阳能资源比较丰富的地域，在建筑物的结构选型方面，可结合建筑物特征优先选择与屋顶、墙面结合安装类型，其次是构件型安装类型，最后是建材型安装类型。
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