0 引 言

在全球能源危机日益严重的背景下，太阳能作为具有无限潜能的清洁能源，作用与战略地位越来越受到各行业的重视。为促进太阳能产业持续健康发展，加快太阳能多元化应用，推动建设清洁低碳、安全高效的现代能源体系，国家能源局下发了《太阳能发展“十三五”规划》。计划到2020年底，太阳能发电装机达到1.1×108kW以上，其中光伏发电装机达到1.05×108kW以上，并在“十二五”基础上每年保持稳定的发展规模。在此背景下，作为光伏发电应用领域的一个重要形式，也是建筑节能的一个重要形式，光伏建筑一体化技术正受到越来越多的关注。

1 光伏建筑一体化概念

光伏建筑一体化是将太阳能发电系统与城市建筑相结合的一种应用方式，可取代玻璃幕墙、外墙装饰建材以及屋顶瓦片等传统建筑材料，同时作为太阳能发电系统，为用户提供绿色、环保、清洁的电力，业界通常称为BIPV（Building Integrated Photovoltaic）。其中，涉及的建筑物包括各种民用建筑、公共建筑以及工业建筑等一切可以承载光伏发电系统的建筑物。根据光伏方阵或光伏电站与建筑结合的形式，光伏建筑一体化可分为两类：一类是光伏方阵与建筑的集成，如光伏幕墙、光伏瓦片等；另一类是光伏方阵与建筑的结合，如光伏方阵与钢构厂房屋面的结合形式。本文涉及的光伏一体化屋顶电站属于光伏方阵与建筑的结合形式。

2 光伏建筑一体化优点

2.1 建筑节能

光伏一体化建筑能为光伏系统提供足够的面积，不需另占土地，还能省去光伏系统的支撑结构。光伏组件核心部件为半导体发电器件，工作时无机械转动部件，不产生噪声污染，对环境无污染。同时，此类建筑电力产生可自发自用，减少了电力输送过程的费用和能耗，降低了输电和分电的投资和维修成本。BIPV系统发电输出期间为白天日照时段。发电系统除可以保证自身建筑用电外，一定条件下还可向电网供电，缓解高峰电力需求，具有极大的社会效益。同时，它能减少由一般化石燃料发电带来的严重空气污染，对于环保要求更高的今天和未来极为重要。由于光伏阵列安装在屋顶和墙壁等外围护结构上，易于吸收太阳能转化为电能，大大降低了室外综合温度，减少了室内空调冷负荷，节省了能源。

2.2 建筑外观美化

BIPV建筑中可通过相关设计将接线盒、旁路二极管、连接线等隐藏在幕墙或屋顶结构中。这样既可防阳光直射和雨水侵蚀，又不会影响建筑物的外观效果，达到了与建筑物的完美结合。

2.3 经济效益

BIPV系统中可采用自发自用、余电上网的方式，并网接入电网，属于分布式能源的有效补充。光伏电站系统寿命及运营期长达20年以上[1]，一个会发电的建筑可提供给用户长期的经济效益。同时，本文讨论的光伏建筑一体化屋顶电站形式采用光伏阵列替代了工厂厂房屋顶彩钢瓦，其主体材料使用镀铝锌钢材和铝合金，厚度和防腐能力远远超过彩钢瓦，可确保整个电站运营期内无需更换彩钢瓦，减少了后期运营成本和换瓦的相关成本。

3 电站设计

3.1 BIPV支架系统设计

BIPV光电建筑一体化屋顶电站方案采用光伏组件作为屋面，纵向主梁作为整套系统的主支撑梁，并具有汇集雨水和导入水沟排出功能；相邻两块组件之间设有横向水槽，具有收集雨水和导入纵向主梁一起排出功能；光伏组件横向排布搭设在相邻纵向主梁上，组件采用螺栓和压块固定；纵向主梁上方设有纵向盖板，以减少雨水和灰尘的流入，避免纵向主梁内堵塞；横向水槽上方设置密封条。其中，光伏组件型号为275 W多晶硅太阳能组件，组件物理尺寸为1 650 mm×992 mm×35 mm。

3.2 电站系统设计

本文讨论的BIPV屋顶光伏电站，通过利用某实业有限公司闲置的屋顶及场地建设太阳能光伏电站，采用自发自用、余电上网接入方式，并入厂区配电网。通过将光伏组件安装在建筑物屋顶上，利用高效光伏组件将光能转化成电能，经过逆变器、箱变等电气设备，通过用户侧接入公共电网，实现光伏电力的就地消纳。电站设计中，采用精确的气象、地理数据分析，建立光伏电站建设期和运行期的投资分析模型，同时制定严格的设计和施工质量管理方案，建设高质量的分布式光伏电站。该BIPV屋顶电站运营采用合同能源管理方式，使用户在用电支出、经济效益、节能环保等方面获得良好的能源服务。

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