本文作者：肖堅(jiān)偉,鄭鴻生
引言
隨著財(cái)政部于⒛09年3月印發(fā)《
太陽能光電建筑應(yīng)用財(cái)政補(bǔ)助資金管理暫行辦法》及財(cái)政部、科技部、國家能源局于2009年7月《關(guān)于實(shí)施金太陽示范工程》的通知,表明國家在貫徹實(shí)施《
可再生能源法》,落實(shí)國務(wù)院節(jié)能減排戰(zhàn)略部署,加快太陽能光電技術(shù)在城鄉(xiāng)建筑領(lǐng)域的應(yīng)用。
入列國家金太陽示范工程的275個項(xiàng)目中有部分涉及到
BIPV建筑,那么在建的或未建成的示范項(xiàng)目中的實(shí)際應(yīng)用值得業(yè)界同行共同借鑒和規(guī)范。
1 BIPV定義及外延
光伏建筑一體化(BIPV)技術(shù)即將
太陽能發(fā)電(
光伏)產(chǎn)品集成到建筑上的技術(shù)。BIPV 即Building Integrated Photovoltaic,其外延就是①不但具有外
圍護(hù)結(jié)構(gòu)的功能,保證建筑安全防護(hù)要求;②同時又能產(chǎn)生電能供使用;③在以前兩點(diǎn)的基礎(chǔ)上結(jié)合建筑結(jié)構(gòu)風(fēng)格進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì),使整體的裝飾效果更協(xié)調(diào)。
2 BIPV建筑安全
2.1 組件安全
BIPV組件作為建筑體一部分,須按《
建筑玻璃應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》和《
玻璃幕墻工程技術(shù)規(guī)范》等要求進(jìn)行設(shè)計(jì),其必須符合
建筑安全玻璃管理規(guī)定。現(xiàn)有的BIPV組件在封裝材料上有采用
PVB封裝的和采用EVA封裝的,這兩種不同材料封裝的BIPV組件在建筑安全上的級別是不同的。
《
玻璃幕墻工程技術(shù)規(guī)范》第3.4.6項(xiàng)明文規(guī)定:“ 玻璃幕墻采用
夾層玻璃時,應(yīng)采用干法加工合成,其夾片宜采用
聚乙烯醇縮丁醛(PVB)膠片”,因此PⅤB封裝的BIPV組件在安全性能上比EVA封裝的BIPV 組件要高。 `
如:《
建筑安全玻璃管理規(guī)定》第六條,建筑物需要以玻璃作為
建筑材料的下列部位必須使用
安全玻璃:
(一)7層及7層以上建筑物外開
窗;
(二)面積大于1.5平方米的窗玻璃或玻璃底邊離最終裝修面小于500mm的
落地窗;
(三)幕墻(全玻幕除外);
(四)傾斜裝配窗、各類天棚(含
天窗、
采光頂)、
吊頂;
(五)觀光電梯及其外圍護(hù);
(六)室內(nèi)
隔斷、浴室圍護(hù)和屏風(fēng);
(七)樓梯、陽臺、平臺走廊的
欄板和
中庭內(nèi)攔板;
(八)用于承受行人行走的地
面板;
(九)水族館和游泳池的觀察窗、觀察孔;
(十)
公共建筑物的出人口、
門廳等部位;
(十一)易遭受撞擊、沖擊而造成人體傷害的其他部位。
那么在以上部位設(shè)計(jì)BIPV組件時應(yīng)選擇安全性更高的PVB封裝BIPV組件,而且在選擇組件中要考慮不同厚度組合以適應(yīng)風(fēng)
雪荷載、自重
荷載、
地震荷載不同的要求。
2.2 電氣安全
電氣系統(tǒng)的配置須符合《建筑電氣工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范GB50303》、《電氣裝置安裝工程電纜線路施工及驗(yàn)收規(guī)范GB50168》、 《電氣裝置安裝工程
接地裝置施工及驗(yàn)收規(guī)范《GB50169》等標(biāo)準(zhǔn)的要求。
防雷接地設(shè)計(jì)須考慮防直擊雷和防感應(yīng)雷的要求進(jìn)行配置,并網(wǎng)系統(tǒng)還須考過/欠電壓頻率保護(hù)、防孤島效應(yīng)、恢復(fù)并網(wǎng)、短路保護(hù)、隔離保護(hù)、逆向功率保護(hù)設(shè)計(jì)也要考慮符合《
光伏系統(tǒng)并網(wǎng)技術(shù)要求GB/T19939》、《光伏(PV)發(fā)電系統(tǒng)過電壓保護(hù)-導(dǎo)則SJ/T11127》的規(guī)定。
3 BIPV建筑發(fā)電
BIPV建筑的建造有其特殊的地理位置和獨(dú)特的建筑風(fēng)格,作為建筑物本身位置、設(shè)計(jì)美感和整體協(xié)調(diào)性的要求,有時無法完全兼顧組件最佳發(fā)電方位的要求,如下圖1、圖2的為了迎合建筑,BIPV組件傾斜角不是最好的發(fā)電角度。對于
透光率、
遮陽系數(shù)、Κ值的不同組合可以通過設(shè)計(jì)組件電池片占比、電池片的顏色、背板玻璃顏色、
鍍膜背板玻璃、
中空或
夾層玻璃等不同的組合達(dá)到建筑美學(xué)和發(fā)電最佳結(jié)合點(diǎn)。
4 BIPV建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
BIPV建筑結(jié)構(gòu)與幕墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)相似,主要有明框式、隱框式、半隱框式、點(diǎn)支式,如圖6、圖8、圖9。明框式幕墻BIPV 組件可設(shè)計(jì)成藏式接線盒和背面接線盒兩種方式,如圖6、圖7,藏式接線盒外觀簡潔,沒有外圍的電纜線。隱框式、點(diǎn)攴式大多設(shè)計(jì)為背面接線盒,如圖8。
BIPV建筑的采光頂或傾斜屋面由于容易沉積灰塵和鳥糞等雜物,影響外觀、建筑的采光及發(fā)電性能,因此需要頻繁的進(jìn)行清洗,但由于人工清洗操作困難,可以考慮在BIPV建筑結(jié)構(gòu)中設(shè)計(jì)專用的太陽能自行清洗裝置(如圖10)。這種類型的清洗裝置則要求能通過裝置自身的太陽能發(fā)電儲存在蓄電池里,置動作和反饋信息。
5 BIPV建筑案例
5.1 廣州火車南站南側(cè)的站臺光伏雨篷(BIPV)項(xiàng)目
在建的廣州南站光伏系統(tǒng)并網(wǎng)總功率達(dá)253千瓦,透光率達(dá)50%以上。項(xiàng)目全部采用
5.2 金剛空中花園BIPV項(xiàng)目
此拱形大跨度屋頂工程并網(wǎng)總功率400kWp,其25米跨度近10米高度的頂棚設(shè)計(jì),配以2000×1750mm、1600×15OOmm兩種PVB封裝的雙玻璃
光伏組件。組件上以不同形式排列的電池片組成風(fēng)格各異,各種組件外觀可變性強(qiáng)、透光率町自主選擇的設(shè)計(jì)特色。采用隱框式幕墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),再與鋼
框架龍骨有機(jī)結(jié)合。采用側(cè)面接線盒的方式,電纜藏于
框架結(jié)構(gòu)中,遠(yuǎn)處望去,簡潔大方,不見電線、線槽,與普通建筑玻璃無異。
5.3 香港圣保羅小學(xué)
此BIPV光伏采光頂總面積為82平方米,系統(tǒng)總發(fā)電功率為7.9KWp,由65片雙玻璃光伏組件構(gòu)成,采用156×156mm高效
晶體硅電池片,安裝方向?yàn)闁|南偏南,采用
明框玻璃幕墻的結(jié)構(gòu)形式。
6 結(jié)束語
太陽能是我國分布最廣的可再生能源資源。可以利用建筑大量的屋頂和墻面資源,有效地增加能源供應(yīng)。
光伏發(fā)電不消耗化石能源資源和水資源不產(chǎn)生污染,也沒有溫室氣體排放。既適合分散使用,也可以集中建設(shè)大型光伏發(fā)電站,為未來經(jīng)濟(jì)發(fā)展前景的可再生能源打下基礎(chǔ)。
充分利用好國家的各種優(yōu)惠政策,加快光伏新型幕墻的發(fā)展,符合我國節(jié)能減排的社會責(zé)任要求。
參考文獻(xiàn)
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特種玻璃、結(jié)構(gòu)、
幕墻技術(shù)手冊,汕頭大學(xué)出版社,2009
[2]
建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范GB50009,中國建筑工業(yè)出版社,2002.3
[3]
玻璃幕墻工程技術(shù)規(guī)范JGJ102,中國建筑工業(yè)出版社,2004
[4] 《建筑玻璃應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》J臼l13,中國建筑工業(yè)出版社,2009
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