近年来，随着我国能源转型战略持续推进，光伏产业迎来了属于自己的“黄金时代”。根据国家能源局信息统计，截止2023年底，全国太阳能发电装机容量约609.49GW，同比增长55.2%，相较于2022年底光伏累计装机容量392.61GW，同比大幅增长148%。其中，工商业分布式光伏新增装机52.80GW，同比增长104%。



在“双碳”背景下，全国各省市都在积极布局光伏相关产业，持续推出相关扶持、补贴政策，积极推广“光伏+建筑”、“光伏+储能”、“光伏+智慧交通”、“光伏+充电桩”、“光伏+5G基站”等“光伏+”应用场景，以实现传统能源清洁化转型。

在工商业分布式电站中，以“光伏+建筑”的建筑光伏一体化（BIPV，Building Integrated Photovoltaic）是都市绿色创新建筑发展的新方向。所谓建筑光伏一体化，指的是将太阳能发电产品集成并作为建筑组成部分的技术，与传统附着在建筑物上的太阳能光伏发电系统（BAPV）完全不同，电池作为建筑物外部结构的一部分，如屋面、立面、遮雨棚等，其既具有发电功能又具有建筑材料的功能，还可以提升建筑物的美感，与建筑物形成完美的统一体。



一个完整的BIPV系统包括光伏组件、充电控制器、电力储存系统、电力转换设备、备用电源等构成。BIPV系统的设计思路主要包括建筑物的用途和电力负载、安装的位置方向、成本控制及满足相关安全规范等内容。中茂装饰集团是一家以光伏发电幕墙、光电显示幕墙、智能控制幕墙等工程设计为主的多元化公司，拥有建筑幕墙工程设计甲级、建筑幕墙工程专业承包一级、建筑装饰工程设计、电力工程总承包等多个专项资质。以下内容是中茂装饰集团整理的一些建筑光伏一体化中建筑幕墙的设计要点。

一、光伏幕墙的配合要求

在建筑物上，有很多位置适合安装光伏电站，所以产生了很多的BIPV形式，常见的有光伏幕墙、整体光伏屋顶、嵌入式瓦片光伏屋顶、光伏采光顶、光伏遮阳、光伏雨篷、光伏车棚、光伏温室、光伏护栏等。



而光伏幕墙的形式按照安装位置可分为大面幕墙、层间幕墙，光伏栏杆，光伏采光顶，光伏遮阳构件；按照安装材料可分为晶硅板发电幕墙和薄膜发电幕墙；按照安装效果不同可分为透光幕墙和非透光幕墙。为了保障建筑立面效果与发电效率，在建筑方案的前期阶段，需要根据建筑立面的形状与光照度，施行分区、分格设计，保障光伏系统整体的发电效率。

二、光伏幕墙的组件要求

光伏幕墙的应用需要大量的光伏组件，目前市场上的光伏组件种类较多，总体来说分为晶硅组件和非晶硅组件，最新的薄膜光伏组件与晶硅组件价格差异不大，有着重量轻、厚度极薄、可弯曲、弱光条件下也能发电等优点，当前工业化制作太阳能薄膜电池的材料主要有：碲化镉、铜铟镓硒、砷化镓等，近年来，随着科学技术的不断进步，薄膜太阳电池光电转换效率得到迅速提高，目前已经实现商业化的薄膜太阳电池主要有碲化镉薄膜太阳电池、铜铟镓硒薄膜太阳电池等。



三、光伏幕墙的抗压要求

光伏幕墙在使用时往往需要承受一定的风压，尤其是高层建筑或位于高风压地区的建筑，这就对光伏幕墙的力学性能提出了要求。采光顶和幕墙的面板均由光伏玻璃组件构成，其强度与厚度都必须满足相关的技术规范与工程标准。此外，由于太阳能电池会影响玻璃组件的挠度控制，所以要根据电池的不同来计算光伏玻璃挠度的控制值。



四、光伏幕墙的采光与温度要求

在光伏幕墙的光电转换过程中，热量的产生是无可避免的，而温度对于光伏组件发电的效率影响也是巨大的，它随着温度的升高而降低。因此，在BIPV项目中，一定要保证光伏组件的通风散热，降低组件的温度，提升发电效率。目前通风散热的方法较多，主要有开放式自然通风散热、百叶窗散热、抽风机抽风散热、水冷管散热、双层循环式散热等集中方法。



在采光方面，由于光伏幕墙本身是建筑结构的一种，所以当其处于可视部分时，自身的透光性能是不得不考虑的。幕墙所用的玻璃组件类型非常繁杂，满足采光要求的技术措施也都有所区别。

五、符合国家建筑规范

目前国家现行的建筑法律法规比较完善齐整，这些建筑法规为建筑设计人员提供了设计依据。因此。BIPV务必保证项目符合国家规范和安全性能。BIPV结构安全性涉及两方面：一是组件本身的结构安全。高层建筑屋顶的风荷载较地面大很多，要通过严格的计算光伏组件的强度、受风变形是否符合安全要求。二是组件安装固定的安全性。应对整个结构进行严格的结构计算，确保安全。



建筑的能耗高居不下，建筑规范也对建筑热工有相应的要求，若是不符合规范的话将会在验收时无法通过。节能、绿色、环保设计将会成为未来建筑最显著的特点和发展方向。另外还有防水、防火、防雷、地震、隔音、采光、材料、工艺、施工等都要符合国家规范要求。

六、光伏幕墙的美学要求

光伏幕墙应符合建筑美学要求，其本质还是建筑为首，光伏为辅，美学效果很大部分决定了建筑的成功。要达到画龙点睛的效果和带来新的活力和创造力。具体体现在以下两点：
（1）从室外看，要求材料、风格、颜色和建筑物协调统一，造型创新，避免光污染；
（2）从室内看，室内明亮，光线柔和而不杂乱；符合人体工程学要求。



七、光伏幕墙的维修要求

光伏幕墙由于在结构上和功能上都比普通幕墙要复杂，所以其投入使用后需要更精细的清洁、维护、检修。出于这种考虑，在设计阶段就应选择可以方便拆卸、更换的光伏组件，这样一来无论是清洗、维护还是修理都不会太困难。此外，在设计时也应考虑地区特点差异，如果建筑地区多雨雪或空气质量不理想，则相关的融雪或清洗设置也应事先准备好。

综上所述，以建筑光伏一体化的理念设计的建筑幕墙在设计时需要考虑多方面的因素，这些因素务必要保持平衡，避免在任何一方面出现短板，这样才能令光伏幕墙发挥效果最大化的作用。在如今全面推进绿色低碳发展的大环境下，光伏幕墙正在引领着未来城市发展的新出路，让建筑变得更加节能、绿色、环保。