建筑集成光伏系统的常见结构及其设计要素
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1引言 随着化石能源的日渐耗尽，开发新能源应用技术势在必行。以清洁、可再生的太阳能为能量来源的建筑集成光伏系统越来越受到世界各国的广泛关注。BIPV系统将建筑与光伏系统结合在一起，能够有效降低系统成本、提高建筑能效、缩短能量回收周期，是解决能源与环境问题的重要策略之一。 BIPV系统的研究与建设已经引起世界各国的高度重视:美国、德国、日本先后提出了自己的“屋顶光伏计划”，意大利、印度、瑞士、荷兰和西班牙等国也都有类似的计划在实施; “九五”期间我国在深圳、北京分别成功建成17kw. 7kw光伏发电屋顶并实现并网发电，“十五”又在北京上海建成多座建筑一体化的并网发电系统m，越来越多的建筑集成光伏项目投入建设。 本文将就BIPV系统的优点、结构以及其设计要素展开论述。
2 BIPV系统的'优点 与一般光伏电站相比，BIPV系统主要具有以下优点: (1)不需要额外占用珍贵的土地资源。一平方米的太阳能电池板平均发电功率在一般日照条件下仅为100W/ h左右，如果单独建设供城市建筑基本用电的光伏电站，这将占用很大的土地面积，在临近城市范围内，是不现实的。而BIPV系统可直接利用建筑屋顶及外墙等建筑面积，无需额外占用土地。这在土地昂贵的城市尤其重要，适于应用在人口密集的闹市区。
(2)系统成本回收期短。在BIPV系统中，光伏电池板扮演着双重的角色，一方面作为电池板提供电能，另一方面作为建筑材料构成建筑的顶部及外墙。光伏电池板的电气属性得到了很好的利用，其材料属性也得到了发挥，加深了光伏电池板的利用程度，缩短了系统成本回收期。
(3)并网方便。比起戈壁、荒漠光伏电站需要架设专门的线路并网，BIPV系统大多应用于临近电网的建筑，节省了架设并网线路的资金。 提高建筑能效与品质。当代社会，建筑能耗通常占一个国家或地区全部能源消耗的。白夭是建筑用电的高峰，BIPV系统中的光伏电池板恰好可在白天将太阳能转化为电能供建筑使用，多余的电力还可并入电网或者储存起来供夜晚使用。这就大大提高了建筑自身能效。另一方面，玻璃常作为光伏电池单元的载体，同时它也是建筑设计应用中不可或缺的元素。光伏电池板可以按照不同的建筑要求制作成不同的形状、颜色、透光度的建筑材料，应用在建筑设计中可以改良建筑的外观。
此外，光伏电池板直接吸收辐射在屋顶及墙面上的太阳能，可以降低屋顶及墙壁的温升，提升建筑品质。 独立BIPV系统主要用于解决远离电网以及不方便架设电网地区的居民的生活用电问题，如偏远山区、农村等。充电控制器实际上是一个直流变换装置，它可以把光伏电池发出的不稳定直流电能变成较稳定的直流电能来给蓄电池充电或给直流负载提供电能。直流电能通过逆变器变成可供交流负载使用的交流电能。由于没有连接电网，所以设置了储能环节，以解决夜晚发电系统不能工作的问题。 并网BIPV系统主要用于临近电网的城市、乡镇。
与独立BIPV系统相比，在并网BIPV系统中光伏电池板产生的电能过剩时，可以馈入电网;光伏电池板产生的电能不足时可以通过电网补充，能量利用率和供电可靠性得到了提高。由于无需考虑夜晚光伏发电系统不能工作的问题，所以省略了储能环节。 现在学界还提出一种新的并网/独立双模式运行 BIPV系统，系统结构如图1所示。储能环节图1双模式运行BIPV系统结构框图 这种系统主要应用在有对供电有不间断性要求的关键负载的建筑中，如医院、通信基站、雷达站等。为了保证BIPV系统在电网存在时可以并网发电，在电网故障丢失时马上转入独立运行模式，双模式运行系统在并网 BIPV系统的基础上，增设了能量储存环节。为了实现并网、独立运行模式的无缝切换，避免在切换时可能出现的负载电压突变闪、输出电流与电网电压不同相位、输出波形畸变等问题，有关的电流变换器的设计方法及其控制策略仍在进一步探索中。
3 BIPV系统的结构 作为一种特殊的太阳能应用形式，BIPV系统按照并网与否主要分为独立BIPV光伏发电系统和并网BIPV光伏发电系统。 BIPV系统的设计要素 不同于在开阔地建设的并网光伏电站，BIPV系统因其设计施工是于建筑相结合，所以不得不考虑一般光伏电站建设设计要素意外的其它要素。 工作环境随机性大。由于BIPV系统多应用于城市、乡镇，其工作环境中的遮挡物较多，如建筑物之间遮挡、植物遮挡、杂物遮挡等。而且安装在建筑物不同位置的光伏电池板其工作环境是不同的，很难保证整系统在工作时保持电气参数的一致。
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