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案例分析：
引言 目前主要有两种光伏应用形式：大型地面电站和分布式光伏电站，其中分布式电站由于具有不额外占用土地、分散接入电网以及就地消纳等特点[1,2]，得到了国家的大力推广。2015年3月国家能源局《关于下达2015年光伏发电建设实施方案的通知》中指出，2015年规划全国新增光伏电站规模为1780万千瓦，其中对分布式光伏发电项目不做建设规模的限制，由此可见国家对分布式光伏发电的扶持力度。 BIPV作为分布式光伏发电的一种重要应用形式，由于光伏构件集建筑材料和发电材料为一体，因此近年来取得了快速发展，尤其光伏幕墙和采光顶的应用，实际幕墙项目案例如图1所示。但是光伏幕墙尚且存在一些问题，如安全可靠性、同幕墙分格尺寸匹配性、通风散热、电气布线等[图3,4,5]，尤其对于大尺寸点支承薄膜光伏幕墙的实际案例还非常少。本文详细介绍了一个大尺寸点支承薄膜光伏幕墙以及不同颜色光伏采光顶的BIPV实际案例，包括光伏构件的结构设计、电气走线的优化、光伏系统配置以及发电量的预测，为BIPV的发展提供了一定的技术依据。 ▲图1（a）江苏薄膜硅光伏幕墙项目
项目介绍 汉能控股集团有限公司光伏连廊项目坐落于北京市，北京位于东经115.7°E-117.4°E，北纬39.4°N-41.6°N，年平均日照峰值小时数为4小时左右，是太阳能辐照资源较丰富的地区之一。连廊东、西两侧立面安装透光率为20%的光伏组件，光伏装机容量约为11kW；连廊顶部安装透光率为20%的彩色光伏组件，光伏装机容量约为8kW。项目实际照片如图2所示。
▲图2（b）薄膜硅光伏采光顶内视图
光伏组件的选取和制备 项目采用非晶硅/微晶硅叠层光伏组件，为满足分格尺寸及建筑功能（如热工性能）要求，先将不同尺寸的电池芯片进行拼接。对于立面幕墙光伏构件，采用两种不同尺寸的6片电池芯片（同尺寸芯片间的电学参数要求一致）进行拼接，层压成三夹层结构，然后再制作成中空结构，整个光伏构件共采用四层玻璃，其中有三层尺寸为3376mm×1438mm×8mm的大片钢化玻璃，第二层为6片3.2mm厚的电池芯片。光伏构件的整体厚度为42.24mm。 光伏构件上共有6个玻璃支承孔，室内侧孔直径为45mm，室外侧孔直径为40mm，为保证支承孔处的电气安全，对其进行双道绝缘。当电池芯片制备完成后在孔位置进行激光扫边绝缘，然后在中空构件制备完成后，在孔的截面处采用绝缘性能好的硅胶进行处理。整个光伏构件的设计、制备过程中，完美的体现了BIPV光伏构件的客户定制化特征。光伏构件的平面图和截面图如图3（a）和图3（b）所示。
在光伏构件的制备过程中，通过3A级太阳能模拟器对其进行功率监测。未打孔的6片电池芯片的功率总和为312W，打孔后功率下降到295W（理论计算值为297W），而将芯片封装成构件后功率为292W，相比于打孔芯片功率下降仅为1%左右，说明芯片间的电压一致性较好，并且汇流带引入的串联电阻也比较低，构件制备工艺控制良好。而光伏构件的功率相比于原始未打孔芯片的功率也仅仅下降了6.4%左右，此功率损失对于这类特殊项目来说是完全可以接受的。 采光顶部位为了满足不同的视觉效果采用了黄、橙、蓝等不同颜色的大尺寸拼接光伏构件，其构件截面图如图4所示，同图3（b）相比，室内侧为夹胶安全玻璃。由于采光顶采用隐框安装方式，因此并未对光伏构件进行打孔。
安装方式和电气布线 光伏连廊立面采用点支承幕墙安装方式，安装节点横向剖面图如图5（a）所示。光伏连廊采光顶采用隐框幕墙安装方式，安装节点如图5（b）所示。按照玻璃幕墙工程技术规范[6]进行光伏构件的安装。
为了保证项目的安全性、美观性，此项目对组件结构、安装形式以及电气布线进行了深入优化。立面幕墙光伏构件结构，如图3（a）所示，其长边方向上三片发电芯片并联后通过同一个接线盒输出，这样只需在光伏构件的顶端出线即可，避免了本项目立面安装时在构件间的胶缝中进行走线，安全性较高且便于安装及日后维护。而采光顶由于采用隐框安装方式，组件间的互联只能通过胶缝走线。 对于线缆的敷设，在采光顶光伏构件和立面光伏构件之间采用铝包板进行包封，电缆桥架隐蔽固定在有足够存放空间的铝包板内，当组件彼此间电气连接后，通过预分支电缆进行汇流，汇流线通过50mm×50mm铝合金桥架连接到逆变器的直流输入端，电缆敷设示意图如图6所示。
系统配置和发电量预测 本项目在连廊东、西两个不同立面上安装光伏构件，因此采用具有两路MPPT跟踪的组串型光伏逆变器，逆变器功率为10kW；连廊采光顶为了排水考虑，设置一个小坡度，同样采用组串型逆变器，逆变器功率为8kW。逆变器由于具有多路MPPT跟踪功能，可以对每路光伏组件进行功率跟踪优化，提高光伏方阵的发电效率，十分适合应用在安装朝向和安装倾角比较复杂的BIPV项目。 为实时监控电站的光照强度、温度、风速、直流电压、直流电流、交流电压、交流电流、并网功率、当日发电量、累计发电量等，电站配有监控显示系统，监控显示系统由辐照计、温度传感器、风速传感器、工控机、通讯模块、监控软件及通讯线等组成。 根据加拿大Retscreen软件收集的气象数据，北京地区东、西立面年平均辐照强度大约为2.5kWh/m2/day，水平面年平均辐照强度大约为3.7kWh/m2/day，预计此项目平均每年大概发16600度电。 结语 相比于地面大型光伏电站而言，光伏构件同建筑的结合是对有限土地资源的充分利用，有着广阔的前景和巨大的潜力。本文重点介绍了通过拼接方式可以有效解决光伏构件同点支承幕墙分格尺寸的不匹配问题，通过对构件进行双道绝缘处理，确保了幕墙的电气安全性，同时安装孔的存在带来的构件功率的降低也在可接受的范围之内。另外，还介绍了通过改变光伏构件的颜色实现了建筑外观不同的视觉效果。本项目对于BIPV的推广有一定的指导意义。  |
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