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基于工业建筑的建材化光伏构件研究与

应用

一、概述

光伏建筑一体化（Building-IntegratedPhotovoltaics，BIPV）的概念于

1991年被正式提出，明确指出光伏组件不仅具备发电功能，还是建筑物的一部分，

如建筑的瓦、幕墙、采光顶等。光伏建筑主要有两种方式，一是普通光伏构件，

即光伏组件与建筑结合，光伏组件依附于建筑物上，建筑物主要作为光伏组件载

体；二是建材型光伏构件，即光伏组件与建筑集成，可代替部分建筑材料使用。

目前，在BIPV项目中，光伏幕墙构件的应用最为广泛。

二、BIPV的技术路线

BIPV设计之前必须综合全面全盘考虑的因素包括：

(1)光伏阵列的布置与建筑物外观的协调一致；(2)建筑物纬度、方位及环境

干扰，包括日照分析；(3)预埋及其他BIPV的措施，通风散热措施；(4)电气走

线、电气计量、配电系统设计及电气安全；(5)BIPV的使用降低了建筑总负荷和

辐射热比例，但可能增加了对流换热，全年通风策略需更加科学合理，中央空调

总冷负荷的计算及机组选型需基于BIPV工程；(6)维修通道的设置。BIPV工程

的设计施工，需遵从相近的标准和规范，但具体到BIPV的应用，标准或者规范

某些条文仍然不足以指导BIPV的开发和应用：

(1)BIPV光电屋顶的屋面平行于地面或坡度较小时，风荷载往往不是主要的，

承重荷载才是主要的，而建筑玻璃幕墙的风荷载是主要的。GB50009—2001《建

筑结构荷载规范》对于光伏屋顶风揭系数的选取没有明确的规定，因此亟需针对

型的进行风洞试验，归纳结果并指导形成新的条文。

(2)热应力的存在，导致BIPV对于玻璃的要求应当提高，目前还没有关于用

于建筑物上的双面太阳电池玻璃要求的国家标准，可参考夹胶玻璃的相关技术规

范以及太阳电池组件国家规范，提出对光电玻璃的性能要求，但桡度要求应当更

高，但目前标准中的取值还没有数据支撑，因此亟需试验数据。同时也要确保组

件在挠度变形值范围内组件物理性能及发电性能不会受到影响。

(3)BIPV组件除进行常规光伏组件的测试外，还需进行防火耐燃、耐冲击及

抗风压测试。双玻璃光伏组件通过IEC61215及IEC61730等规范，产品须保持正

常稳定的发电性能。IEC光伏组件的测试标准局限性是其仅考虑到光伏组件的可

靠性能，却没有全面地考察光伏组件在长期使用过程中的安全性能。对于现在新

型的BIPV组件，IEC缺乏相关测试标准，虽然全球著名研究机构已经开展BIPV

的户外测试试验与安全可靠性相关研究，但是诸如组件安全可靠性、组件用高分

子材料等保证产品长期耐久性的技术标准依旧处于空白。

（4）光伏组件大规模应用在建筑外围、门窗等部位，还需要进一步提高

BIPV应用技术，完善维护的及时性、应急处理、表面破裂、漏电保护等等不确定

因素的解决方法。但目前尚无相关技术标准规范。BIPV工程质量首先有赖于产

品质量，以及与建筑同步设计、同步施工、同步验收、同步后期运行维护。BIPV

工程涉及面广、实践性强、专业分工多及系统形式多样化，部分光伏制造厂缺乏

BIPV设计和施工技术，工程仓促上马后经过短期使用后很快出现故障，打击了投

资方对BIPV的信心，影响整个行业的健康发展。例如：国内某火车站主站房光

电屋顶采光带采用了铜铟镓硒太阳能中空玻璃光伏组件，竣工后不久，产生了钢

化玻璃自爆、光电板发花、脱落等问题，暴露出光伏构件产品设计的不成熟、工

程施工经验不足等问题，因此亟待加强这些方面的基础科研。目前国家发改委发

布文件《关于发挥价格杠杆作用促进光伏产业健康发展的通知》对于分布式发电

采取0.42元/kW·h的补贴，因此为确保发电收益和后期良好的运行，BIPV的合

理设计、施工质量变得更加重要。建材型光伏构件的优势是：背板采用隔热性能

好的材料可有效防止热量朝室内传递，然而发电效率却不受大的影响。目前的常

见的建材型光伏构件主要由双玻光伏构件、中空玻璃光伏构件及真空玻璃光伏构

件等形式。目前建材型光伏构件的研究现状，国外正在加强此方面的示范和测

试；国内工程应用方面：中空玻璃光伏构件和双玻构件均得到少量的应用，但是；

广东金刚玻璃的庄大建对双玻光伏组件/构件在建筑一体化应用中采用的国内外

标准进行了研究和拓展讨论；中国建筑材料科学研究总院的王秀芳等对于真空玻

璃光伏组件在建筑上的应用做了初步分析和受力计算，证