各位設計師
大家好！
BIPV，即光伏建築一體化
其優勢在于可以有效地
将建築的綠色能源
和建築物的外觀效果結合起來
使建築更加環保、智能
減少能源消耗，降低運作成本
進而大大提高建築物的投資回報率
本文就從其概念、分類
應用案例、設計步驟、成本構成分析
來跟大家分享什麼是BIPV
01.
什麼是BIPV？
光伏建築一體化
(Building Integrated Photovoltaics，簡稱BIPV)
指在建築外圍護結構的表面
安裝光伏元件提供電力
同時作為建築結構的功能部分
取代部分傳統建築結構
如屋面、建築立面、遮雨棚等
一個完整的 BIPV 系統包括：
光伏元件
可以是薄膜或晶體、透明
半透明或不透明
充電控制器
用于調節進出電池存儲組的功率
（在獨立系統中）
電力存儲系統
通常由公用事業互動系統中的
公用電網或獨立系統中的多個電池組成
電力轉換裝置，包括逆變器
用于将光伏元件的直流輸出
轉換為與公用電網相容的交流電
備用電源，例如柴油發電機
（可選 - 通常用于獨立系統）
和适當的支撐和安裝硬體
接線和安全斷開裝置
BIPV技術與分類
大多數 BIPV 産品使用兩種技術之一
晶體太陽能電池 (c-SI) 或薄膜太陽能電池
C-SI 技術由單電池晶體矽晶圓組成
其運作效率通常比薄膜電池更高
但生産成本更高
這兩種技術的應用可按 BIPV 産品的
五種主要類型進行分類
| 标準屋頂系統 | 它們通常采用适用的光伏電池條的形式 |
| 半透明系統 | 通常用于溫室或寒冷天氣應用，在這些應用中必須同時捕獲太陽能并允許進入建築物。 |
| 覆層系統 | 在建築立面上的垂直應用 |
| 太陽能瓦片 | 最常見的 BIPV 系統 |
| 柔性層壓闆 | 通常以薄片形式采購，可以粘附到各種形式，主要是屋頂形式 |
從這五類來看，BIPV産品可應用于多種場景
坡屋頂、平屋頂、弧形屋頂
半透明立面、天窗、遮陽系統、外牆、幕牆
其中平屋頂和坡屋頂最适合太陽能捕獲
屋頂和遮陽系統 BIPV 産品系列
最常用于住宅應用
而立面和覆層系統最常用于商業環境
BIPV與BAPV的差別
說到BIPV總會被提到BAPV
它倆的差別是
BIPV直接作為建築物的組成部分
起着建築材料的作用
而BAPV建築中的元件
隻是通過簡單的支撐結構附着在建築上
建築功能不受光伏系統影響
BAPV更多是對建築的光伏化改造
BIPV中的光伏元件本身能起到
透光、遮風擋雨和隔熱等功能
是真正的“一體化”
位于馬德裡的一座市政建築的 BAPV 太陽能立面
02.
BIPV系統設計步驟
BIPV系統的設計考慮因素
必須包括建築物的用途和電力負載
其位置和方向、适當的建築
和安全規範以及相關的公用事業問題和成本
西班牙馬德裡自治大學的光伏太陽能停車棚
設計 BIPV 系統的步驟包括：
絕大多數 BIPV 系統将與公用電網相連，使用電網作為存儲和備份。系統的規模應滿足所有者的目标——通常由預算或空間限制來定義；并且，選擇逆變器時必須了解公用事業的要求。
對于那些僅由光伏供電的“獨立”系統，系統（包括存儲）的規模必須滿足建築物的峰值需求/最低發電預測。為了避免因異常或偶爾的峰值負載而導緻光伏/電池系統規模過大，通常使用備用發電機。這種系統有時被稱為“光伏發電機組混合動力”。
倫敦國王十字火車站采用透明太陽能闆
如果峰值建築負載與光伏陣列的峰值功率輸出不比對，則将電池并入某些并網系統以抵消最昂貴的電力需求時段可能是經濟上合适的。該系統還可以充當不間斷電源系統（UPS）。
西班牙巴塞羅那附近的光伏牆
工作溫度升高會降低光伏轉換效率。與非晶矽薄膜相比，晶體矽光伏電池更是如此。為了提高轉換效率，請在子產品後面留出适當的通風以散熱。
作為優化系統效率的一種選擇，設計人員可以選擇捕獲和利用通過子產品加熱開發的太陽能熱資源。這在寒冷氣候下對于預熱進入的通風補充空氣很有吸引力。
垂直光伏系統，PV鳍片
使用半透明薄膜子產品或在兩層玻璃之間具有定制間隔電池的晶體子產品，設計人員可以使用光伏在立面、屋頂或天窗光伏系統中建立獨特的采光功能。BIPV 元件還有助于減少與大面積建築玻璃相關的不必要的冷卻負荷和眩光。
光伏陣列被視為建築物視窗玻璃區域上的“眉毛”或遮陽篷，可以提供适當的被動遮陽。當将遮陽簾視為內建設計方法的一部分時，冷卻器容量通常會更小，并且周邊冷卻分布會減少甚至消除。
曼徹斯特CIS大廈
設計人員應了解氣候和環境對陣列輸出的影響。寒冷、晴天将增加發電量，而炎熱、陰天将減少陣列輸出；
在設計階段的早期，確定您的太陽能電池陣列能夠最大程度地暴露在陽光下，并且不會被附近建築物或樹木等場地障礙物遮擋。
尤其重要的是，在太陽能收集高峰期（包括太陽正午兩側的三個小時）期間，系統必須完全不受遮蔽。與陰影足迹相比，陰影對光伏陣列的影響對電力收獲的影響要大得多。
蘋果公司總部位于加利福尼亞州，屋頂上覆寫着太陽能電池闆。
不同的陣列方向會對系統的年能源輸出産生重大影響，傾斜陣列比垂直立面多産生 50%–70% 的電力。
最大限度地減少 BIPV 系統所承受的負載。盡可能采用日光照明、節能電機和其他高峰削減政策。
BIPV的使用相對較新。確定參與項目的設計、安裝和維護專業人員經過适當的教育訓練、許可、認證并具有光伏系統工作經驗。
TWIN CITY TOWER全黑非晶矽玻璃大廈“半腰”局部使用
此外，BIPV系統可以設計為
與傳統建築材料和設計相融合
也可以用來創造高科技、面向未來的外觀
間隔開的晶體單元的半透明陣列
可以提供漫射的室内自然光
參考：基于計算機的光伏設計和選型工具
— 提供并網和獨立光伏系統的分析和粗略選型。
—提供并網和獨立系統的模拟，包括經濟分析。可從新墨西哥州阿爾伯克基的桑迪亞國家實驗室購買。
—可再生能源應用仿真系統；最初用于太陽能熱能，現在已擴充到光伏和風能。
—來自特拉華大學能源與環境政策中心的用于并網應用的電子表格分析工具。
—電力可再生能源混合優化模型 (HOMER) 是一種設計優化模型，可确定最大限度降低生命周期成本的配置、排程和負載管理政策。
—計算大型且不均勻照明的光伏陣列的電氣行為
03.
BIPV系統應用
-世界頂尖科學家論壇會址-
華建集團上海建築設計研究院有限公司
本案是上海市首個通過
超低能耗方案評審的公建項目
大量采用了BIPV
屋面羽毛狀、鱗次栉比的光伏闆
為酒店帶來的可再生能源
設計結合陽光受光角度和建築造型的需要
兼顧了屋面裝置的空氣流通，造型獨特
建築南面裙房大斜面的酒店大堂
玻璃屋面采用光伏一體設計
室内通透性和遮陽的需求達到最佳的平衡點
營造了舒适的室内空間
-武進鳳凰谷-
Studio505
鳳凰谷是一個綜合項目
studio505在65,000㎡的建築範圍内
運用了多種技術
包括綠色屋頂技術、光伏建築一體化
太陽能帆闆、自然通風、LED照明
以及複雜的水管理系統
（包括利用水道進行熱交換）
該項目達到了中國《綠色建築評價标準》的
最進階别“三星級”，相當于LEED金獎
-南韓流行音樂新總部大樓-
UNStudio
YG新總部大樓處在兩個截然不同區域的交界處
一邊是低密度居住區
另一邊面向密集的高速公路和橋梁
項目周邊環境的巨大差異
決定了總部大樓的朝向和内部空間的組織結構
大樓朝向公園一側設計成全玻璃立面
朝南的外牆和屋頂上設計
并安置了BIPV太陽能電池闆
04.
BIPV成本分析
一般來說
大多數 BIPV 産品的成本範圍為
1600元/平方米 – 5000元/平方米
BIPV系統的總體成本可分為兩類
和
接下來就解釋
每個類别和子類别的細分成本
▼
除此之外還有營運和維護成本
其包括硬體和軟體成本
這就是我們将此類别與其他成本分開的原因
BIPV 的營運和維護成本
包括監控系統、維修元件
以及因破壞、火災、極端天氣事件
等不可預見情況而産生的其他成本
運維成本估計為初始投資的 0.5%
但這考慮了定期維護和可操作性的理想情況
當考慮主流光伏電站
BIPV 或屋頂（BAPV 或太陽能屋頂瓦）時
運維成本有所不同
另一個需要考慮的成本是逆變器的定期更換
每 15 年進行一次
成本占初始投資的 10%
采用光伏玻璃，每年發電15000千瓦時
05.
設計注意事項
讓光伏建築師、顧問或制造商
參與布局設計過程
以獲得光伏子產品的最佳輸出與成本比
不要吝惜維護成本
這将確定系統以最佳狀态運作并持續更長時間
考慮節能、熱效率、氣密性
和其他減少能源使用的方面
來設計和優化建築
在設計過程中通過優化方位角
和傾斜角來增加光伏元件的日照量
評估代表子產品陰影的對象和結構
采取一切安全預防措施
避免故意破壞、火災和系統故障
使用建議的放電深度 (DoD) 降低更換電池的成本
德國某市政廳，全世界第一個達到“能源盈餘”标準的建築
06.
結語
BIPV的在宏觀層面
除了更清潔更環保
可持續發展、帶動光伏行業發展
給傳統建築行業的帶來創新等等好處
但也需要大量的前期投資
特别是比起傳統材料選項高得多
但重要的是還要考慮後續收入
關于收益資料我們找到了
在歐洲安裝 BIPV 系統的收益資料
平均成本為200 歐元/平方米至 625 歐元/平方米
投資回報期為 10 至 15 年
根據電力成本、最終安裝成本
光伏電站位置以及其他一些因素
BIPV 的投資回收期可達 6 年
BIPV系統不僅代表了降低建築物電力成本的動力來源
而且還代表了收入來源
考慮到非活動立面和普通屋頂的成本為 0 歐元
最明智的投資顯然是使用 BIPV 技術