在21世紀(jì)的新能源技術(shù)中有兩大能源優(yōu)先：太陽光伏發(fā)電與核聚變。太陽光伏發(fā)電是到為止長壽、清潔的發(fā)電技術(shù)。光伏發(fā)電對世界能源需求將會做出重大貢獻(xiàn)的兩個領(lǐng)域是提供住戶用電和用于大型中心電站的發(fā)電。前者將對建筑的發(fā)展產(chǎn)生重大的。太陽光伏發(fā)電系統(tǒng)只涉及到半導(dǎo)體封裝器件，不消耗常規(guī)能源，無運動機(jī)械部件，無污染，無噪聲，維護(hù)方便，發(fā)電容量可任意選擇。

　　光伏建筑一體化即BIPV（Building Integrated PV，PV即Photovolta-ic）。光伏建筑一體化（BIPV）技術(shù)是將太陽能發(fā)電（光伏）產(chǎn)品集成到建筑上的技術(shù)。光伏建筑—體化（BIPV）不同于光伏系統(tǒng)附著在建筑上（BAPV：Building Attached PV）的形式。

　　現(xiàn)代化社會中，人們對舒適的建筑熱環(huán)境的追求越來越高，導(dǎo)致建筑采暖和空調(diào)的能耗日益增長。在發(fā)達(dá)國家，建筑用能已占全國總能耗的３０％—４０％，對經(jīng)濟(jì)發(fā)展形成了一定的制約作用。

　　光伏建筑一體化，是應(yīng)用太陽能發(fā)電的一種新概念，簡單地講就是將太陽能光伏發(fā)電方陣安裝在建筑的圍護(hù)結(jié)構(gòu)外表面來提供電力。根據(jù)光伏方陣與建筑結(jié)合的方式不同，光伏建筑一體化可分為兩大類：一類是光伏方陣與建筑的結(jié)合。這種方式是將光伏方陣依附于建筑物上，建筑物作為光伏方陣載體，起支承作用。另一類是光伏方陣與建筑的集成。這種方式是光伏組件以一種建筑材料的形式出現(xiàn)，光伏方陣成為建筑不可分割的一部分。如光電瓦屋頂、光電幕墻和光電采光頂?shù)?。在這兩種方式中，光伏方陣與建筑的結(jié)合是一種常用的形式，特別是與建筑屋面的結(jié)合。由于光伏方陣與建筑的結(jié)合不占用額外的地面空間，是光伏發(fā)電系統(tǒng)在城市中廣泛應(yīng)用的安裝方式，因而倍受關(guān)注。光伏方陣與建筑的集成是BIPV的一種形式，它對光伏組件的要求較高。光伏組件不僅要滿足光伏發(fā)電的功能要求同時還要兼顧建筑的基本功能要求。[

　　光伏—建筑一體化（BIPV）提出了“建筑物產(chǎn)生能源”的新概念，即建筑物與光伏發(fā)電的集成化，在建筑物的外圍護(hù)結(jié)構(gòu)表面上布設(shè)光伏陣列產(chǎn)生電力。

　　BIPV系統(tǒng)可以劃分為兩種形式：光伏屋頂結(jié)構(gòu)（PVROOF）和光伏墻結(jié)構(gòu)（PVWALL）。BIPV系統(tǒng)一般由光伏陣列（電池板）、墻面（屋頂）和冷卻空氣流道、支架等組成。

　　對于一個完整的BIPV系統(tǒng)，還應(yīng)該有另外一些設(shè)備：負(fù)載、蓄電池、逆變器、系統(tǒng)控制、濾波保護(hù)等裝置。當(dāng)一個BIPV系統(tǒng)參與并網(wǎng)時，則不需蓄電池，但需有與電網(wǎng)的聯(lián)入裝置。

　　一光伏—建筑一體化（BIPV）的形式與特點

　　在80年代，光伏地面系統(tǒng)除大量用于偏僻無電地區(qū)、游牧家庭、航海燈塔、孤島居民供電以及某些特殊領(lǐng)域外，已開始進(jìn)入一般單獨用戶、聯(lián)網(wǎng)用戶和商業(yè)建筑。進(jìn)入90年代后，隨著常規(guī)能源的日益枯竭而引起的發(fā)電成本上升和人們環(huán)境意識的日益增強(qiáng)，一些國家紛紛開始實施、推廣BIPV系統(tǒng)。

　  雖然太陽能光伏建筑一體化有高效、經(jīng)濟(jì)、環(huán)保等諸多優(yōu)點，并已在世博場館和示范工程上得以運用，但光伏建筑還未進(jìn)入尋常百姓家，成片使用該技術(shù)的民宅社區(qū)并未出現(xiàn)。這是由于太陽能光伏建筑一體化存有兩大問題

　　一是太陽能光伏建筑一體化建筑物造價較高。一體化設(shè)計建造的帶有光伏發(fā)電系統(tǒng)的建筑物造價較高，在科研技術(shù)方面還有待提升。

　　二是太陽能發(fā)電的成本高。目前太陽能發(fā)電的成本是每度2.5元，比常規(guī)發(fā)電成本每度1元翻倍。

　　三是太陽能光伏發(fā)電不穩(wěn)定，受天氣影響大，有波動性。這是由于太陽并不是一天24小時都有，因此如何解決太陽能光伏發(fā)電的波動性，如何儲電也是亟待解決的問題。

 　　光伏建筑一體化建筑 優(yōu)點

　?。?）綠色能源。太陽能光伏建筑一體化產(chǎn)生的是綠色能源，是應(yīng)用太陽能發(fā)電，不會污染環(huán)境。太陽能是清潔并且是的，開發(fā)利用過程中不會產(chǎn)生任何生態(tài)方面的副作用。它又是一種再生能源，取之不盡，用之不竭。

　?。?） 不占用土地。光伏陣列一般安裝在閑置的屋頂或外墻上，無需額外占用土地，這對于土地昂貴的城市建筑尤其重要；夏天是用電高峰的季節(jié)，也正好是日照量、光伏系統(tǒng)發(fā)電量多的時期，對電網(wǎng)可以起到調(diào)峰作用。

　　（3）太陽能光伏建筑一體技術(shù)采用并網(wǎng)光伏系統(tǒng)，不需要配備蓄電池，既節(jié)省投資，又不受蓄電池荷電狀態(tài)的限制，可以充分利用光伏系統(tǒng)所發(fā)出的電力。

　?。?） 起到建筑節(jié)能作用。光伏陣列吸收太陽能轉(zhuǎn)化為電能，大大降低了室外綜合溫度，減少了墻體得熱和室內(nèi)空調(diào)冷負(fù)荷，所以也可以起到建筑節(jié)能作用。因此，發(fā)展太陽能光伏建筑一體化，可以“節(jié)能減排”。

　　光伏與建筑的結(jié)合有兩種方式：一種是建筑與光伏系統(tǒng)相結(jié)合；另外一種是建筑與光伏器件相結(jié)合。

　　1建筑與光伏系統(tǒng)相結(jié)合

　　把封裝好的的光伏組件（平板或曲面板）安裝在居民住宅或建筑物的屋頂上，再與逆變器、蓄電池、控制器、負(fù)載等裝置相聯(lián)。光伏系統(tǒng)還可以通過一定的裝置與公共電網(wǎng)聯(lián)接。

　　2建筑與光伏器件相結(jié)合

　　建筑與光伏的進(jìn)一步結(jié)合是將光伏器件與建筑材料集成化。一般的建筑物外圍護(hù)表面采用涂料、裝飾瓷磚或幕墻玻璃，目的是為了保護(hù)和裝飾建筑物。如果用光伏器件代替部分建材，即用光伏組件來做建筑物的屋頂、外墻和窗戶，這樣既可用做建材也可用以發(fā)電，可謂物盡其美。對于框架結(jié)構(gòu)的建筑物，可把其整個圍護(hù)結(jié)構(gòu)做成光伏陣列，選擇適當(dāng)光伏組件，既可吸收太陽直射光，也可吸收太陽反射光。目前已經(jīng)研制出大尺度的彩色光伏模塊，可以實現(xiàn)以上目的，還可使建筑外觀更具魅力。

　　把光伏器件用做建材，必須具備建材所要求的幾項條件：堅固耐用、保溫隔熱、防水防潮、適當(dāng)?shù)膹?qiáng)度和剛度等性能。若是用于窗戶、天窗等，則必須能夠透光，就是說既可發(fā)電又可采光。除此之外，還要考慮安全性能、外觀和施工簡便等因素。

　　用光伏器件代替部分建材，在將來隨著面的擴(kuò)大，光伏組件的生產(chǎn)規(guī)模也隨之增大，則可從規(guī)模效益上降低光伏組件的成本，有利于光伏產(chǎn)品的推廣應(yīng)用，所以存在著巨大的潛在市場。

　　從建筑、技術(shù)和角度來看，光伏—建筑一體化有以下諸多優(yōu)點：①聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)光伏陣列一般安裝在閑置的屋頂或墻面上，無需額外用地或增建其他設(shè)施，適用于人口密集的地方使用。這對于土地昂貴的城市建筑尤其重要。②可原地發(fā)電、原地用電，在一定距離范圍內(nèi)可以節(jié)省電站送電網(wǎng)的投資。對于聯(lián)網(wǎng)戶用系統(tǒng)，光伏陣列所發(fā)電力既可供給本建筑物負(fù)載使用，也可送入電網(wǎng)。在陰雨天、夜晚或光強(qiáng)很小的時候，負(fù)載可由電網(wǎng)供電。由于有光伏陣列和公共電網(wǎng)共同給負(fù)載供應(yīng)電力，增加了供電的可靠性。③夏季，處于日照時，由于大量制冷設(shè)備的使用，形成電網(wǎng)用電高峰。而這時也是光伏陣列發(fā)電多的時候。BIPV系統(tǒng)除保證自身建筑用電外，還可以向電網(wǎng)供電，從而緩解高峰電力需求。④由于光伏陣列安裝在屋頂和墻壁等外圍護(hù)結(jié)構(gòu)上，吸收太陽能，轉(zhuǎn)化為電能，大大降低了室外綜合溫度，減少了墻體得熱和室內(nèi)空調(diào)冷負(fù)荷，既節(jié)省了能源，又利于保證室內(nèi)的空氣品質(zhì)。 ⑤避免了由于使用一般化石燃料發(fā)電所導(dǎo)致的空氣污染和廢渣污染，這對于環(huán)保要求嚴(yán)格的今天與未來更為重要。⑥由于光伏電池的組件化，光伏陣列安裝起來很簡便，而且可以任意選擇發(fā)電容量。⑦在建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)上安裝光伏陣列，可以促進(jìn)PV部件的大規(guī)模生產(chǎn)，從而能夠進(jìn)一步降低PV部件的市場價格，這對于BIPV系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用有著極大的推動作用。

　　二BIPV系統(tǒng)的發(fā)展趨勢

　　在能源和環(huán)保壓力的促進(jìn)下，太陽能光伏技術(shù)已逐步成為國際走可持續(xù)發(fā)展道路的技術(shù)之一。事實已經(jīng)證明，對于幾kW以下的系統(tǒng)，采用太陽光伏發(fā)電是為理想的。光伏（PV）技術(shù)除傳統(tǒng)的單獨用戶及特殊領(lǐng)域應(yīng)用外，正在向高水平和大規(guī)模方向發(fā)展。BIPV的聯(lián)網(wǎng)發(fā)電已成為近年來PV應(yīng)用的主要方向和熱點。聯(lián)合國能源機(jī)構(gòu)近發(fā)布的調(diào)查顯示，BIPV將成為21世紀(jì)的市場熱點，太陽能建筑業(yè)將是21世紀(jì)重要的新興產(chǎn)業(yè)之一。各國一直在通過改進(jìn)工藝、擴(kuò)大規(guī)模、開拓市場等，大力降低光伏電池的制造成本和提高其發(fā)電效率。

　　近年來，世界光伏市場發(fā)生了很大變化：由過去的獨立運行（提水、照明等）和通訊設(shè)備、衛(wèi)生保健、導(dǎo)航浮標(biāo)等領(lǐng)域轉(zhuǎn)向并網(wǎng)發(fā)電和與建筑物結(jié)合的常規(guī)供電；開始由作為補充性能源逐步向替代性能源過渡。現(xiàn)在分別介紹一下不同國家的發(fā)展情況。

　　1美國

　　1993年6月，美國能源部和國立再生能源實驗室簽定五年合同，實施“PV：BONUS”計劃，耗資2 500萬美元發(fā)展與建筑相結(jié)合的光伏產(chǎn)品，即建筑幕墻光伏器件和大型屋頂光伏組件等。

　　為了促進(jìn)美國光伏產(chǎn)業(yè)的快速，降低光伏發(fā)電成本以及節(jié)約能源和保護(hù)環(huán)境，美國前總統(tǒng)克林頓1997年6月26日在聯(lián)合國環(huán)境與發(fā)展特別會議上宣布美國將實施“百萬太陽能屋頂”計劃，到2010年要在全國范圍的住宅、商業(yè)建筑、學(xué)校和聯(lián)邦政府辦公樓屋頂上安裝100萬套太陽能系統(tǒng)，包括光伏系統(tǒng)和太陽能集熱器，可以供應(yīng)電力和熱水。為此，1998財政年度美國政府的光伏經(jīng)費增加了30％。

　　2日本

　　日本很重視光伏與建筑相結(jié)合的技術(shù)。20世紀(jì)90年代，政府資助一些大學(xué)、研究所和公司進(jìn)行開發(fā)研究。如三洋電氣公司推出了幾種非晶硅電池與建筑材料相結(jié)合的產(chǎn)品（三洋公司在非晶體太陽電池技術(shù)方面是世界一流的）：一種是做成曲線形瓦片形狀，每片面積為305平方厘米、輸出功率2.7 WP，價格比較昂貴；另一種是90cm×35cm的平板非晶硅電池組件，組件背面有“腳”便于安裝，一般用做屋頂材料。三洋電氣公司還推出了半透明和不透明的非晶硅玻璃組件，用于商業(yè)建筑物的垂直幕墻。其半透明組件的透光率為30％，既可作為窗戶采光用，又可用于發(fā)電（德國也有類似產(chǎn)品）。以上光伏組件已安裝在三洋電氣公司、Fsukasa電力公司等辦公樓建筑物上。

　　1997年，通產(chǎn)省又宣布執(zhí)行“七萬屋頂”計劃，安裝了37 MWP屋頂光伏系統(tǒng)。該計劃使日本成為該年度世界的光伏組件市場。日本政府計劃到2000年安裝400 MW、2010年安裝4 600 MW光伏發(fā)電系統(tǒng)。

　　1998年，日本三家公司（清水建筑、夏普、川崎制鐵）合作研制一種新型建筑材料，即把太陽能電池安裝在建筑材料里，并按需要做成三種，用做屋頂和外墻。

　　3德國

　　1990年首先開始實施“一千屋頂計劃”，在私人住宅屋頂上推廣容量為1～5 kWP的戶用聯(lián)網(wǎng)光伏系統(tǒng)。

　　在光伏器件與建筑相結(jié)合方面，ASE所屬幾家公司分別推出了多種光伏組件，其中有大尺寸（1.5 m×2.5m）的無邊框非晶硅組件，每塊組件功率可達(dá)360Wp，可用于垂直外墻和傾斜屋頂；也推出了尺寸為1 m×0.6m的非晶硅不透明組件，可分別用于屋面、垂直幕墻和窗戶。

　　目前世界上的太陽能屋頂光伏系統(tǒng)安裝在新慕尼黑貿(mào)易展覽中心。

　　4印度

　　印度近年來大力推廣太陽能，已取得了很大成績。在發(fā)展家，印度的光伏產(chǎn)業(yè)及應(yīng)用市場居地位；據(jù)報道，目前已成為繼美國之后的第二大單晶硅太陽能電池生產(chǎn)國。全國已有40萬套光伏系統(tǒng)用于多種應(yīng)用領(lǐng)域。并且，政府正在組織一些研究和生產(chǎn)機(jī)構(gòu)開展光伏器件與建筑相結(jié)合的研究開發(fā)。

　　1997年12月18日印度政府宣布，到2002年要在全國范圍內(nèi)推廣150萬套太陽能屋頂。

　　5中國

　　中國的太陽能光伏技術(shù)也具有了一定的規(guī)模。據(jù)統(tǒng)計，截止1997年底，我國已完成并正常使用的太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)裝機(jī)容量為10～15MW，主要用于邊遠(yuǎn)地區(qū)居民的供電。隨著光伏發(fā)電領(lǐng)域的轉(zhuǎn)變，我國的BIPV系統(tǒng)的研究與開發(fā)已取得了很大的發(fā)展?！熬盼濉逼陂g我國在深圳、北京分別成功建成17kWp、7kWp光伏發(fā)電屋頂并實現(xiàn)并網(wǎng)發(fā)電。在世界銀行捐贈及雙邊或多邊技術(shù)合作的支持下，預(yù)計我國光伏市場年銷售量將以20％的年增長速度發(fā)展，到2010年可望超過10MW.

　　近獲悉，香港特區(qū)政府為支持環(huán)保，香港工業(yè)署日前撥款170萬港元給香港理工大學(xué)，建立座“光伏建筑”實驗系統(tǒng)，以太陽能為大廈提供部分電力。

　　有資料對1984～1994年間的光伏需求進(jìn)行了統(tǒng)計并對到2010年可以安裝PV的容量進(jìn)行了預(yù)測，結(jié)果如表1所示。

　　緊緊圍繞降低光伏發(fā)電成本的各種研究開發(fā)工作一直在發(fā)達(dá)國家緊張地進(jìn)行。在光伏系統(tǒng)方面，目前已開發(fā)出帶微型逆變器的光伏組件，這將給光伏系統(tǒng)安裝及與建筑集成帶來革命性的變化。

　　BIPV的開發(fā)是目前世界上大規(guī)模利用光伏技術(shù)發(fā)電的一大研究熱點，西方發(fā)達(dá)國家都在作為重點項目積極進(jìn)行。除了在屋頂安裝光伏電池板外，已推出了把光伏電池裝在瓦片內(nèi)的產(chǎn)品。

　　在飛速發(fā)展的智能建筑（IB）中，樓宇自動化系統(tǒng)（BAS）是一個重要組成部分。對于BIPV系統(tǒng)，其本質(zhì)上是屬于樓宇設(shè)備的范疇，但在目前關(guān)于BAS的資料中還沒有被納入其中。筆者認(rèn)為，BIPV系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)納入BAS.未雨綢繆，在實際建筑施工中應(yīng)當(dāng)預(yù)留光伏陣列的鋪設(shè)裝置；在綜合布線系統(tǒng)（PDS）中，應(yīng)當(dāng)預(yù)設(shè)光伏設(shè)備的接入端口和線路匣，為以后光伏組件與樓宇設(shè)備的結(jié)合作準(zhǔn)備。隨著光伏組件的廣泛應(yīng)用和價格大幅度下降，未來實現(xiàn)智能化的建筑物必定要配裝BIPV系統(tǒng)，同時這也是對IB的一個重要補充。

　　可以預(yù)計，光伏與建筑相結(jié)合是未來光伏應(yīng)用中重要的領(lǐng)域之一，其發(fā)展前景十分廣闊，并且有著巨大的市場潛力。

　　由于價格、法規(guī)等因素，BIPV系統(tǒng)在短期內(nèi)還難以大規(guī)模普及，但隨著常規(guī)能源的日益枯竭、人們環(huán)保意識的日益提高，以及由此促進(jìn)的制造工藝的革新和技術(shù)的發(fā)展，BIPV一定會展現(xiàn)出強(qiáng)大的生命力。

　　BIPV建筑首先是一個建筑，它是建筑師的藝術(shù)品，就相當(dāng)于音樂家的音樂，畫家的一幅名畫，而對于建筑物來說光線就是他的靈魂，因此建筑物對光影要求甚高。但普通光伏組件所用的玻璃大多為布紋超白鋼化玻璃，其布紋具有磨砂玻璃阻擋視線的作用。如果BIPV組件安裝在大樓的觀光處，這個位置需要光線通透，這時就要采用光面超白鋼化玻璃制作雙面玻璃組件，用來滿足建筑物的功能。同時為了節(jié)約成本，電池板背面的玻璃可以采用普通光面鋼化玻璃。

　　一個建筑物的成功與否，關(guān)鍵一點就是建筑物的外觀效果，有時候細(xì)微的不協(xié)調(diào)都是不能容忍。但普通光伏組件的接線盒一般粘在電池板背面，接線盒較大，很容易破壞建筑物的整體協(xié)調(diào)感，通常不為建筑師所接受，因此BIPV建筑中要求將接線盒省去或隱藏起來，這時的旁路二極管沒有了接線盒的保護(hù)，要考慮采用其他方法來保護(hù)它，需要將旁路二極管和連接線隱藏在幕墻結(jié)構(gòu)中。比如將旁路二極管放在幕墻骨架結(jié)構(gòu)中，以防陽光直射和雨水侵蝕。

　　普通光伏組件的連接線一般外露在組件下方，BIPV建筑中光伏組件的連接線要求全部隱藏在幕墻結(jié)構(gòu)中。

　　目前建筑物空氣溫度調(diào)節(jié)消耗著大量的能量。在我國，它要占到建筑物總能耗的約70％。用空調(diào)機(jī)和燃煤來控制室溫不僅消耗能量，帶來外界的環(huán)境污染，而且并不能給室內(nèi)人員帶來健康的環(huán)境（雖然暫時它是舒適的）。在太陽能用于采暖方面，除造價較高的被動式太陽房有一些示范型建筑外，還沒有大規(guī)模的采用。主動式太陽能供能由于成本更高，與我國的經(jīng)濟(jì)發(fā)展也是遠(yuǎn)不相適應(yīng)。因此，建筑供能的主動與被動相結(jié)合的思想及太陽能與常規(guī)能源相結(jié)合的思想。按照房間的功能，采用不同方案的配合及交叉，這樣可以大大降低太陽能用于建筑供能的投資和運行成本，使得整個方案在商業(yè)化的意義下具有可操作性。被動采暖與降溫的意義在于使建筑本身能量負(fù)荷大大降低（節(jié)能率約70％），使其所要求主動供能裝置提供的能量大大降低。也就是說，它將對昂貴裝置的要求降低。另外，被動供能是巧妙利用自然條件的變化來調(diào)節(jié)室內(nèi)溫度。我們認(rèn)為，建筑物內(nèi)空氣溫度調(diào)節(jié)技術(shù)發(fā)展方向不應(yīng)當(dāng)是改變自然環(huán)境來滿足人的要求，而是應(yīng)當(dāng)盡量巧妙地利用并順應(yīng)自然界來滿足人們對健康和舒適的要求。研究空調(diào)的目的應(yīng)當(dāng)是盡量減少人工環(huán)境，而不是相反。主動供能的意義在于保障建筑室內(nèi)的舒適性增加。在主動與被動供能相互配合組成供能系統(tǒng)的情況下，整套建筑供能系統(tǒng)的設(shè)備性能將會提高，而尺寸和造價將會降低。