薄膜硅点支承光伏幕墙和光伏采光顶实际案例分析

孙 杰 刘广斌 张远南 陈大英 陈文华 汉能控股集团有限公司



薄膜硅点支承光伏幕墙和光伏采光顶实际案例分析

孙 杰 刘广斌 张远南 陈大英 陈文华 汉能控股集团有限公司

摘要：光伏建筑一体化作为分布式光伏发电的一种重要应用形式，广受关注。通过一个既有工程改造项目，介绍了硅基薄膜光伏组件可以采用拼接方式满足幕墙不同分格尺寸的要求，并通过光伏构件的结构优化，确保了构件的安全性、功能性以及支承孔对构件带来的功率损失在可接受范围内。另外，采光顶采用了不同颜色的大尺寸拼接光伏构件，实现了不同的视觉效果。此项目可对于不同分格尺寸的光伏幕墙尤其点支承光伏幕墙提供借鉴，同时可以通过改变光伏构件的颜色来实现建筑的不同视觉效果。

关键词：点支承光伏幕墙；光伏采光顶；分格尺寸；硅基薄膜光伏构件

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17 800 MW，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。

光大建筑一体（Building Integrated Photovoltaic，BIPV）作为分布式光伏发电[3]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，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、图2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[4-6]，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。

1 项目概况

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约为4 h，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11 kW；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8 kW。项目实际照片如图3所示。

图1　江苏博魔鬼光伏幕墙项目

图2　河北晶体硅光伏幕墙项目

a）幕墙内视图

b）采光顶内视图

图3　点支承薄膜硅光伏幕墙

2 光伏组件制备

项目采用硅基薄膜光伏组件，为满足分格尺寸要求和热工性能要求，先将不同尺寸的电池芯片进行拼接，然后将其制作成中空结构。如立面幕墙光伏构件，采用两种不同尺寸的6片电池芯片进行拼接并制成中空结构，整个光伏构件共采用4层玻璃，其中有3层尺寸为3376mm×1438mm×8mm的大片钢化玻璃，第二层为6片3.2 mm厚的电池芯片。

光伏构件上共有6个玻璃支承孔，室内侧孔直径为45 mm，室外侧孔直径为40 mm，为保证支承孔处的电气安全，对其进行双道绝缘。首先在电池芯片孔位置处进行激光绝缘扫边，然后当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二次绝缘。光伏构件的平面图和截面图如图4a）和图4b）所示。

光伏构件在制备过程中，通过3A级太阳能模拟器对其功率进行实时监测。打孔前电池芯片功率总和为312 W，打孔后功率下降到295 W（理论计算值为297 W），而将芯片封装成构件后功率为292 W，相比于打孔芯片功率下降仅为1%左右，说明芯片间的电学参数一致性较好，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下降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5所示，同图4b）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。

图4　光伏构件

图5　光伏构件截面图

4 安装方式和电气布线

光伏连廊立面幕墙采用点支承幕墙安装方式，安装节点横向剖面图如图6a）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6b）所示。按照玻璃幕墙工程技术规范[7]进行光伏构件的安装。

为保证项目的安全性和美观性，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4a）所示，其长边方向上3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50 mm×50 mm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7所示。

5系统配置和发电量预测

立面光伏幕墙由于具有东、西两个安装方向，故采用具有两路最大功率点跟踪（Maximum Power Point Tracking， MPPT）的组串型光伏逆变器，逆变器功率为10 kW；连廊采光顶为了排水考虑，设置一个小坡度，同样采用两路MPPT组串型逆变器，逆变器功率为8 kW。具有多路MPPT的逆变器，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。

项目配有监控显示系统，可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、累计发电量等相关信息。

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/㎡/d，水平面年平均辐照强度大约为3.7kWh/㎡/d，预计此项目（19 kW光伏装机量）平均每年大概发16 600 kWh，1 kW容量约可发2.4 kWh/d。

图6　点支承光伏幕墙安装方式

图7　电缆敷设示意图

6 结语

相比于大型地面光伏电站而言，BIPV具有不额外占用土地，即发即用等突出特点，将来会有更为广阔的前景。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。另外，还介绍了可以通过改变光伏构件的颜色来实现建筑外观的不同视觉效果。本项目的完成对于BIPV的推广有一定的指导意义。

参考文献

[1] 王凯.光伏建筑一体化探讨及应用案例分析[J].电力与能源, 2014, 35(3): 378-380.

[2] 马文生, 郝斌.光伏建筑一体化相关问题的探讨[J].可再生能源, 2011, 29(1): 94-97.

[3] 邱喜兰, 范宏武, 徐强, 等.上海市分布式光伏发电发展规划研究[J].上海节能, 2014, 10: 11-15.

[4] 陈江恩, 孙杰, 冯博, 等.光伏建筑一体化项目不同安装方式的案例分析[J].建筑节能, 2014, 42(4): 35-38.

[5] 李现辉, 郝斌.太阳能光伏建筑一体化工程设计与案例[M].北京: 中国建筑工业出版社, 2012.

[6] 董叶莉, 黄中伟.光伏建筑一体化结合形式的探讨[J].建筑节能, 2013, 41(6): 34-36.

[7] JGJ 102-2003, 玻璃幕墙工程技术规范[S].

Case Study of Thin-Film Silicon Point Supported
Photovoltaic Curtain Wall and Photovoltaic Daylight Roof

Sun Jie, Liu Guangbin, Zhang Yuannan, Chen Daying, Chen Wenhua Hanergy Holding Group Limited

Abstract:Photovoltaic integrated architecture is one of the most important distributed photovoltaic power generation application, which obtains wide attention.The article introduces thin-film silicon photovoltaic module adopted to splicing method to meet different size of curtain wall through an existing renovation project.Through structure optimization of photovoltaic component, it ensures safety and functionality of photovoltaic component besides power loss is within the acceptable range caused by supporting hole to photovoltaic component.Otherwise, daylight roof applies large size splicing photovoltaic component with different color to realize different visual effect.The project provides reference to different split size photovoltaic curtain wall, especially its point supported photovoltaic curtain wall, meanwhile it could change photovoltaic component color to realize different visual effect.

Key words:Point Supported Photovoltaic Curtain Wall, Photovoltaic Daylight Roof, Split Size, Thin-Film Silicon Photovoltaic Component

[作者简介]

DOI:10.13770/j.cnki.issn2095-705x.2016.03.004

孙杰：（1983-），男，硕士，工程师，主要从事光伏组件和光伏系统的设计、性能分析及应用等方面的研究。