建筑一体化光伏

建筑一体化光伏或建筑整合太阳能(Building-integrated photovoltaics, BIPV)是一种光伏材料,用于取代建筑围护结构部分的传统建筑材料,如屋顶,天窗或外墙。 尽管现有建筑物可以采用类似技术进行改造,但它们越来越多地被纳入新建筑物的建设中作为主要或辅助电力来源。 与更常见的非集成系统相比,集成光伏发电的优势在于,可以通过减少建筑材料和人工所花费的金额来抵消初始成本,这通常用于构建BIPV模块所取代的建筑物的一部分。 这些优势使BIPV成为光伏产业增长最快的部分之一。

建筑应用光伏发电(BAPV)一词有时用于指改造的光伏发电 – 在建筑完工后整合到建筑物中。 大多数建筑集成安装实际上是BAPV。 一些制造商和建筑商将新建筑BIPV与BAPV区分开来。

历史
建筑物的光伏应用开始出现在20世纪70年代。 铝框光伏模块连接到或安装在通常位于偏远地区而无法接入电网的建筑物上。 在20世纪80年代,屋顶的光伏组件附件开始被证明。 这些光伏系统通常安装在集中发电站区域的公用电网连接建筑物上。 在20世纪90年代,专门设计用于集成到建筑物外壳中的BIPV建筑产品已经商业化。 1998年由Patrina Eiffert撰写的题为“BIPV的经济评估”的博士论文假设有一天交易可再生能源信用额(RECs)具有经济价值。 2011年经济评估和美国国家可再生能源实验室对BIPV历史的简要概述表明,在BIPV的安装成本与光伏电池板竞争之前,可能需要克服重大的技术挑战。 然而,越来越多的人认为,通过广泛的商业化,BIPV系统将成为2020年零能耗建设(ZEB)欧洲目标的支柱。尽管技术有希望,但已经确定了广泛使用的社会障碍,例如保守派建筑业文化与高密度城市设计融为一体。 这些作者认为,长期使用可能取决于有效的公共政策决策和技术发展。

形式
BIPV产品有四种主要类型:

用于地面和屋顶发电厂的晶体硅太阳能电池板
非晶硅薄膜太阳能光伏组件,可以是中空,浅红蓝黄,玻璃幕墙和透明天窗
基于CIGS(铜铟镓硒)薄膜电池在层压到建筑物外壳元件或CIGS电池上的柔性模块上直接安装在建筑物外壳基板上
双层玻璃太阳能电池板,内有方形电池

建筑集成光伏模块有多种形式:

平屋顶
迄今为止安装最广泛的是一种非晶薄膜太阳能电池,它集成在柔性聚合物模块上,使用太阳能电池组件背板和屋顶膜之间的粘合片连接到屋顶膜上。[需要澄清]铜铟镓硒( CIGS技术现在能够通过一家总部位于美国的公司生产17%的电池效率,并通过英国公司将这些电池融合在一起,在TPO单层膜中实现可比的建筑集成模块效率。

斜屋顶
太阳能屋顶瓦是(陶瓷)屋顶瓦片与集成太阳能模块。 陶瓷太阳能屋顶瓦是由荷兰公司于2012年开发并获得专利的。
模块形状像多个屋顶瓦片。
太阳能带状疱疹是一种模块,设计用于看起来像普通的带状疱疹,同时采用柔性薄膜电池。
它通过保护绝缘和膜免受紫外线和水降解来延长正常的屋顶寿命。 它通过消除冷凝来实现这一点,因为露点保持在屋顶膜上方。
金属斜屋顶(结构和建筑)现在通过粘合独立的柔性模块或通过将CIGS电池的热和真空密封直接粘合到基板上而与PV功能集成在一起

正面
外墙可以安装在现有建筑物上,使旧建筑焕然一新。 这些模块安装在建筑物的立面上,在现有结构上,这可以增加建筑物的吸引力和转售价值。

上光
光伏窗是(半)透明模块,可用于替换通常由玻璃或类似材料制成的许多建筑元件,例如窗户和天窗。 除了产生电能之外,由于优异的隔热性能和太阳辐射控制,这些还可以进一步节省能源。

透明和半透明的光伏器件
透明太阳能电池板在玻璃板的内表面上使用氧化锡涂层以将电流传导出电池。 电池含有涂有光电染料的氧化钛。

大多数传统太阳能电池使用可见光和红外光来发电。 相比之下,创新的太阳能电池也使用紫外线辐射。 用于替换传统的窗户玻璃,或放置在玻璃上,安装表面区域可能很大,导致潜在的用途,利用发电,照明和温度控制的组合功能。

透明光伏发电的另一个名称是“半透明光伏发电”(它们传输一半的光线)。 与无机光伏器件类似,有机光伏器件也能够是半透明的。

使用的模块
为了满足建筑要求和期望的多功能性,期望PV模块在尺寸,形状和材料方面的适应性。 还必须考虑各种机械和电气集成要求。

基本上,有两种技术可用于BiPV的模块:

结晶模块
晶体模块基于多个硅晶片,主要是串联连接。 尺寸变化的间距由晶片的尺寸和互连和隔离所需的间隙决定。 这些数量为15-25厘米。 在电池材料的情况下,单晶硅和多晶硅之间的区别在于它们的效率不同。 这表明入射太阳能的百分比转换成电能。 (Mono)Crystalline模块提供最高效率(15-20%)和最佳对齐。 然而,在BiPV中,通常不给出这样的最佳取向(例如具有垂直取向的立面)。 此外,结晶溶液非常容易受到遮蔽和高温性能的降低,这在建筑应用中是常见的。 因此,建议使用模拟软件来实现真正的能量产出。 结晶溶液在包装材料的选择上具有高度可变性,这对BiPV非常有利。 可以使用不同的玻璃厚度,但也可以使用塑料,但晶体细胞非常脆弱且不能弯曲。 也可以生成简单模式的半透明。

薄膜模块
将薄膜模块应用于基板(通常为玻璃)。 对于玻璃基板变体,尺寸变化仅可以非常有限的程度。 而且,在该衬底变体中的材料选择是非常有限的,因为在PV电池组装的过程中使用非常高的温度,这使得玻璃(例如,安全玻璃)的某些变化不可能。

其他薄膜解决方案是适用于塑料或金属带(钢,铜)。 这些解决方案目前在尺寸和包装方面具有最大程度的变化,并且还可以提供灵活且非常轻的解决方案(塑料/塑料)。 根据所使用的技术,薄膜解决方案目前具有6-14%的效率,具有更好的产量,具有次优对准(杂散光,低光)并且其性能与温度相关性较低。

特别促销活动
各种政策鼓励使用BiPV:在20-20-20目标的推动下,以及在一些国家(如意大利,法国)推广能源自给自足建筑的愿望以及上网电价(参见德国EEG)提高BiPV的关税。

建筑指南
使用BiPV的一个强有力的驱动因素是连续收紧有关建筑物能量行为的准则(零能耗房,二氧化碳足迹)。 在德国,EnEV是基于欧盟建筑物能源性能指令的参考。 此外,还有与国家相关的可持续发展相关的建筑评估,其质量水平不同,这也促进了高能源建筑质量和低环境影响。 例如美国开发的能源与环境设计领导力(LEED),英国BREEAM或德国质量密封可持续建筑。

政府补贴
在一些国家,除了独立太阳能系统的现有上网电价外,还为建筑一体化光伏发电提供额外的激励措施或补贴。 自2006年7月以来,法国为BIPV提供了最高的奖励,相当于支付额外的0.25欧元/千瓦时的保费以及光伏系统的30欧分。 这些激励措施以支付给电网供电的费率的形式提供。

欧洲联盟
法国€0.25 / kWh
德国€0.05 / kWh门面奖金于2009年到期
意大利€0.04-€0.09 / kWh
英国4.18 p / kWh
西班牙与非建筑安装相比,收费为0.28欧元/千瓦时(RD 1578/2008):
≤20kW:0.34欧元/千瓦时
> 20千瓦:0.31欧元/千瓦时

美国
美国 – 因州而异。 查看可再生能源和效率的国家激励数据库,了解更多详情。

中国
继2009年3月BIPV项目补贴计划公布后,BIPV系统每瓦20元人民币,屋顶系统每瓦15元人民币,中国政府最近公布了光伏能源补贴计划“金太阳示范项目”。 补贴计划旨在支持光伏发电企业的发展和光伏技术的商业化。 财政部,科技部和国家能源局于2009年7月联合公布了该计划的细节。合格的并网光伏发电项目,包括屋顶,BIPV和地面安装系统,有权获得补贴相当于每个项目总投资的50%,包括相关的输电基础设施。 偏远地区合格的离网独立项目将有资格获得高达总投资的70%的补贴。 11月中旬,中国财政部选择了294个项目,总计642兆瓦,其大约200亿元人民币(30亿美元)的补贴计划成本大幅提升了该国的太阳能生产。

其他集成光伏器件
车辆集成光伏(ViPV)与车辆类似。 根据汽车的设计,太阳能电池可以嵌入暴露在阳光下的面板中,例如发动机罩,车顶和可能的行李箱。