文 // 孫杰 張遠南 劉廣斌 陳大英 陳文華 漢能控股集團有限公司

近年來，能源危機和環(huán)境危機日益加重，光伏應用技術(shù)引起了人們的廣泛關(guān)注。光伏應用形式主要分為大型地面電站和分布式光伏電站，其中分布式電站由于具有不額外占用土地、分散接入電網(wǎng)以及就近消納等特點，得到了國家的大力推廣（國家能源局確定2014年光伏裝機目標為14GW，其中8GW的分布式應用）。同時，國家也出臺了一系列政策保證了分布式光伏發(fā)電的健康有序發(fā)展，如2014年9月國家能源局發(fā)布的《國家能源局關(guān)于進一步落實分布式光伏發(fā)電有關(guān)政策的通知》，在項目規(guī)劃、實施、備案管理以及并網(wǎng)運行等方面做出了明確的指示。

光伏建筑一體化（BIPV）作為分布式光伏發(fā)電的一種重要應用形式，近年來取得了長足的發(fā)展，尤其光伏幕墻的應用。但是光伏幕墻同樣存在很多問題，如安全可靠性、同幕墻分格尺寸匹配性、電氣走線、通風散熱等，尤其對于大尺寸點支承薄膜光伏幕墻的實際案例還非常少。本文詳細介紹了一個大尺寸點支承薄膜光伏幕墻的實際案例，包括光伏構(gòu)件的結(jié)構(gòu)設計、電氣走線的優(yōu)化、光伏系統(tǒng)配置以及發(fā)電量的預測，為BIPV的發(fā)展提供了一定的技術(shù)依據(jù)。

1 項目介紹

北京市年平均日照峰值小時數(shù)為4h左右，是太陽能輻照資源較豐富的地區(qū)之一。漢能集團某光伏連廊幕墻項目坐落于北京市，連廊東、西兩側(cè)立面安裝透光率為20%的光伏組件，光伏裝機容量約為11kW。

2 光伏組件的選取和制備

項目采用非晶硅/微晶硅疊層光伏組件，為滿足幕墻分格尺寸及建筑功能（如熱工性能）要求，先采用兩種不同尺寸的6片電池芯片（同尺寸芯片間的電學參數(shù)要求一致）進行拼接，層壓成三夾層結(jié)構(gòu)，然后再制作成中空結(jié)構(gòu)，整個光伏構(gòu)件共采用四層玻璃，其中有三層尺寸為3376mm×1438mm×8mm的大片鋼化玻璃，第二層為6片3.2mm厚的電池芯片。光伏構(gòu)件的整體厚度為42.24mm。

光伏構(gòu)件上共有6個玻璃支承孔，室內(nèi)側(cè)孔直徑為45mm，室外側(cè)孔直徑為40mm，為保證支承孔處的電氣安全，對其進行雙道絕緣。當電池芯片制備完成后在孔位置進行激光掃邊絕緣，然后在中空構(gòu)件制備完成后，在孔的截面處采用絕緣性能好的硅膠進行處理。整個光伏構(gòu)件的設計、制備過程中，完美的體現(xiàn)了BIPV光伏構(gòu)件的客戶定制化特征。光伏構(gòu)件的平面圖和截面圖如圖1和圖2所示。

在光伏構(gòu)件的制備過程中，通過3A級太陽能模擬器對其進行功率監(jiān)測。未打孔的6片電池芯片的功率總和為312W，打孔后功率下降到295W（理論計算值為297W），而將芯片封裝成構(gòu)件后功率為292W，相比于打孔芯片功率下降僅為1%左右，說明芯片間的電壓一致性較好，并且匯流帶引入的串聯(lián)電阻也比較低，構(gòu)件制備工藝控制良好。而光伏構(gòu)件的功率相比于原始未打孔芯片的功率也僅僅下降了6.4%左右，此功率損失對于這類特殊項目來說是完全可以接受的。

3 安裝方式和電氣布線

光伏連廊采用點支承幕墻安裝方式，安裝節(jié)點橫向剖面圖如圖3所示。按照玻璃幕墻工程技術(shù)規(guī)范進行光伏構(gòu)件的安裝。

圖1 光伏構(gòu)件平面圖

圖2 光伏構(gòu)件截面圖

為了保證項目的安全性、美觀性，此項目對組件結(jié)構(gòu)、安裝形式以及電氣布線進行了深入優(yōu)化。對于組件結(jié)構(gòu)，如圖1所示，光伏構(gòu)件長邊方向上三片發(fā)電芯片并聯(lián)后通過同一個接線盒輸出，這樣只需在光伏構(gòu)件的頂端出線即可，避免在構(gòu)件間的膠縫中走線，安全性較高且便于安裝及日后維護。

對于線纜的敷設，在頂層玻璃和立面光伏構(gòu)件之間采用鋁包板進行包封，電纜橋架隱蔽固定在有足夠存放空間的鋁包板內(nèi)，當組件彼此間電氣連接后，通過預分支電纜進行匯流，匯流線通過50mm×50mm鋁合金橋架連接到逆變器的直流輸入端，電纜敷設示意圖如圖4所示。

4 系統(tǒng)配置和發(fā)電量預測

本項目在東、西兩個不同建筑立面安裝光伏構(gòu)件，因此采用具有兩路MPPT跟蹤的10kW組串型光伏逆變器，組串型逆變器由于具有多路MPPT跟蹤功能，可以對每路光伏組件進行功率跟蹤優(yōu)化，提高光伏方陣的發(fā)電效率，十分適合應用在安裝朝向和安裝傾角比較復雜的BIPV項目。

為實時監(jiān)控電站的光照強度、溫度、風速、直流電壓、直流電流、交流電壓、交流電流、并網(wǎng)功率、當日發(fā)電量、累計發(fā)電量等，電站配有監(jiān)控顯示系統(tǒng)，監(jiān)控顯示系統(tǒng)由輻照計、溫度傳感器、風速傳感器、工控機、通訊模塊、監(jiān)控軟件及通訊線等組成。

根據(jù)加拿大Retscreen軟件收集的氣象數(shù)據(jù)，北京地區(qū)東、西立面年平均輻照強度大約為每天2.5kWh/m2，預計此項目平均每年大概發(fā)電8000kWh。

5 結(jié)語

圖3 點支承光伏幕墻安裝節(jié)點圖

圖4 電纜敷設示意圖

相比于地面大型光伏電站而言，光伏構(gòu)件同建筑的結(jié)合是對有限土地資源的充分利用，有著廣闊的前景和巨大的潛力。本文重點介紹了通過拼接方式有效解決光伏構(gòu)件同點支承幕墻分格尺寸的不匹配問題，通過對構(gòu)件進行雙道絕緣處理，確保了幕墻的電氣安全性，同時安裝孔的存在帶來的構(gòu)件功率的降低也在可接受的范圍之內(nèi)。此外，通過優(yōu)化光伏構(gòu)件的結(jié)構(gòu)以及電氣布線，提高了BIPV項目的安全性和美觀性。