光伏發電技術是將太陽輻射能轉化為電能的清潔、穩定、高效的綠色能源形式 。將光伏與建筑結合是我國解決建筑用能、實現建筑零能耗運行的重要手段。    

建筑分布式光伏系統可分為建筑附加光伏 (BAPV)和光伏建筑一體化 (BIPV)。前者為傳統的建筑光伏應用方式，將光伏產品附加在建筑屋頂，主要為后期增設，系統造型與建筑外觀不協調，安裝方式對建筑安全性帶來較大隱患。光伏建筑一體化 (BIPV) 要求光伏系統與建筑同步設計、施工，光伏與建筑完美融合，在充分發揮建筑結構、功能特性的同時，實現綠色產能，為建筑使用或接入市政電網，從而提高太陽能在建筑中的利用率 。

圖 1 建筑效果圖

 考慮建筑與周邊建筑群空間關系，應用 Revit 軟件對建筑及周邊建筑群

進行建模，并開展建筑表皮太陽總輻射年輻照量仿真計算，結果如圖 3 所示。

由圖 3 所示，建筑塔樓屋面及裙樓屋面年輻照量優于建筑立面，其中塔樓屋頂不受周邊建筑遮擋影響，最宜應用光伏發電系統。裙樓屋面因周邊建筑及自身塔樓遮擋影響，呈現南側屋面年輻照量優于西側屋面的特點，綜合太陽總輻射年輻照量僅次于塔樓屋面。

建筑塔樓屋面及裙樓屋面為接收太陽輻照最優點位，宜選用技術成熟、光電轉換效率高的標準單晶硅光伏組件實現有限鋪設空間下的最大光伏產能（見圖 4）。此外，案例建筑裙樓及塔樓設有屋頂花園，對于有采光、展示等功能需求的空間，可選用透光類單晶硅光伏組件打造光伏采光頂，兼顧采光、發電功能。

圖 4 單晶硅光伏采光頂實景圖

圖 5 建筑立面遮陽及點位

  多層遮陽板之間存在相互遮擋情況，需結合輻照量分析、應用形式等方面開展綜合分析，以確定遮陽板間距、光伏組件類型，實現安全、經濟、美觀等使用要求。     采用 Revit 軟件對建筑塔樓標準層遮陽設施進行精細化建模仿真，測算遮陽構件縱向間距在 700mm、800mm、 900mm、 1000mm 以及 1100mm 情況下接收的太陽總輻射年輻照量，結果如圖 6、圖7 所示。

圖 6 遮陽板太陽總輻射年輻照量云圖

圖 7 遮陽板不同縱向間距下綜合太陽總輻射年輻照量

根據上述結果，建筑遮陽接收太陽總輻射年輻照量隨遮陽板縱向間距增加而增大，但效果逐漸弱化。綜合考慮建筑采光、空間視覺、輻照量水平等因素，遮陽縱向間距設置為 1100mm。
     考慮遮陽板之間的相互遮擋情況，宜選用受遮擋影響小、弱光發電性能更優的碲化鎘薄膜光伏產品。特別地，案例建筑采用集成遮陽的單元式幕墻系統，要求光伏組件在集成應用過程中與幕墻分隔模數一致。根據不同光伏組件生產工藝區別，在光伏組件模數定制化應用過程中，碲化鎘薄膜光伏組件光電轉換效率受組件模數影響更小。因此，對于建筑立面多層遮陽結構集成光伏應用以碲化鎘薄膜光伏產品為宜。

圖 8 建筑塔樓屋頂光伏組件布置圖

圖 9 建筑裙樓屋頂光伏組件布置圖

表 1 單晶硅光伏組件參數表

圖10 建筑橫向裝飾翼光伏組件應用效果圖

同時，考慮超高層建筑應用及地區自然環境特點，選用鋼化玻璃表面的 BIPV 光伏產品 (TP6+1.52PVB+CdTe3.2mm +1.52PVB+TP6)，提高組件結構強度，避免因臺風、冰雹等自然災害引發組件碎裂的問題。此外，在光伏組件下方設置穿孔鋁板，作為光伏組件防脫落措施，保障行人安全。穿孔鋁板也可為光伏組件提供良好通風條件，避免組件背板溫度過高而引發的火災風險。
基于以上措施，保證建筑遮陽光伏系統安全、穩定運行，見圖 11。

圖 11 建筑幕墻橫向裝飾翼光伏組件布置節點圖

組件參數信息如表 2 所示。

3.4 建筑光伏系統減碳效果評估
     根據廣州市全年太陽輻照與環境溫度，綜合考慮建筑立面不同朝向的遮擋、幕墻橫向裝飾翼間相互遮擋、逆變器的功率損耗、線纜功率損耗等因素，計算建筑光伏系統首年發電量為 65.34 萬 kWh，單位建筑面積發電量 7.52kWh/m²，其中建筑幕墻橫向裝飾翼光伏系統發電量占比 69.31%、塔樓屋頂非透光光伏系統發電量占比 17.22%、裙樓屋頂非透光光伏系統發電量占比7.02%、塔樓屋頂透光光伏系統發電量占比 6.46%，如圖 12 所示。

圖 12 建筑光伏系統發電量占比

考慮光伏組件的生命周期為 25 年，以首年衰減率2%，第 2~25 年逐年衰減率 0.45% 為測算依據，計算建筑光伏系統全生命周期發電量為 1525.17 萬 kWh，年平均發電量為 61.01 萬 kWh，見圖 13。     結合建筑本體節能、主動能效提升、可再生能源應用等專項設計，實現了建筑能耗綜合值 29.36 kWh/m2·a，建筑本體節能率 51.0%，綜合節能率61.0%，可再生能源利用率 25.4%，達到國家標準《近零能耗建筑技術標準》中對近零能耗建筑的指標要求。

4 結論
     大型公共建筑體量大、能耗高，具備較高的節能潛力。大力推廣超低、近零甚至零能耗建筑將是踐行我國建筑領域雙碳戰略的重要途徑。其中建筑光伏一體化 (BIPV) 技術是實現建筑產能、助力光伏在建筑中高質量應用、支撐建筑滿足近零能耗目標的必要手段之一。本文結合夏熱冬暖地區某超高層公共建筑，深入挖掘光伏建筑一體化 (BIPV) 技術的應用潛力，梳理總結同氣候區、同類型建筑中 BIPV 技術應用路徑總結如下：

（ 1）宜充分利用塔樓及裙樓屋面等水平面太陽輻照資源，優先選用效率更高的晶硅類光伏組件結合屋頂花園等場景打造光伏采光棚等場景，提高建筑光伏系統發電量。

（ 2）超高層建筑立面空間是提升建筑光伏系統產能的重要潛力資源，同時建筑遮陽作為夏熱冬暖地區建筑被動式節能的必要措施，固定外遮陽已然成為 BIPV 技術應用的最佳場景。

（ 3）超高層建筑遮陽 BIPV 系統，宜優先應用鋼化玻璃表面的光伏產品，最大限度降低組件受自然條件下產生的動荷載的影響，同時在組件下方設置穿孔鋁板，保障建筑光伏系統運行安全。