點支承薄膜硅光伏幕墻實際案例分析

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，能源危機和環境危機日益加重，光伏應用技術引起了人們的廣泛關注。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電的健康有序發展，如2014年9月國家能源局發布的《國家能源局關于進一步落實分布式光伏發電有關政策的通知》，在項目規劃、實施、備案管理以及并網運行等方面做出了明確的指示。

光伏建筑一體化（BIPV）作為分布式光伏發電的一種重要應用形式，近年來取得了長足的發展，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，包括光伏構件的結構設計、電氣走線的優化、光伏系統配置以及發電量的預測，為BIPV的發展提供了一定的技術依據。

1 項目介紹

北京市年平均日照峰值小時數為4h左右，是太陽能輻照資源較豐富的地區之一。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要求一致）進行拼接，層壓成三夾層結構，然后再制作成中空結構，整個光伏構件共采用四層玻璃，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。光伏構件的整體厚度為42.24mm。

光伏構件上共有6個玻璃支承孔，室內側孔直徑為45mm，室外側孔直徑為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。整個光伏構件的設計、制備過程中，完美的體現了BIPV光伏構件的客戶定制化特征。光伏構件的平面圖和截面圖如圖1和圖2所示。

在光伏構件的制備過程中，通過3A級太陽能模擬器對其進行功率監測。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電阻也比較低，構件制備工藝控制良好。而光伏構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，安裝節點橫向剖面圖如圖3所示。按照玻璃幕墻工程技術規范進行光伏構件的安裝。

圖1 光伏構件平面圖

圖2 光伏構件截面圖

為了保證項目的安全性、美觀性，此項目對組件結構、安裝形式以及電氣布線進行了深入優化。對于組件結構，如圖1所示，光伏構件長邊方向上三片發電芯片并聯后通過同一個接線盒輸出，這樣只需在光伏構件的頂端出線即可，避免在構件間的膠縫中走線，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，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 系統配置和發電量預測

本項目在東、西兩個不同建筑立面安裝光伏構件，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化，提高光伏方陣的發電效率，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、并網功率、當日發電量、累計發電量等，電站配有監控顯示系統，監控顯示系統由輻照計、溫度傳感器、風速傳感器、工控機、通訊模塊、監控軟件及通訊線等組成。

根據加拿大Retscreen軟件收集的氣象數據，北京地區東、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電8000kWh。

5 結語

圖3 點支承光伏幕墻安裝節點圖

圖4 電纜敷設示意圖

相比于地面大型光伏電站而言，光伏構件同建筑的結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件同點支承幕墻分格尺寸的不匹配問題，通過對構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件功率的降低也在可接受的范圍之內。此外，通過優化光伏構件的結構以及電氣布線，提高了BIPV項目的安全性和美觀性。