知识与资讯

Knowledge and information

首页

知识与资讯

建筑光伏一体化（BIPV）结构的发电-力学性能协同监测

发布时间：

2025-03-08 09:21

建筑光伏一体化（BIPV）结构的发电-力学性能协同监测

建筑光伏一体化（Building Integrated Photovoltaics，简称BIPV）技术是一种将太阳能发电系统与建筑结构相结合的创新技术，其核心目标是实现建筑的能源自给自足和环境友好性。然而，BIPV系统在实际应用中需要同时满足发电性能和力学性能的要求，因此对其发电-力学性能的协同监测显得尤为重要。

一、BIPV系统的发电性能

1.发电潜力与优化

BIPV系统通过将光伏组件集成到建筑的围护结构（如屋顶、立面等）中，能够显著提高能源利用效率。研究表明，结合式建筑结构的发电潜力最高，其次是决定式建筑结构[1]。

添加图片注释，不超过 140 字（可选）

此外，光伏组件的安装角度（如45°）对发电效率有显著影响，能够最大化太阳光的利用率[4]。

2.发电性能测试与评估

发电性能的测试包括电性能参数检测、光电转换效率测试以及环境适应性测试[2]。这些测试能够全面评估光伏组件的性能，并为优化设计提供依据。例如，局部遮挡会影响光伏系统的整体发电效率，因此需要通过实时监测NE*值（系统性能指标）来评估发电性能[7]。

3.材料与技术选择

不同类型的光伏材料（如单晶硅、多晶硅、薄膜电池）对发电性能有显著影响。例如，晶硅电池片具有较高的转换效率，但成本较高[6][22]。此外，采用高效光伏材料和优化布局设计可以进一步提升发电效率[19]。

二、BIPV系统的力学性能

1.力学性能的重要性

BIPV系统中的光伏组件不仅要满足发电需求，还需承受复杂的载荷条件（如风荷载、雪荷载等），以确保建筑的安全性和稳定性[3]。例如，光伏组件的安装位置和倾斜度需要根据建筑结构特点进行优化，以避免因机械应力导致的性能下降[6]。

2.力学性能测试与评估

力学性能测试包括机械载荷测试、温度变化测试以及光伏组件的结构强度评估[2]。这些测试能够帮助工程师了解光伏组件在实际使用中的表现，并采取相应的优化措施。例如，通过通风、水循环和相变材料等方法可以有效缓解温度升高对光伏电池的影响[6][6]。

3.设计与施工要求

在BIPV的设计阶段，需要综合考虑光伏组件的力学性能和美学要求。例如，对于墙面幕墙面板和采光顶棚面板，光伏组件需满足更高的力学性能标准[26]。此外，施工过程中需严格控制质量，以确保光伏系统的稳定性和安全性[30]。

三、发电-力学性能的协同监测

1.多物理场耦合模型

为了实现发电-力学性能的协同监测，可以采用多物理场耦合模型。这种模型能够同时模拟电气、热力和气流等多方面的物理过程[20][24]。例如，通过控制通风和热流的耦合，可以优化光伏系统的热性能和发电效率[24]。

2.实时监测与数据分析

实时监测是实现发电-力学性能协同监测的关键手段。通过传感器网络收集光伏组件的温度、电压、电流等数据，并结合气象数据进行分析，可以实时评估系统的运行状态[7][14]。例如，基于NE*值的预测模型可以用于判断局部遮挡对发电效率的影响[7]。

3.智能控制系统

智能控制系统可以根据实时监测数据调整光伏组件的工作状态，以优化发电效率和力学性能[19]。例如，通过调整光伏组件的倾斜角度和方位角，可以最大化太阳光的利用率并减少机械应力[6][6]。

四、结论与展望

建筑光伏一体化技术在提高能源效率和美化建筑外观方面具有显著优势，但其成功应用需要同时关注发电性能和力学性能。通过发电-力学性能的协同监测，可以全面评估BIPV系统的运行状态，并采取针对性的优化措施。未来的研究应进一步探索多物理场耦合模型的应用，并开发更高效的智能控制系统，以推动BIPV技术的广泛应用和发展。

建筑光伏一体化（BIPV）系统在不同气候条件下的发电性能变化研究

根据我搜索到的资料，建筑光伏一体化（BIPV）系统在不同气候条件下的发电性能变化研究涉及多个方面。以下是一些关键点：

1.气候条件对BIPV系统的影响：

lBIPV系统在不同气候条件下的发电性能会受到多种因素的影响，包括太阳辐射、温度、湿度等。例如，在热带和干旱气候下，BIPV系统的发电量可能会更高，因为这些地区的太阳辐射较强[32]。

l在地中海国家和温带气候下，BIPV系统的性能也会有所不同。地中海国家的夏季高温和冬季低温会影响系统的效率，而温带气候则可能提供更稳定的发电条件[32]。

2.BIPV系统的热性能：

lBIPV系统不仅具有发电功能，还具有良好的热性能。例如，双层幕墙技术（DSF）在英国办公空间翻新中的应用显示，BIPV系统可以有效降低建筑的冷热负荷，提高能源效率[32]。

l在高温条件下，BIPV系统的热性能尤为重要。研究表明，BIPV系统可以通过遮阳和热管理减少建筑的冷却需求，从而降低空调能耗[31]。

3.BIPV系统的环境影响：

lBIPV系统在减少温室气体排放和改善环境质量方面具有显著潜力。例如，通过优化BIPV系统的布局和设计，可以减少建筑的碳足迹，实现零净能耗目标[32]。

l在城市峡谷中，BIPV系统可以减少建筑能耗，提高城市的整体能源效率[36]。

4.BIPV系统的经济评估：

lBIPV系统的经济性是评估其可行性的重要因素。研究表明，BIPV系统虽然初期投资较高，但长期来看，由于其节能效果显著，可以降低建筑的运营成本，具有较高的经济效益[38]。

l政策支持和激励措施对于推广BIPV系统至关重要。例如，政府可以通过补贴、税收优惠等方式鼓励建筑采用BIPV技术[38]。

5.BIPV系统的实际应用案例：

l在迪拜高层建筑中，BIPV系统不仅用于发电，还可以降低高达30%的空调负荷[31]。

l在东南亚国家或地区，BIPV系统在高层建筑、商业建筑和住宅建筑中的应用表现出显著的节能潜力[38]。

综上所述，BIPV系统在不同气候条件下的发电性能变化受到多种因素的影响，包括气候条件、热性能、环境影响、经济评估和实际应用案例。

智能控制系统如何实时调整光伏组件的倾斜角度和方位角以优化发电效率

智能控制系统通过实时监测环境因素，如光照强度、温度和电网需求等，自动调整光伏组件的倾斜角度和方位角，以优化发电效率。以下是具体的工作原理和步骤：

1.数据采集：

智能控制系统首先通过传感器实时监测环境参数，包括太阳的高度角和方位角、光照强度、温度等[40][44][45]。这些数据是调整光伏组件角度的基础。

2.计算分析：

控制系统根据采集到的数据，利用算法计算出光伏组件需要调整到的最佳倾斜角度和方位角。这一过程通常涉及复杂的数学模型和优化算法，以确保光伏组件始终正对太阳辐射[40][44][45]。

3.执行调整：

调整过程由执行机构（如电机或液压装置）完成。这些机构根据控制系统的指令，自动调整光伏组件的角度，使其达到计算出的最佳位置[40][44][45]。

4.实时监控与优化：

智能控制系统不仅在初始安装时进行一次性的角度调整，还会持续监控环境变化，并根据实时数据动态调整光伏组件的角度。例如，当天气条件变化时（如云层遮挡），系统会自动调整角度以最大化接收太阳辐射[41][44][45]。

5.远程控制与故障诊断：

系统还支持远程监控和故障诊断功能。运维人员可以通过控制中心实时了解系统的运行状态和各项参数，并快速处理故障，确保系统的稳定运行[44][45]。

6.储能系统的配合：

在一些系统中，智能控制系统还配备了储能系统。当电网需求高峰时，储能系统可以释放电能，平衡电网负荷。这进一步提高了系统的灵活性和可靠性[44]。

7.智能追日系统：

智能追日系统通过双轴追踪支架连接光伏板，实时监测太阳位置和天气状况，自动调整光伏板倾斜角度。这种系统在全日照条件下相比固定式系统可以增加30%以上的发电量[41][46][46]。

8.多场景适应性：

智能控制系统能够适应不同的地理和气候条件。例如，在浙中地区，最佳倾斜角度一般在19°到28°之间，以确保在不同季节和天气条件下都能获得最佳的发电效果[43]。

对于建筑光伏一体化（BIPV）系统的力学性能测试，哪些具体因素对光伏组件的结构强度影响最大

对于建筑光伏一体化（BIPV）系统的力学性能测试，以下具体因素对光伏组件的结构强度影响最大：

1.材料选择：光伏组件的材料选择对其力学性能有显著影响。例如，使用钢化玻璃和铝合金边框可以提高光伏组件的抗风压和抗冲击能力。南玻大厦采用的双层6mm厚钢化超白玻璃结合铝合金边框的设计，通过严格的力学计算确保了其结构强度[55][56]。

2.安装方式：不同的安装方式对光伏组件的力学性能也有重要影响。例如，南玻大厦采用的双层外循环式幕墙系统，通过力学计算确保了其结构强度和安全性[55]。

3.环境载荷：BIPV系统在不同地点、楼层高度和安装方式下，所承受的环境载荷（如风压、冰雹冲击等）会影响其力学性能。普通光伏组件需要满足IEC61215的检测标准，而BIPV组件则需要更高的力学性能和不同的结构方式来应对复杂的载荷条件[55]。

4.温度变化：温度变化对光伏组件的力学性能也有影响。例如，光伏电池温度对电性能的影响显著，温度过高或过低都会影响其结构强度和使用寿命[34]。

5.防护性能：BIPV组件通常具有更好的密封和防护性能，能够有效抵御外界环境的侵蚀，减少维护成本，延长使用寿命[52]。

6.设计规范：BIPV系统的设计需满足建筑安全性和功能性要求，包括机械刚性、结构完整性、节能环保、防火、降噪音和安全等特性[54]。

多物理场耦合模型在建筑光伏一体化（BIPV）系统中的应用案例和效果评估

根据我搜索到的资料，多物理场耦合模型在建筑光伏一体化（BIPV）系统中的应用案例和效果评估可以从以下几个方面进行详细说明：

1.多物理场耦合模型的应用案例：

l迪拜高层建筑的能源效率研究：该研究使用了EnergyPlus 9.0版本和TRNSYS工具，分析了换窗型光伏和外墙置换型光伏的发电量。结果显示，BIPV系统可以显著降低空调负荷，最高可达30%[31]。

l自然通风的建筑一体化光伏（BIPV）模型：该模型基于面向对象的Modelica语言，能够模拟流体网络中的气流、风力和浮力效应，以及光伏模块在非均匀空间条件下的电学行为。研究表明，光伏模块的性能受单个电池的性能限制，即使在全天候遮荫的情况下，峰值太阳辐射期间的遮荫效果也是定量有效的[57]。

l热带气候地区的BIPV系统研究：通过实验和模拟，研究了不同配置的BIPV系统在能源效率、电力生产、热能回收等方面的性能。结果表明，1.5米垂直玻璃太阳能集热器的配置可以实现供暖、通风、空调和预热水等功能，而添加完整玻璃层则能提高热能效率[59]。

2.多物理场耦合模型的效果评估：

l能源效率提升：BIPV系统不仅能够提供电力，还能通过减少空调负荷来降低整体能耗。例如，迪拜高层建筑的研究显示，BIPV系统可以显著降低空调负荷，最高可达30%[31]。

l发电量优化：自然通风的BIPV模型研究表明，通过考虑光伏模块的温度和功率生产耦合，可以更准确地预测光伏系统的性能。特别是在高辐照条件下，遮荫效果的预测是定量有效的[57]。

l热能回收与利用：热带气候地区的BIPV系统研究显示，通过合理配置，BIPV系统不仅可以提供电力，还能实现供暖、通风、空调和预热水等多重功能，提高了能源利用效率[59]。

3.实际应用案例：

l广州塔光伏建筑一体化：通过在建筑立面幕墙安装光伏建筑一体化组件，替代传统的玻璃材料，实现了能源自给自足[62]。

l广东烟草大厦：采用BIPV系统替代传统屋顶材料，实现了能源自给自足[62]。

l国家发改委新办公楼：在屋面和南立面采用双面玻璃封装透光型BIPV系统，提高了建筑的能源效率[62]。

实时监测技术在建筑光伏一体化（BIPV）系统中的最新进展和挑战

根据我搜索到的资料，实时监测技术在建筑光伏一体化（BIPV）系统中的最新进展和挑战可以从以下几个方面进行详细阐述：

最新进展

1.智能化监控与优化运行：

随着物联网、大数据和人工智能技术的快速发展，BIPV系统逐渐实现了智能化监控和优化运行。通过智能传感器和数据分析技术，BIPV系统能够实时监测光伏组件的运行状态和性能参数，及时发现并处理潜在问题。此外，智能化技术可以根据光照条件、负荷需求等因素自动调整BIPV系统的运行策略，提高系统的效率和稳定性[66]。

2.集成无人机技术：

为了应对大型建筑中光伏面板故障检测的挑战，研究者提出了一种集成无人机技术、边缘计算和人工智能（AI）的实时故障检测架构。无人机使用热成像相机捕捉BIPV面板的图像，并通过LoRa通信将图像数据传输至地面边缘设备。边缘设备利用AI算法对图像进行分析，快速识别故障类型，从而提高故障响应速度和准确性[65]。

3.数字孪生技术：

数字孪生技术在BIPV系统中的应用也取得了显著进展。通过收集无人机拍摄的热成像数据，数字孪生技术可以对已安装的光伏站点和设施进行模拟，检查光伏模块的序列号，详细检查每个单元的性能。这种技术不仅提高了故障检测的准确性，还为BIPV系统的维护和优化提供了重要支持[65]。

4.机器学习与深度学习：

研究者提出使用机器学习和深度学习进行图像增强和实时图像数据中的缺陷检测。这些技术可以提高图像质量，减少误报，从而提高故障检测的准确性和效率[65]。

5.雾计算与边缘计算：

雾计算在BIPV系统中的应用可以支持更高效的AI驱动的BIPV数据分析。边缘计算则可以实现智能自动化和检测，减少对中心服务器的依赖，提高系统的响应速度和可靠性[65]。

6.增强现实与虚拟现实：

增强现实（AR）和虚拟现实（VR）技术在BIPV系统中的应用也在不断探索中。这些技术可以提供更直观的故障检测和维护界面，帮助技术人员更高效地进行故障排查和维修[65]。

挑战

1.统一技术标准：

BIPV系统的发展面临统一技术标准的挑战。不同制造商和供应商之间的技术标准不一致，导致系统集成和维护的复杂性增加[64]。

2.专业安装维护：

BIPV系统的安装和维护需要专业的技术支持。目前，市场上缺乏足够的专业人员和技术支持，导致安装和维护成本较高[64]。

3.市场认知普及：

尽管BIPV技术具有巨大的潜力，但市场对其的认知仍然有限。需要通过宣传和教育来提高公众对BIPV技术的认识和接受度[64]。

4.环境因素的影响：

光伏模块的性能受到多种环境因素的影响，如温度、湿度、灰尘积累等。这些因素可能导致系统性能下降，增加退化率[65]。

5.数据安全与隐私：

随着BIPV系统越来越多地依赖于物联网和大数据技术，数据安全和隐私问题成为新的挑战。需要采取有效的安全措施来保护系统数据[65]。

6.成本与经济性：

尽管BIPV系统的成本正在逐渐降低，但初期投资仍然较高。如何平衡成本与经济性，使其更具市场竞争力，是未来发展的关键[64]。

综上所述，实时监测技术在BIPV系统中的应用已经取得了显著进展，但仍面临一系列挑战。

相关事件

事件名称	事件时间	事件概述	类型
BIPV发电潜力研究	2023-11-15	研究了不同建筑结构类型的BIPV发电潜力，发现决定式建筑的BIPV发电潜力最高。	技术研究
光伏建筑一体化电池检测解决方案	2025-01-06	提出一套详细的解决方案以确保光伏组件的性能、安全性和可靠性。	技术解决方案
BIPV系统在季节变化下的性能评估	未明确	研究了BIPV系统在不同日照条件下的性能变化，特别是局部遮挡对发电效率的影响。	性能评估
BIPV系统设计与优化策略综述	未明确	综述了BIPV系统的设计、性能评估和优化策略，探讨了提高BIPV应用性能的方法。	技术综述
青岛火车站BIPV并网光伏发电系统案例分析	2019-09-26	介绍了青岛火车站采用BIPV技术的并网光伏发电系统的优势。	工程案例
BIPV施工方案介绍	2024-09-10	详细介绍了BIPV施工方案，为相关项目的实施提供参考。	施工方案

相关组织

组织名称	概述	类型
SRS Energy	一家专注于BIPV系统研究和应用的公司。	能源/建筑
Solar Century	提供BIPV系统集成解决方案的公司。	能源/建筑
Creaton AG	在BIPV领域进行研究和开发的公司。	科技/建筑
Rheinzink	提供BIPV系统组件和解决方案的公司。	建筑/制造
Sapa Building System	BIPV系统设计与实施的公司。	建筑/设计
Uni-Solar	提供BIPV系统组件和解决方案的公司。	能源/建筑
Hauptsitz	参与BIPV技术研究和应用的公司。	科技/建筑
德国能源协会	提供指导手册，支持BIPV技术发展的协会。	能源/政策
国家可再生能源实验室	提供最佳研究单元效率数据，支持BIPV技术发展的实验室。	能源/研究
碳循科技	提供BIPV建筑光伏能源监测运维系统的公司。	科技/能源管理

相关人物

人物名称	概述	类型
Robinson 和 Sone	提出了一种预测太阳辐射数据的方法，GenCumulativeSky。	研究人员
戴一清和白宇	发表了关于BIPV实际性能改进综述的文章作者。	研究人员

参考资料

1. Shiyu Jin, Hui Zhang et al. “Solar Energy Utilization Potential in Urban Residential Blocks: A Case Study of Wuhan, China.” Sustainability(2023).

2. 光伏建筑一体化电池检测解决方案 [2025-01-06]

3. Review on Mechanical Behavior of Solar Cells for Building Integrated Photovoltaics

4. BIPV시스템의 건물적용 실증에 대한 구성요소별 발전성능 분석

5. A Holistic Approach for Design and Assessment of Building-Integrated Photovoltaics Systems

6. Performance Improvement for Building Integrated Photovoltaics in Practice

7. Performance Evaluation and Prediction of BIPV Systems under Partial Shading Conditions

8. Building Integrated Photovoltaics

9. A Review of the Energy Performance and Life-Cycle Assessment of Building-Integrated

10. State-of-the-Art Review on the Energy Performance of Semi-Transparent Building Integrated Photovoltaics

11. Solar and Shading Potential of Different Configurations of Building Integrated Photovoltaics

12. State-of-the-Art Technologies for Building-Integrated Photovoltaic Systems

13. Architecture and Planning Journal (APJ)

14. Power Generation Performance of Building-Integrated Photovoltaic Systems in a Zero

15. Bangyin Liu, S. Duan et al. “Photovoltaic DC-Building-Module-Based BIPV System—Concept and Design Considerations.” IEEE Transactions on Power Electronics(2011).

16. 2023年舍山克活动

17. COMPARATIVE ANALYSIS OF SIMULATION AND OPTIMIZATION TOOLS FOR BUILDING INTEGRATED PHOTOVOLTAICS (BIPV)

18. BIPV建筑光伏项目建设方案及特点 [2023-03-16]

19. 光伏建筑一体化电力工程应用案例分析 [2024-11-11]

20. Juliana E. Gonçalves, T. Hooff et al. “Simulating building integrated photovoltaic facades: Comparison to experimental data and evaluation of modelling complexity.” Applied Energy(2021).

21. Tiantian Zhang, Meng Wang et al. “A Review of the Energy Performance and Life-Cycle Assessment of Building-Integrated Photovoltaic (BIPV) Systems.” Energies(2018).

22. 光伏建筑一体化（BIPV）技术探讨 [2024-10-30]

23. D. Attoye, K. T. Aoul et al. “A Review on Building Integrated Photovoltaic Façade Customization Potentials.” Sustainability(2017).

24. Juliana E. Gonçalves, T. Hooff et al. “A physics-based high-resolution BIPV model for building performance simulations.” Solar Energy(2020).

25. 光伏建筑一体化技术与发展 [2022-07-13]

26. 光伏建筑一体化(BIPV)设计浅谈 [2011-06-23]

27. 光伏建筑一体化应用浅析 [2009]

28. 青岛火车站BIPV并网光伏发电系统 [2019-09-26]

29. R. Yang, P. Zou. “Building integrated photovoltaics (BIPV): costs, benefits, risks, barriers and improvement strategy.” International Journal of Construction Management(2016).

30. 光伏建筑一体化（BIPV）施工方案 [2024-09-10]

31. BIPV并不止于为建筑发电，还可降低高达30%的空调负荷 [2024-02-23]

32. Energy Production Analysis of

33. 建筑一体化光伏系统 [2022-12-29]

34. Energy in Buildings

35. 太阳能建筑的研究进展综述 [2024]

36. Energy Performance of an Innovative Bifacial Photovoltaic Sunshade (BiPVS)

37. 2015~2022年中国太阳能热发电发展情景分析及预测

38. Building Integrated Photovoltaic (BIPV) in Southeast Asian Countries

39. 建筑光伏一体化（BIPV）系统设计与成本分析 [2024-09-21]

40. 光伏支架铝压铸件如何助力光伏板实现追踪 [2024-08-23]

41. 光储智能一体化充电站：创新解决方案与应用实践探索 [2010-01-05]