Exploration and Practice of Modern Rural Houses with Photovoltaic Building Integration in Ningxia
With the intensification of the global energy crisis and the increasing awareness of environmental protection, the development and utilization of renewable energy has become the focus of attention for countries around the world. The Ningxia region, with its unique geographical location and climate conditions, provides a solid foundation for the application of Building Integrated Photovoltaics (BIPV) technology. This article explores the application of photovoltaic building integration technology in rural housing construction in the Ningxia region and analyzes its effectiveness and advantages in practical applications by testing the winter energy consumption of integrated modern rural housing projects. Research has found that by designing and applying BIPV technology reasonably, solar energy resources can be effectively utilized, and traditional energy consumption can be reduced.
Photovoltaic Building Integration
光伏建筑一体化(BIPV)技术是指将太阳能光伏组件与建筑结构相结合，实现建筑的能源自给自足
宁夏地区独特的地理位置和气候条件，如日照充足，年均日照时数超过3000小时，为BIPV技术的应用提供了良好的基础
本文将结合宁夏地区的实际情况，通过正在实施的试点项目案例，探讨光伏建筑一体化现代农房建设，总结适合宁夏农村建设“好房子”的技术路径和建设标准，也为其他地区提供可借鉴的经验，推动光伏建筑一体化技术在农房应用发展。
在宁夏地区推广光伏建筑一体化现代农房的设计理念，核心在于融合可持续发展理念与当地农村实际需求。首先，设计应充分利用宁夏丰富的太阳能资源，通过光伏组件的集成应用，实现农房能源的自给自足，特别是解决冬季清洁取暖用电贵的问题。其次，设计应注重与当地自然环境和文化特色的融合，确保农房宜居性的同时，也能够保持地域风貌的协调性。此外，设计还应考虑到成本效益，通过优化设计和材料选择，降低成本，使光伏建筑一体化技术更加经济可行，易于被农村居民接受。
光伏一体化技术与现代农房设计的结合，需要考虑以下几个方面：
1) 建筑布局与朝向：充分利用宁夏地区充足的光照，农房布局应尽量朝南，以确保光伏板能够接收阳光。同时，建筑间距应适当，避免相互遮挡，影响光伏板的发电效率。
2) 光伏组件的选择与安装：根据宁夏地区的气候特点，选择适合高温、高辐射环境的光伏一体化组件安装在南坡屋顶，亦可结合上人屋面做成遮阳棚等形式。同时在设计阶段应充分考虑光伏板的维护和清洁问题，确保其长期稳定运行。
3) 建筑节能设计：注重农宅节能设计，通过优化建筑的保温隔热性能，提高建筑的整体能效。例如，采用高效保温材料、双层中空玻璃窗等措施，降低建筑的热损失。
4) 智能化管理系统：推荐配备智能化管理系统，通过安装智能电表和能源管理系统，实时监控光伏系统的发电量和用电情况，实现能源的优化配置。此外，还可结合实际，扩大应用场景，将多余发电用于农村用电大户，如小型污水处理厂、加工厂等。
5) 绿色建筑材料的应用：应优先选择绿色、环保的建筑材料。例如，使用可再生材料、低挥发性有机化合物(VOC)的涂料等，减少对环境的影响。同时，结合宁夏地区的地域特色，融入传统建筑元素，提升农房文化内涵。
光伏建筑一体化现代农房的户型设计在考虑安全、抗震的前提下，充分考虑房间功能布局的合理性和适应性，优化屋顶光伏板(瓦)安装的面积要求，以确保光伏系统的高效运行、经济性和美观性。宁夏光伏一体化农房典型户型和光伏板安装后的立面效果图见
1) 安全性：在户型设计中，应确保光伏板的安装安全。这包括结构安全，确保光伏板的安装不会对建筑结构造成损害；以及电气安全，确保光伏系统的电气连接符合安全标准，避免电气火灾等安全隐患。
2) 适应性：光伏一体化农房的设计应注重功能分区的合理性，在满足现代生活的同时，兼顾家庭成员规模变化、生活方式的变化以及后期经营的可能性。例如，随着家庭成员的增加或减少，户型设计应能够灵活调整，以满足不同的居住需求。
3) 经济性：光伏板(瓦)的铺设面积要充分考虑光伏板(瓦)的日发电量、使用寿命、价格及农户住宅面积、冬季耗电量情况，在投资收益上取最佳值，确保农户收益最大化。
4) 美观性：光伏板的安装不应破坏农房的整体美观。在设计时，可以考虑将光伏板与建筑元素相结合，如屋顶的瓦片设计、墙面的装饰等，使光伏板成为建筑的一部分，提升整体的视觉效果。
图1. 宁夏典型光伏一体化农房
本次测试的项目采用了装配式空腔EPS模块现浇混凝土系统作为围护结构，并选用了光伏光热PV/T热泵作为热源。屋顶上安装了分布式光伏系统。热泵的制热功率为5 kW (大约相当于7匹马力)，光伏系统的装机容量为6.48 kW，预计年发电量约为9700 kWh。测试对象是四连排住宅中西侧的两户居民。具体来说，W1户未进行供暖，而W2户则进行了供暖，详情请参见
测试期间，1月5日至9日、2月9日至25日停电，12月4日至7日供暖设备安装调试，供暖系统实际运行约91天。基于测试期间供暖能耗及室内外温度，利用温频法估算，整个采暖季供暖总用电约8020 kWh (供暖室内温度设定15℃)。测试期间不同温频(室外日平均温度)的日用电量见
测试期间，室内设定温度15℃，将室内温度统一到18℃，整个采暖季供暖总用电约8527 kWh，单位建筑面积用电量约38 kWh/m2。折算后，农宅每月供暖能耗见
结合峰谷用电量比例，峰段电量约5014 kWh，谷段用电量约3513 kWh，年供暖花费约3373元，单位面积供暖费用约为15元/m2。
通过宁夏一体化现代农房项目的冬季能耗测试分析，可以得出以下结论：
1) 给出了160平方米户型可以兼顾经营或三代同堂一体化设计农房的设计方案。
2) 通过一体化现代农房项目冬季能耗测试分析，初步验证了光伏建筑一体化技术在宁夏地区具有良好的应用前景。