光伏建筑一體化漸行漸近

太陽能與建筑結合是讓太陽能成為建筑的一個有機組成部分。

　　我們已真真切切地感受到環境與能源危機對人類生存與發展的威脅——以資源與環境為代價的經濟發展模式不可持續。中國作為一個經濟快速發展的人口大國，發展可再生能源是解決能源問題的唯一出路。而在眾多可再生能源發電技術中，太陽能的綠色環保價值不容置疑。

　　太陽能與建筑結合是讓太陽能成為建筑的一個有機組成部分，把已經成熟的太陽能技術產品真正融入到建筑中去，是打造低碳、節能、環保的綠色建筑重要方式。“光電建筑一體化”就是將太陽能光伏發電技術與建筑結合，創造了建筑設計的新概念，開拓了建筑電氣設計的一個新領域。

　　節能減排重要途徑

　　“光伏發電與建筑物集成”（BIPV）的概念在1991年被正式提出。太陽能光伏建筑一體化技術即將太陽能發電產品集成或結合到建筑上的技術。

　　BIPV不但具有外墻圍護結構的功能，同時又能產生電能供建筑使用。光伏與建筑一體化是利用太陽能讓“建筑物產生能源”的新概念。

　　“光電建筑是光伏應用的重點領域，光電建筑一體化融合提出了建筑物產生能源的新概念，既節約寶貴的資源，又改變了傳統的能源應用的方式，讓能源獲取更便捷，能源使用更加清潔。”全國工商聯新能源商會常務副秘書長史利民說。

　　他提到，發展光電建筑一體化技術過程中，必須在常規建筑設計中注入生態驅動設計的理念。建筑本身是藝術，而PV系統與建筑的整合讓建筑外觀更加具有魅力。建筑中光伏構件的使用不僅很好地利用了太陽能，極大地節省了建筑對能源的使用，而且還豐富了建筑立面、頂面的結構形式。

　　光電建筑一體化是各國緩解能源危機實現節能減排的重要途徑。由于各國的土地資源有限，集中式的電站規模正在萎縮，而更大的建筑載體，包括屋頂和地面資源有著更好的應用空間。中國新能源建筑產業聯盟主席司海健說：“以中國為例，光電建筑一體化的發電規模，可與火電、核電的總規模相當，該發電方式對能源利用、環境保護的貢獻將不可估量。”

　　在4月中旬舉行的中國新能源建筑產業聯盟第二屆會員大會上，參會人員的一致意見是要將新能源和建筑的結合進行到底，其中主要的應用形式就是建筑一體化。為了帶動幾萬家企業行動這一大事業，中國新能源建筑產業聯盟預計在年內實現兩個目標：第一，形成以工商建筑為基礎的分布式電站網絡，緩慢助力新能源登上歷史的舞臺；第二，有效降低中國建筑能耗占據社會能耗的比例，讓建筑變被動節能為主動節能，真正煥發綠色升級。

　　如何應用

　　其實對于發展光電建筑一體化，國家能源局給出過明確的定義：在用電側直接建設光伏電站，單個裝機容量不超過6兆瓦的光伏發電系統。

　　光伏建筑如何實現光伏材料在建筑上的應用？

　　從光伏電池設計的角度來看，光伏電池主要有三種形式：晶體硅電池、非晶硅的薄膜電池、柔性薄膜電池。

　　“晶體硅電池有很多不同的質感和色彩，不同的顏色和質感會給建筑提供一定的機理；非晶硅薄膜電池材質比較均勻，色彩豐富，更接近于玻璃，在建筑使用過程中，相對比較容易；柔性薄膜電池更適合使用于異型與弧型的結合面，同時重量也比較輕。”國家住宅與居住環境工程技術研究中心副總建筑工程師曾雁從專業角度評價道。

　　常見的安裝位置主要有四種方式，其中三種為普通的光伏組件，坡屋頂直接安裝、平屋頂直接安裝、在屋面上平行安裝；第四種則用到建材型新組件，作為屋頂的材料，安裝在平面上，代替建筑材料。

　　在適當的位置選擇適當的組件，保證發電效率尤其重要。曾雁以晶體硅電池舉例：“外界溫度一旦超過25攝氏度，晶體硅電池每功率的損失近千分之四，鑲嵌式的安裝通風差，組件升溫快；立面架空安裝時，由于通風條件比較好，功率損失就比較少。這種發電效率高但與建筑結合比較差的組件，安裝時主要從以建筑美觀為主還是以發電為主兩個角度決定形式的選擇。”

　　“裝機容量有限，且在并網的時候，改變了電網的既有負荷，使電網的管理變得更為復雜，這是光電建筑一體化的難題所在。”曾雁也道出了光電建筑的困境。

　　抓關鍵要素

　　合理的光電建筑一體化，要有適當的組件以及合適的屋頂。光伏組件技術日益發展的同時，“優秀的屋頂資源并不多。”上海亞澤新型屋面系統股份有限公司副總經理應曉捷說。

　　屋頂做光伏電站的載體，包含兩個要素：存量屋頂和增量屋頂。

　　存量屋頂是在已有建筑上附加光伏的功能，“由于在設計初期沒有考慮到光伏電站，新增荷載都會造成隱患” 。

　　已有屋頂采用材料的使用年限和光伏電站的壽命嚴重不符合也是制約因素之一。應曉捷說，大多數光伏電站使用壽命達到25年以上。

　　“如果屋頂和電站在設計前期沒有在一個水平上考慮問題，兩者的結合則可能出現滲漏或引發安全問題，這是我們存在的主要問題。”應曉捷說。

　　此外，由于導線布置不合理而埋下火災隱患，一旦出事故，將對整個光伏電站造成嚴重的破壞。

　　屋頂產權的問題，也是光電建筑一體化待解難題。不管是合同屋頂管理還是租賃模式，屋頂產權方發生變化之后都會對投入方造成一定的損失。“改變光伏分布式的方式就顯得尤為重要。”應曉捷說。

　　針對問題，解決方案也在不斷被探索。“我們盡量在增量屋頂上做文章。”應曉捷回應，增量屋頂的特點是新建建筑從設計開始就將光伏和建筑結合在一起，將太陽能光伏發電作為建筑的一種體系進入建筑領域，納入建設工程基本建設程序，同步設計、施工、后期管理，使其成為建筑有機組成部分的一種工程。

　　“我們在建筑設計初期能夠考慮到后期要設計光伏電站的配套設施等，保證我們原先建筑的結構安全。我們可以在設計初期選擇耐腐性更強的屋頂建筑材料，以符合光伏電站20多年的使用壽命，在前期把可能存在的問題規避掉。”應曉捷說。

　　“國家電網公司在分布式光伏的并網的技術、政策方面都作出了很大努力，來促進國內分布式光伏的發展。”中國電科院新能源所分布式新能源發電技術室副主任何國慶說，“隨著分布式光伏裝機容量越來越大，需要從技術和標準這些角度完善相應的保障，從而提出更高的技術研發和標準的要求，來提高分布式光伏的并網的友好性，促進分布式光伏與電網的協調發展。”