一、光伏應(yīng)用回顧

自1958年起，太陽能光伏效應(yīng)以太陽能電池的形式在空間衛(wèi)星的供能領(lǐng)域首次得到應(yīng)用。時(shí)至今日，小至計(jì)算器、庭院燈、滅蚊器、自動(dòng)停車計(jì)費(fèi)器的供能、屋頂太陽能系統(tǒng)，大至面積廣闊的地面百萬千瓦級(jí)大型的太陽能電站，其在發(fā)電領(lǐng)域的應(yīng)用已經(jīng)遍及全球。有別于風(fēng)能、水能等其他可再生能源需要資源的匹配，光伏發(fā)電不受地域限制，有光的地方就能發(fā)電。因此，光伏發(fā)電可以應(yīng)用于世界各地。

近年來，全球一體化的趨勢(shì)明顯，習(xí)近平總書記提倡人類命運(yùn)共同體的理念深入人心，進(jìn)一步促進(jìn)了全球經(jīng)濟(jì)的共同發(fā)展和共同進(jìn)步。隨著人們生活水平的提高，對(duì)于能源的需求急劇上升，尤其是可再生能源的需求。人類只有一個(gè)地球，保護(hù)我們共同的家園成為未來人類的首要任務(wù)。解決環(huán)境污染與能源需求的增加已經(jīng)成為主要的矛盾?？稍偕茉从绕涫枪夥l(fā)電是化解矛盾的有效手段之一。

隨著我國光伏產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，新技術(shù)不斷應(yīng)用和產(chǎn)業(yè)的規(guī)?；嵘?，對(duì)于全球的貢獻(xiàn)有目共睹。短短的10年間，光伏的應(yīng)用成本已經(jīng)下降了80%以上，而光伏發(fā)電最重要的部分太陽電池的成本已經(jīng)下降了90%以上。世界上很多國家的平準(zhǔn)化度電成本已經(jīng)接近或低于火力發(fā)電的成本，無需特別補(bǔ)貼就可以推廣應(yīng)用。

二、光伏發(fā)電的瓶頸

然而光伏發(fā)電也有其天然的問題，一是能量密度低，二是需要與動(dòng)植物分享陽光。由于能量密度低，就需要占用大量的土地資源。而人類生存最基本的糧食生產(chǎn)也需要陽光和土地。這就為光伏發(fā)電的選址帶來了問題。全球人口的數(shù)量也在不斷地增加。隨著人們生活品質(zhì)的提高，人均占有的空間也在上升，而地球的面積卻不會(huì)變化。土地越來越成為稀缺的資源，這也成為制約光伏發(fā)電的一個(gè)重要的因素。

現(xiàn)代的人類生活，逐漸向城市聚集，向大城市特大城市移動(dòng)。便利的交通，工作機(jī)會(huì)的增加，優(yōu)越的醫(yī)療條件，完善的教育，各種各樣的娛樂設(shè)施，使人們更加向往大城市。更多的人涌向了大城市，又提供了更多的工作機(jī)會(huì)，馬太效應(yīng)進(jìn)一步顯現(xiàn)。這使能源的需求和供給進(jìn)一步前移。呼喚更多的可再生能源來解決目前的困境。

有沒有一種不受地域限制，不占用空間和土地資源，解決應(yīng)用端前移的可再生能源?

有!這就是光伏建筑一體化BIPV(Building integrated photovoltaic )。

三、BIPV將開啟一個(gè)持續(xù)長久的應(yīng)用時(shí)代

BIPV具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)

1、 BIPV不占用土地

利用建筑物屋頂、墻面等圍護(hù)系統(tǒng)，既充分利用光照資源，還不增加土地的占有。相比地面電站1GW占有的土地資源高達(dá)30000畝。BIPV光伏陣列一般安裝在閑置的屋頂或外墻上，無需額外占用土地，這對(duì)于土地昂貴的城市建筑尤其重要。

2、無可替代的巨大的BIPV資源

城市的發(fā)展需要更多的土地、更大的空間來建設(shè)更多的建筑，為不斷涌入的新城市人提供住宿、工作、生活、娛樂的條件，這是不可阻擋的剛性需求，因此建筑是不可替代的。而BIPV正是依托建筑存在的，這將是BIPV持續(xù)發(fā)展不可替代的資源。

(1)、建筑存量

全球建筑數(shù)量眾多，在光伏發(fā)電應(yīng)用之前，屋面和屋頂基本都采用傳統(tǒng)的水泥、金屬建材，除個(gè)別建筑綠化以外，絕大多數(shù)的建筑屋面和墻面就是結(jié)構(gòu)性的功能，遮風(fēng)擋雨保溫，沒有其他用途。建筑存量數(shù)量巨大。以我國為例，截止到2015年我國房屋建筑面積約510億平方米。其中工業(yè)廠房面積85億平米。(2017年2月13日中國智能建筑協(xié)會(huì)：“房屋建筑中第二大細(xì)分行業(yè)——工業(yè)建筑市場(chǎng)有多大?”)

僅以工業(yè)建筑為例來測(cè)算，工業(yè)廠房的屋頂可利用率達(dá)到50%以上。也就是說，存量市場(chǎng)有40億平米以上。用來建設(shè)BIPV光伏發(fā)電系統(tǒng)，裝機(jī)容量可達(dá)到500GW。

(2)、建筑增量

2015年-2019年我國新增建筑面積約160億平米，其中工業(yè)廠房約20億平米(2020年3月25日中國建筑協(xié)會(huì)：2019年建筑業(yè)發(fā)展統(tǒng)計(jì)報(bào)告)。每年的建筑面積新增約40億平米，其中住宅占67%，每年新增26.8億平米，工業(yè)廠房占12.2%，每年新增約4.89億平米。商業(yè)地產(chǎn)占7.11%，每年新增2.8億平米。

建筑的屋頂、立面圍護(hù)系統(tǒng)均可以利用來建設(shè)BIPV系統(tǒng)，僅新增工業(yè)建筑的屋頂部分，如果50%用來采用BIPV產(chǎn)品安裝光伏發(fā)電系統(tǒng)，每年新增部分的屋面裝機(jī)量將達(dá)到30GWp以上。

大量的商業(yè)建筑、住宅頂面及外立面，如果采用可以發(fā)電的BIPV產(chǎn)品，其市場(chǎng)的規(guī)模還要成倍增長。建筑市場(chǎng)每年的新增容量持續(xù)不斷，BIPV也將會(huì)持續(xù)不斷地應(yīng)用。

3、 BIPV可以多種形式存在

光伏幕墻、光伏陽光房、光伏車棚、光伏采光頂、光伏裝飾墻等，都是BIPV的應(yīng)用場(chǎng)景。

建筑與光伏的進(jìn)一步結(jié)合是將光伏器件與建筑材料集成化。一般的建筑物外圍護(hù)表面采用涂料、裝飾瓷磚或幕墻玻璃，目的是為了保護(hù)和裝飾建筑物。如果用光伏器件代替部分建材，即用光伏組件來做建筑物的屋頂、外墻和窗戶，這樣既可用做建材也可用以發(fā)電，可謂物盡其用。對(duì)于框架結(jié)構(gòu)的建筑物可把其整個(gè)圍護(hù)結(jié)構(gòu)做成光伏陣列，選擇適當(dāng)光伏組件，既可吸收太陽直射光，也可吸收太陽反射光。目前已經(jīng)研制出大尺度的彩色光伏模塊，可以實(shí)現(xiàn)以上目的，使建筑外觀更具魅力，也可滿足建筑師獨(dú)特的設(shè)計(jì)意圖。

4、BIPV可以實(shí)現(xiàn)按照建材的形式加工、生產(chǎn)、安裝，極大地提高施工效率。建材的加工，基本上可以在工廠完成。而隨著裝配式建筑的興起，更多的BIPV將會(huì)是裝配式建筑的一部分。

5、BIPV是一次設(shè)計(jì)，最大限度的保證建筑整體效果;一次性施工，可以節(jié)省施工成本，避免建筑完工后二次施工導(dǎo)致的建筑無法投入使用引起的空置成本。

6、就近發(fā)電就近消納，無需大規(guī)模的建設(shè)輸變線路，減少了線路損耗，提高了發(fā)電效率。建筑物本身需要消耗能源，夏天是用電高峰的季節(jié)，也正好是日照量最大、光伏系統(tǒng)發(fā)電量較高的時(shí)段，對(duì)電網(wǎng)可以起到調(diào)峰作用。

7、BIPV還可以起到建筑節(jié)能作用。光伏陣列吸收太陽能轉(zhuǎn)化為電能，大大降低了室外綜合溫度，減少了墻體的熱和室內(nèi)空調(diào)冷負(fù)荷，所以也可以起到建筑節(jié)能作用。因此，發(fā)展太陽能光伏建筑一體化，可以“節(jié)能減排”。

由于在建筑物上集成了光伏發(fā)電，作為建筑的一部分，它實(shí)現(xiàn)了不占用土地、綠色、解決了用戶側(cè)前移的問題，無需建設(shè)輸變線路，充分利用了光照資源，這將會(huì)是光伏應(yīng)用的藍(lán)海。近年來國內(nèi)的桑尼、有科、中信博、上邁等公司也從不同的技術(shù)方案上對(duì)BIPV做出了研究和應(yīng)用。全球最大的單晶巨頭隆基、電動(dòng)車巨頭特斯拉也加入到BIPV的開發(fā)和應(yīng)用，這將為BIPV注入新的活力。

四、BIPV需要解決的問題

BIPV光伏建筑一體化伴隨著光伏的發(fā)展，從一開始就有研究和應(yīng)用。早期主要以研究為目的，后期也有示范項(xiàng)目，但大規(guī)模的應(yīng)用并不多。主要的原因有以下幾點(diǎn)：一是光伏系統(tǒng)的造價(jià)很高;二是建筑師對(duì)于光伏的應(yīng)用比較陌生，沒有光伏設(shè)計(jì)的經(jīng)驗(yàn)，建筑與光伏中間存在真空;三是光伏建筑一體化的產(chǎn)品很少，很難匹配建筑的設(shè)計(jì);四是沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。這些問題長期困擾著BIPV的推廣應(yīng)用。隨著光伏發(fā)電成本的大幅下降，第一個(gè)問題已經(jīng)不存在了。其他幾個(gè)問題也將會(huì)逐步解決。

1、相比十年前的晶硅光伏組件20元/Wp左右的高昂成本，目前高效單晶組件已經(jīng)降到了1.5元/Wp、多晶組件1.3元/Wp左右。系統(tǒng)成本由10年前的35元/Wp左右，已經(jīng)降到了3.5元/Wp左右，平價(jià)上網(wǎng)已經(jīng)從夢(mèng)想變?yōu)榱爽F(xiàn)實(shí)。極大的加快了BIPV的應(yīng)用步伐。

2、我國在光伏應(yīng)用上起步雖晚，但進(jìn)步很快。目前我國的建筑行業(yè)領(lǐng)軍企業(yè)中國建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司、中國建筑科學(xué)研究院有限公司聯(lián)合工信部、國網(wǎng)公司、南網(wǎng)公司、光伏行業(yè)協(xié)會(huì)等團(tuán)體，積極推進(jìn)建筑與光伏的結(jié)合，打通了真空地帶。國內(nèi)著名的建筑設(shè)計(jì)院很早就介入光伏電站的設(shè)計(jì)。很多設(shè)計(jì)師也跨行設(shè)計(jì)光伏建筑一體化系統(tǒng)。市場(chǎng)決定方向，相信在不久的將來，會(huì)有更多的建筑設(shè)計(jì)師，在建筑規(guī)劃設(shè)計(jì)階段，就會(huì)將BIPV作為自己的專業(yè)來做。

3、國內(nèi)在光伏發(fā)展方面投入巨大，無論從多晶硅料，還是硅片、電池片、普通光伏組件方面，都在國際上處于領(lǐng)先地位。在BIPV的產(chǎn)品研發(fā)應(yīng)用方面，除傳統(tǒng)的企業(yè)桑尼、有科、上邁、中信博外，隆基等大集團(tuán)厚積薄發(fā)，在今年的SNEC展會(huì)上，“隆頂”等多款BIPV產(chǎn)品已經(jīng)上市，將提供更多更好的產(chǎn)品，供建筑設(shè)計(jì)師選擇使用。

4、沒有產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)，也就沒有檢測(cè)的依據(jù)。因此建筑師在建筑設(shè)計(jì)時(shí)也無法放心的選擇和設(shè)計(jì)。

目前國際上針對(duì)BIPV的產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)還較少。通行的標(biāo)準(zhǔn)主要是針對(duì)普通光伏組件產(chǎn)品。如IEC61215、61730等，有完整的設(shè)計(jì)鑒定要求和安全性評(píng)價(jià)規(guī)范。我國的光伏建筑一體化產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)也還停留在建筑附加光伏也就是一般人理解的BAPV上面。亟需既滿足光伏發(fā)電性能又符合建筑設(shè)計(jì)規(guī)范的BIPV產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)。

以工業(yè)廠房的光伏彩鋼瓦BIPV為例，作為建材，它必須符合建材的“四性”要求、防火標(biāo)準(zhǔn);作為光伏組件，它需要滿足IEC61215的各種電氣參數(shù)及IEC61730安全性能要求。這種既能發(fā)電又是建材的新產(chǎn)品如何檢測(cè)它的各種性能指標(biāo)呢?可喜的是由中國材料試驗(yàn)聯(lián)盟CSTM制訂的《屋面晶體硅光伏與壓型鋼板構(gòu)件防火等級(jí)試驗(yàn)方法》，解決了BIPV防火檢測(cè)的難題。通過檢測(cè)認(rèn)證，那些符合標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品，建筑師就可以放心的選擇和設(shè)計(jì)。消除了建筑與光伏結(jié)合的障礙。

由中國建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司牽頭制訂的《建筑光伏系統(tǒng)應(yīng)用技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》GB/T 51368-2019、由中國建筑科學(xué)研究院有限公司、中國建筑裝飾協(xié)會(huì)幕墻工程分會(huì)聯(lián)合主編并會(huì)同有關(guān)單位共同編制的《光電建筑技術(shù)應(yīng)用規(guī)程》T/CBEA XX-2019等一系列的標(biāo)準(zhǔn)出臺(tái)，預(yù)示著建筑行業(yè)也在不遺余力的打通光伏與建筑的結(jié)合之路。

五、BIPV如何真正成為光伏應(yīng)用的主力軍?

BIPV雖然已經(jīng)“千呼萬喚始出來”，但還是“猶抱琵琶半遮面”。相比較光伏企業(yè)的熱情，建筑行業(yè)保持著一貫的定力。筆者與建筑行業(yè)的大佬交流，很少有建筑師嘗試在建筑設(shè)計(jì)階段，就以光電建筑來設(shè)計(jì)。第一個(gè)吃螃蟹，還是需要勇氣的。

筆者在“從建筑到光電建筑”系列文章中，介紹了BIPV將開啟光伏的應(yīng)用之路。在此，筆者呼吁，建筑行業(yè)要有敢為天下先的氣概，勇于創(chuàng)新，大膽實(shí)踐。需要有一批光電建筑(光伏建筑)設(shè)計(jì)院，一改目前的建筑設(shè)計(jì)思路，從源頭設(shè)計(jì)開始，就應(yīng)用BIPV產(chǎn)品，做出光電建筑的樣板工程。依靠國家在綠色建筑、綠色建材上的政策支持，由示范工程再到大面積的推廣應(yīng)用，才可以真正開啟BIPV的應(yīng)用之路。否則，BIPV的應(yīng)用仍然是光伏界的剃頭匠挑子，“一頭熱”另一頭涼。