談?wù)劰怆娊ㄖ膽?yīng)用和發(fā)展

光電建筑應(yīng)用委員會副主任 章放

談?wù)劰怆娊ㄖ膽?yīng)用和發(fā)展

光電建筑應(yīng)用委員會副主任 章放

給“光伏建筑一體化”更個名

嚴(yán)格地講，“光伏建筑一體化”這一說法不是很科學(xué)。建筑應(yīng)該是一個整體，建筑結(jié)構(gòu)、構(gòu)配件和建筑材料都是它的組成部分，通過連接，固定成為一體。光伏應(yīng)用于建筑，是要把光伏組件用固定件、焊接或膠粘的辦法，固定在建筑上，成為建筑的組成部分。所以，不論光伏組件是否作為建筑外圍護(hù)結(jié)構(gòu)的構(gòu)配件，光伏組件都是與建筑結(jié)為一體的。至于BAPV和BIPV（光伏建筑一體化）的稱謂，只不過是針對光伏組件是否承擔(dān)建筑功能而言的。

光伏應(yīng)用于建筑有兩種基本形式，一種是光伏組件附加安裝在建筑上，光伏組件除具有發(fā)電功能外，不具有任何其他的建筑功能。比如，把光伏組件用支架安裝在混凝土平屋頂上，光伏組件就不具有建筑的屋頂功能。另一種是，光伏組件直接作為建筑材料或構(gòu)配件安裝在建筑上，光伏組件除具有發(fā)電功能外，還具有某種建筑功能。比如，光伏組件作為采光頂?shù)耐该鞑Ａ姘澹鸵哂胁晒馕蓓數(shù)娜抗δ?。所以，把后一種形式稱作“光伏建筑一體化”是不準(zhǔn)確的。我們應(yīng)該統(tǒng)稱這兩種形式為“光電建筑”或“建筑光伏”。

光電建筑是針對建筑而言的，其含義最早見于《住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部關(guān)于加快推進(jìn)太陽能光電建筑應(yīng)用的實施意見》一文中。文件對光電建筑的解釋是：“利用太陽能光電轉(zhuǎn)換技術(shù)，解決建筑物、城市廣場、道路及偏遠(yuǎn)地區(qū)的照明、景觀等用能需求?！苯ㄖ夥轻槍夥到y(tǒng)而言的，是指此類光伏系統(tǒng)是建在建筑上的，而不是建在地面上的，更不是用在航天上的。

建筑光伏的特征是應(yīng)用形式的多樣化

建筑光伏應(yīng)用形式的多樣化是針對地面光伏發(fā)電站而言的，地面光伏發(fā)電站的形式比較單一，而建筑光伏的安裝形式比較復(fù)雜。光伏組件可以安裝在屋頂上，形成光伏組件屋面、光伏采光頂、光伏瓦屋面、光伏金屬屋面等；光伏組件還可以安裝在墻面上，形成光伏幕墻、光伏窗間墻等；光伏組件也可以與建筑遮陽結(jié)合，形成光伏外窗遮陽、光伏屋檐遮陽、光伏雨篷遮陽、光伏長廊遮陽，以及停車棚、公交站亭、過街天橋、體育場看臺等光伏遮陽；光伏組件還可以與農(nóng)業(yè)溫室結(jié)合，形成光伏溫室。

目前，與建筑光伏應(yīng)用形式多樣化相適應(yīng)的光伏產(chǎn)品，正朝著建材化和構(gòu)件化的方向發(fā)展。比如，適合于瓦屋面的光伏瓦，適合于防水材料的柔性薄膜光伏組件，適合于透明幕墻和采光頂?shù)闹锌展夥M件，適合于采光要求的不同透光率的光伏組件，適合于上人屋面和防火的蜂窩式光伏組件，適合于分散布局的微型逆變器，以及適合于建筑美觀和防水的整體光伏屋頂構(gòu)造等。

截至2015年3月，我國光伏裝機(jī)量累計3312萬千瓦，其中地面光伏發(fā)電站2779萬千瓦，分布式光伏533萬千瓦。建筑光伏作為分布式光伏的主流形式，可以占到70%～80%，約有將近400萬千瓦。在這400萬千瓦的建筑光伏中，以屋頂光伏為主。其中，又以工業(yè)建筑屋頂光伏居多。在工業(yè)建筑屋頂光伏中，大多為在既有工業(yè)建筑的金屬屋面上附加安裝。

建筑光伏首先要符合建筑的相關(guān)要求

建筑光伏的載體是建筑，光伏組件可以安裝在建筑的屋面、墻面、遮陽、陽臺、窗等部位，安裝在這些部位的光伏組件要滿足該部位的建筑要求。否則，破壞這些部位的建筑要求，就可能會給建筑帶來一定的危害。所以，光伏與建筑結(jié)合，首先要滿足建筑要求，再來談光伏發(fā)電。俗話說：“皮之不存，毛將焉附？”沒有建筑，也就無從談建筑光伏發(fā)電了。

光伏組件用于建筑外圍護(hù)結(jié)構(gòu)，應(yīng)滿足室內(nèi)環(huán)境的要求。其一是采光要求，如果光伏組件用于采光頂、透明幕墻或窗，就要符合采光系數(shù)標(biāo)準(zhǔn)值的規(guī)定。其二是通風(fēng)要求，如果光伏組件用于建筑幕墻或窗，就應(yīng)考慮通風(fēng)開口有效面積的規(guī)定。其三是保溫、隔熱要求，如果光伏組件用于采光頂、透明幕墻和窗，就應(yīng)符合建筑氣候分區(qū)外圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳熱系數(shù)限值、熱惰性指標(biāo)和氣密性的規(guī)定。

光伏組件用于建筑構(gòu)造，應(yīng)滿足建筑構(gòu)造的要求。其一是屋面要求，如果光伏組件作為屋面材料，應(yīng)符合具有良好防水、冬季保溫、夏季隔熱、適應(yīng)主體結(jié)構(gòu)受力變形、承受風(fēng)雪荷載、阻止火勢蔓延和外形美觀的要求。其二是墻體要求，如果光伏組件作為玻璃幕墻面板，就應(yīng)符合風(fēng)壓變形、雨水滲漏、空氣滲透、保溫、隔聲、耐撞擊、平面內(nèi)變形、防火、防雷、抗震等物理性能要求。其三是遮陽要求，如果光伏組件作為建筑外遮陽板，就應(yīng)符合遮陽系數(shù)、承載力、耐腐蝕、防火等性能要求。其四是陽臺要求，如果光伏組件作為建筑陽臺的欄板，就要符合水平荷載、欄板高度和電氣安全的要求。

光伏系統(tǒng)安裝于建筑，應(yīng)符合建筑安全的要求。其一是荷載要求，在既有建筑上安裝光伏組件，必須進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)的安全性復(fù)核。其二是防火要求，光伏組件作為建筑構(gòu)件或建筑材料，其燃燒性能和耐火極限不應(yīng)低于規(guī)定的要求。其三是防雷要求，建筑光伏系統(tǒng)不僅應(yīng)采取外部防雷措施，還要安裝內(nèi)部防雷裝置。其四是電氣安全要求，建筑光伏系統(tǒng)的絕緣電阻、漏電流必須符合相關(guān)規(guī)定，接口處必須采用安全插頭。

建筑光伏還應(yīng)符合光伏發(fā)電的要求。

其一是太陽能資源要求，建筑光伏的發(fā)電設(shè)計應(yīng)充分考慮當(dāng)?shù)氐奶栞椛淞?、峰值日照時數(shù)、天氣影響因素、環(huán)境遮擋因素等。其二是發(fā)電量要求，建筑光伏的發(fā)電設(shè)計應(yīng)準(zhǔn)確計算光伏方陣的最佳傾角、方位角和年發(fā)電量，使光伏發(fā)電量最大化。其三是發(fā)電效率要求，建筑光伏的發(fā)電設(shè)計應(yīng)根據(jù)具體情況，選擇光伏組件，優(yōu)化系統(tǒng)匹配，保證光伏組件的清潔。其四是電能質(zhì)量要求，光伏電力必須滿足現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)電能質(zhì)量的規(guī)定。

困擾光電建筑發(fā)展的原因不是技術(shù)

2014年，分布式光伏新增裝機(jī)量僅完成了預(yù)期目標(biāo)的20%。這個事實說明，我國光電建筑的發(fā)展是存在問題的。和德國相比，它有電價補(bǔ)貼政策，我們也有；它要求光伏電力全額并網(wǎng)，我們也要求；他具有屋頂安裝技術(shù)，我們的建筑技術(shù)并不比他差。那究竟是什么原因困擾著光電建筑的發(fā)展呢？

原因之一：建筑業(yè)主的認(rèn)識。建筑業(yè)主不了解光伏，就不可能在他的建筑上安裝光伏。與其給建筑業(yè)主講發(fā)展新能源的偉大意義，不如讓他知曉建筑光伏能夠給他帶來什么利益。不同的需求有不同的利益。有的業(yè)主需要節(jié)省電費，比如工廠、商場、地下車庫；有的業(yè)主需要示范，比如標(biāo)志性公共建筑；有的業(yè)主需要資本化經(jīng)營，比如把優(yōu)質(zhì)的建筑光伏資產(chǎn)證券化；有的業(yè)主需要綜合利用，比如改造屋頂，增加陽光房，參評綠色建筑等。

原因之二：融資方式。工業(yè)和倉儲建筑具有較大的屋頂，可以形成較大的發(fā)電規(guī)模，且工商業(yè)電價高于居民電價，用電量也大，是目前建筑光伏的主戰(zhàn)場。然而，大規(guī)模的建筑光伏屬于資金密集型項目，廣大工商企業(yè)很難融到大量資金。如果沒有金融機(jī)構(gòu)的投資，這個市場就很難繁榮起來。其實，光伏發(fā)電的金融屬性已經(jīng)非常明顯了，關(guān)鍵在于我國金融市場的進(jìn)一步放開。

原因之三：發(fā)電所有者權(quán)益。建筑光伏系統(tǒng)實質(zhì)上就是發(fā)電站，投資建設(shè)發(fā)電站者就是發(fā)電商，他們是為社會提供電力生產(chǎn)，而不僅僅是為了自己消費。但是，我國的“鼓勵自發(fā)自用，余電上網(wǎng)”政策，缺乏對發(fā)電商身份的確認(rèn)，激勵政策不足，導(dǎo)致發(fā)電商不能維護(hù)自身權(quán)益，收益存在一定的風(fēng)險。

原因之四：并網(wǎng)與電費結(jié)算。目前，我國的電費結(jié)算單位是電網(wǎng)公司，一方面他按照一定的價格購買發(fā)電企業(yè)的電力，另一方面他又按照售電價格把電賣給用電戶。如果電網(wǎng)公司能夠及時把電費付給光伏發(fā)電者，使光伏發(fā)電者能真正體驗到光伏發(fā)電所帶來的利益，對促進(jìn)建筑光伏的發(fā)展是至關(guān)重要的。

光電建筑將沿著綠色建筑的方向發(fā)展

綠色建筑已經(jīng)成為國家強(qiáng)力推行的一項建筑政策。截至2015年1月，全國已評出2538項綠色建筑標(biāo)識項目，總建筑面積達(dá)到2.92億平方米。綠色化已經(jīng)成為本世紀(jì)的潮流。綠色建筑的第一要義是節(jié)約資源，節(jié)能與能源利用在綠色建筑評價中的權(quán)重最高。建筑光伏技術(shù)因其具有獲取陽光資源的普遍性、提供可再生能源電力的主動性、既有建筑節(jié)能改造的便捷性、明顯的投資價值等特點，正在逐漸成為最具潛力的應(yīng)用形式。

在綠色建筑的推廣中，綠色既有建筑是最大的難點。我國既有建筑面積超過400億平方米，建筑能耗占社會總能耗的30%，建筑的主要能耗是電耗，空調(diào)所耗電能約占電耗的2∕3左右。建筑光伏技術(shù)因其具有發(fā)電能力，所發(fā)電力可以抵消煤電用量。如果建筑光伏面積能夠達(dá)到既有建筑面積的5%，建筑光伏發(fā)電能夠占到建筑電耗的5%，對建筑節(jié)能的貢獻(xiàn)就是非?？捎^的。所以，既有建筑節(jié)能改造是建筑光伏最大的市場。

我國有13億人口、4億戶家庭，超過4億個家庭住宅。如果平均每個家庭住宅安裝500W光伏系統(tǒng)，全國戶用光伏系統(tǒng)就可達(dá)到2億kW，相當(dāng)于10個三峽水電站。所以，戶用建筑光伏是一個全民投資光伏、全民消費綠色電力的偉大事業(yè)。從技術(shù)層面看，光伏屋頂、光伏遮陽、光伏陽臺、光伏窗間墻等應(yīng)用技術(shù)已經(jīng)成熟。一旦光伏電價與常規(guī)電價持平，一個戶用建筑光伏的繁榮時代就會真正到來。

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1671-3362(2015)06-0066-02