建筑光伏一體化BIPV (Building Integrated Photovoltaics) 是應用太陽能發電的一種新概念:在建筑維護結構外表面結合建筑材料形成光伏與建筑的結合,光伏發電提供電力。
在眾多可再生能源發電技術中,光伏發電是最具備普適性、分布式的發電技術,也是最值得期待的一項能源革命技術。
目前,在新建建筑中系統集成綠色智能發電系統建筑,已成為各國的共識,也是建筑發展的趨勢。 2018年5月9日,美國加州能源委員會(CEC)全票通過全美首個應用太陽能系統的建筑標準,該標準要求加州包括單戶型住宅和公寓在內的三層及以內新建住宅樓都必須安裝太陽能板。新標準將于2020年開始實施。
2018年5月9日,美國加州能源委員會(CEC)全票通過全美首個應用太陽能系統的建筑標準,該標準要求加州包括單戶型住宅和公寓在內的三層及以內新建住宅樓都必須安裝太陽能板。新標準將于2020年開始實施。
建筑光伏一體化是集約理念下未來城鎮化建筑形態與分布光伏能源系統整合的有機體,能最大限度實現建筑體內能源自循環,最大限度減小對外部電力系統的依賴,所以建筑上集成光伏發電系統(BIPV)將會成為綠色智能建筑的主流形式。
但是,由于傳統光伏組件產品和技術應用于建筑光伏一體化應用場景存在重大的缺陷,使得BIPV市場發展遠遠低于地面光伏電站,同時現有技術應用于建筑一體化仍然面臨諸多挑戰。
美國加州布朗州長2018年9月簽署一項法案,提出加州要在2045年實現100%清潔能源供電。
BIPV? --從上世紀90年代至今,由于更多的是采用薄膜電池技術,主要發力在薄膜電池技術路線上。 但由于薄膜電池一直與晶硅電池在地面電站的競爭中始終處于劣勢,最后均大多數轉向建筑光伏一體化和移動能源領域,且存活企業非常少,2012年全國超過40家薄膜電池企業,今天仍在活躍的基本只剩中建材和漢能為主少數幾家。
薄膜電池在光伏幕墻方面具有較好的優勢,幕墻也是主要應用領域。缺點是應用場景不多,發電效率低,且基本只能用于新建建筑。由于規格型號少,建筑的多樣性也很難滿足。價格高昂,作為光伏發電站基本沒有投資價值,更多的為建筑提供環保與人文主義表現。在幕墻方面的售價大約是2000~3000元/M2,發電功率80W/m2,投資回收期一般都超過15~25年;而美國特斯拉的雙玻琉璃瓦BIPV已經超過25年的投資回收期。
晶硅產品的BIPV目前在BIPV市場上主要采用雙玻組件產品,用于陽光房屋頂較多,極少數示范項目用于玻璃幕墻,但因美觀度差,除早期一些示范項目外,未見大規模商業化應用。
歐洲市場在過去幾年采用平面瓦板加密封圈模式,在戶用大坡度屋頂上成功的實現了構件化的安裝。由于大量采用微型逆變技術,屋面構件式平板瓦具備較好的導水性能,單面散熱功能,下面可鋪裝保溫材料,每塊構件瓦板獨立運行,采用低壓直流(低于60V),較好的實現了建筑與光伏的一體化構造。
該技術也被導入國內,但基于市場競爭因素,被異化為采用傳統組件產品規格,采用密封條防水,直流電纜為高壓直流(600~1000V),存在一定的安全,漏水風險。
最近兩年,中國市場又出現了采用現行傳統組件配套導水槽的安裝方式,用于代替屋頂材料(面層),被大家籠統的稱為建筑光伏一體化(BIPV)。盡管從表現形式上可以看著是BIPV,但在實際使用中發現傳統組件因為防火性能,防水結構,室內防潮,光伏組件通風散熱與屋頂需要保溫的矛盾等問題,實質上并不能大規模應用于建筑一體化體系。同時,面對屋面檢修踩踏,消防安全,保險公司的諸多拷問時,仍存在較大風險概率。
構件式光伏的應用因為光伏材料成本的持續降低,構件設計的日益完善,跨界建筑師+光伏設計人才的涌現,開始越來越多的融入建筑一體化應用場景之中。
光伏遮陽板是一個實用和兼具發電功能的建筑構件(配件)。但本圖的設計顯然仍需改進,提高美觀度。
琉璃瓦式的BIPV產品,從外觀上是目前已知BIPV產品的精品,兼顧發電和建筑美學,缺點是單位面積容量低,價格高昂,仍是高壓直流系統。
結論
建筑光伏一體化BIPV產品未來趨勢,主要是分布式應用的大規模發展,溯本求源,回歸光伏發電應用的常態模式,應該是與建筑物結合的主要應用模式才是未來的主流。
主要表現在:各類建筑屋頂(尤其在工業廠房和商業建筑,民用建筑的屋頂和農業設施屋頂)是最主要的應用場景。其次是隨著電動汽車的發展,疊加移動用能的發展需求,充電站、高速路圍擋等應用場景成為第二大應用主流場景。薄膜路線的BIPV仍將在幕墻領域成為主流。
同時,市場正在呼喚真正能夠與建筑一體化光伏產品,它應該首先具備建筑材料必須的功能(防水,防潮,防火,耐候,耐用),然后才是光伏發電的功能。
第二代BIPV,首先是建筑材料,其次才是光伏發電。或許如此,就真的迎來光伏產業轉型升級發展的春天!
讓我們拭目以待。