光电建筑实施路径探讨 张昕宇 博士 中国建筑科学研究院 研究员/博士生导师 环能科技太阳能应用研究中心 主任 中国光伏行业协会光电建筑专委会 秘书长 2021年12月 纲要 1 推广背景及潜力 2/ 光电建筑规划与设计 3 光伏与建筑结合形式 4 新型建筑电力系统 5/ 总结与建议 2 1 推广背景及潜力 p 根据IEA数据，2018年中国碳排放约为100亿tCO2，建筑运行约21亿 tCO2（21%），建筑业约18亿tCO2（18%）。同美国、日本等发达 国家相比，建筑运行碳排放偏低，建筑材料和建造碳排放偏高。 p 建筑领域减碳技术的效果存在时间上的延迟，需要累积产生效果。经 测算最早达峰时间为2023年。其中光伏是构成建筑新型电力系统、实 现建筑低碳、零碳运行的必要途径。 情景碳排放预测汇总 国家主席习近平在第75届联合国大会发表重 要讲话，提出碳达峰、碳中和工作目标 23 18 13 20 20 年 21 20 年 22 20 年 23 20 年 24 20 年 25 20 年 26 20 年 27 20 年 28 20 年 29 20 年 30 20 年 31 20 年 32 20 年 33 20 年 34 20 年 35 20 年 36 20 年 37 20 年 38 20 年 39 20 年 40 20 年 41 20 年 42 20 年 43 20 年 44 20 年 45 20 年 46 20 年 47 20 年 48 20 年 49 20 年 50 年 8 20 碳排放（亿tCO2） 28 基准情景 标准稳步提升+2亿改造 标准稳步提升+4亿改造 标准稳步提升+6亿改造 近零快速推广+2亿改造 近零快速推广+4亿改造 近零快速推广+6亿改造 标准稳步提升+2亿改造+1亿光伏 近零快速推广+2亿改造+2亿光伏 3 1 推广背景及潜力 p 《建筑节能与可再生能源利用通用规范》GB 550152021自2022年4月1日实施。 ü 全文强制，必须严格执行 ü 建筑碳排放计算作为强制要求 ü 覆盖面广，涉及新建建筑、既有建筑、可再生能源系 统、施工调试验收与运行管理等内容 ü 新建建筑节能设计水平进一步提升 ü 新增温和地区工业建筑节能设计指标要求 ü 暖通空调系统效率和照明要求全面提升 p “5.2.1 新建建筑应安装太阳能系统。” p “5.2.3 太阳能系统应做到全年综合利用，根据使用 地的气候特征、实际需求和适用条件，为建筑物供电、 供生活热水、供暖或（及）供冷。” 4 1 推广背景及潜力 欧洲发展潜力 p 国家能源署光伏项目组（IEA-PVPS） 预 测目前欧洲光电建筑市场增长约200300MW/年，全球光电建筑市场增长约为 1 GW/年。 p 我国既有建筑光伏装机潜力达100亿m 2 ， 年发电量为1.5万亿kWh/年；新建建筑每 年新增光伏装机潜力1.2亿m2/年，每年新 建系统的年发电量为180亿kWh/年。 p 光电建筑是光伏行业新兴应用场景，处于 市场爆发前夜。 欧洲光电建筑市场统计与预测，来源：Becquerel insititute 中国发展潜力 建筑光伏系统可安装面积 既有建筑（累计装机面积） 2×1/6） 100亿m2（600亿m-8% 新建建筑（年新增装机面积） 1.2亿m2/年 减碳潜力（发电量） 既有建筑（累计发电量） 1.5万亿kWh/年 -8% 新建建筑（年新增装机发电量） 180亿kWh/年 5 一、双碳文库是一个地产人建立的专业的分享碳达峰碳中和资料的文库网站 http://www.tanwenku.cc/ 二、203060 文库：http://www.203060.vip/ 三、所有 2 万份资料搜索目标：https://203060.vip/soso.html 四、欢迎加入文库会员，199 一年，399 终身。所有资料百度网盘共享,加小 编微信有优惠。 五、加入会员，可获赠价值 999 全网资源，影视，游戏，亲子，有需求联系 小编。 六、见面礼：B 站最全收费类课程合集： 自取地址 ：https://www.aliyundrive.com/s/7tXbEop6K5G 双碳会员重磅福利：赠送全网资源： 可以目录查询一下【关键词】 可查询目录：http://123.haohanba.cn 会员赠品 1 推广背景及潜力 p 由中国光伏行业协会光电建筑专委会组织编制《光电建筑典型案 例集》。 p 总体梳理我国光电建筑发展情况，为行业发展提供数据，为政府 、主管部门及全社会提供技术支撑。 40 35 35 30 25 20 30% 15 10 2018年前 2019年 2020年 2021年 18 11 7 9 5 52% -8% 13% 业 建 筑 公 共 建 筑 办 公 建 筑 商 业 建 筑 居 住 建 筑 其 他 应 用 0 -8% 工 项目数量 5% 29 《案例集》项目数量及装机容量情况统计 6 2 光电建筑规划与设计 n 光电建筑规划与布局 ü 建筑及所在园区日照、视觉、防眩光等一致性要求。 ü 建筑光伏阵列本体无遮挡，并不降低相邻建筑的日照标准。 ü 置于屋面、立面等建筑外表皮的光伏阵列与建筑主体的外观形态应该保持协调、美观。 ü 园区、广场、步行街及旅游景观，特别注意把控整体的色调和效果。 ü 既有建筑改造项目，做好视线影响分析。 5.2.4 太阳能建筑一体化应用系统的设计应与建筑设计同步完成。建筑物上安装太阳能系 统不得降低相邻建筑的日照标准。 7 2 光电建筑规划与设计 n 光电建筑外观及特殊要求 ü 平屋面设置最佳倾角，与坡屋面一体化安装。 ü 屋面外露的光伏阵列，采用女儿墙等构件对感观突出的部位进行适当围挡。 ü 建筑构件对光伏组件的遮挡计算，避免对前排光伏组件的发电造成不利影响。 ü 应选用一体化效果良好、无色彩的光伏组件，根据建筑模数开展光伏瓦、光伏幕墙的整体布局，保证主体美观。 ü 非阻燃材料上不能加装光伏组件，木檩条坡屋面应采取防火隔离措施。 8 2 光电建筑规划与设计 n 光电建筑结构技术要求 ü 房屋、场地及环境条件勘察与安全性评估。 ü 结构设计、结构材料、耐久性、安装部位的构造及强度。 ü 主体和承重结构改动的复核。 ü 光伏阵列自重、风荷载、雪荷载、检修荷载和地震影响。 ü 基础、光伏支架、支撑金属件及连接等。 ü 防水层与保温层连续。 5.2.2 在既有建筑上增设或改造太阳能系统，必须经建筑结构安全复核，并应满足建筑结 构的安全性要求。 5.2.5 太阳能系统与构件及其安装安全，应符合下列规定： 1 应满足结构、电气及防火安全的要求； 2 由太阳能集热器或光伏电池板构成的围护结构构件，应满足相应围护结构构件的安全性 及功能性要求； 3 安装太阳能系统的建筑，应设置安装和运行维护的安全防护措施，以及防止太阳能集热 器或光伏电池板损坏后部件坠落伤人的安全防护设施。 9 2 光电建筑规划与设计 n 光电建筑结构技术要求 屋顶安装光伏板 示例方法：屋顶增设混凝土柱墩，柱墩 上部架设钢梁，钢梁上部由光伏厂家设 计支架并配合安装。 10 2 光电建筑规划与设计 n 光电建筑结构技术要求 立面安装光伏组件 示例方法：对于砖砌体墙，无法直接做 埋件，可在砖墙上增设竖向或者横向方 钢管，其余光伏构件再与该方钢管连接 固定。 11 2 光电建筑规划与设计 n 光电建筑结构技术要求 光伏玻璃幕墙 示例方法：采用现浇钢筋混凝土框架结 构，并选用满足透光性设计要求、幕墙 相关技术的要求的光伏组件。 12 2 光电建筑规划与设计 n 光电建筑防火性能 p建筑光伏组件SBI燃烧性能测试与分析 山西某光伏系统 苹果公司亚利桑那光伏系 天津中新生态城 ü 燃烧室、试验设备（小推车、框架、燃烧器、集气罩、收集器和导管）、排烟系统、分析及测量系统、除尘装置等 统 设备。 SBI试验装置 2 光电建筑规划与设计 n 光电建筑防火性能 碲化镉薄膜组件 单晶硅组件 光伏组件 铜铟镓硒薄膜组件 燃烧增长速率指数 总产烟量（m2） FIGRA0.2MJ（W/s） 燃烧性能 某单晶硅光伏组件 145.805 11.815 B1难燃材料中的C级 某碲化镉薄膜光伏组件 88.239 20.406 B1难燃材料中的B级 某铜铟镓硒薄膜光伏组件 69.720 9.622 B1难燃材料中的B级 3 光伏与建筑结合形式 附加型（在平屋顶、坡屋面上顺坡架空安装、与墙面平行 安装） 根据用户需要灵活布置，采用常规组件即可实现，结合 度低，安装简便。 构件型（与建筑构件组合或一体化构造，如根据建筑要求 定制、由组件构成的雨蓬或遮阳板） 兼顾建筑整体造型、遮雨遮阳等特定功能、安全性、美 观等要求，还要保证组件发电效率。 建材型（与玻璃等建筑材料复合在一起，组成建筑构件或 建筑材料，如光伏瓦、光伏玻璃幕墙、光伏采光顶等） 组件充当屋面、墙面材料，具有保温、防水、隔断、 隔音等功能，而建筑物应具备节能、美观等特性。 5.2.9 光伏组件设计使用寿命应高于25年，系统中多晶硅、单晶硅、薄膜电池组件自系 统运行之日起，一年内的衰减率应分别低于2.5%，3%和5%，之后每年衰减应低于0.7%。 15 3 光伏与建筑结合形式 建 与坡屋面集成 与墙面集成 材 与平屋面集成 型 构 件 型 光伏窗 平屋面安装 光伏遮阳板 附 加 应用形式 光伏组件 建筑要求 光伏采光顶 透明玻璃 建筑效果、结构强度、 （天窗） 组件 采光及遮风挡雨 光伏屋顶 屋面瓦 光伏幕墙 透明玻璃 建筑效果、结构强度、 （透明） 组件 采光及遮风挡雨 光伏幕墙 不透明玻 建筑效果、结构强度、 （非透明） 璃组件 遮风挡雨 光伏遮阳板 透明玻璃 建筑效果、结构强度、 （采光） 组件 采光 光伏遮阳板 不透明玻 （非采光） 璃组件 屋顶光伏方阵 普通组件 建筑效果 墙面光伏方阵 普通组件 建筑效果 建筑效果、结构强度、 遮风挡雨 建筑效果、结构强度 型 5.2.12 太阳能光伏发电系统设计时，应根据光伏组件在设计安装条件下光伏电池最高工作 温度设计其安装方式，保证系统安全稳定运行. 16 3 光伏与建筑结合形式 附加式 组件架设在构造层上，和屋顶独立。开放式构造、安装简 单。原始屋顶须保留完整的防水层和保护层。 光伏 屋面 替代式 组件替代屋顶外侧的保护层，融合在构造层中。组件需要 保证较齐整