第2期 [文章编号 ] 1671-802X（2022）02-0018-05 “碳中和”背景下零能耗建筑 BIPV 技术研究与案例分析 —— — 以安徽天柱绿色能源科技有限公司办公楼为例 李 虎，刘 祥，殷建家 （安徽天柱绿色能源科技有限公司，安徽 蚌埠 233000 ） 摘 要： 建筑实现零能耗是实现“碳中和”的有效途径，零能耗建筑一方面是节能，更重要的是创能，利 用光电建筑一体化技术，通过建筑外围护结构使用发电型建材方法可以实现建筑创能。 通过对安徽天柱绿 色能源科技有限公司办公楼光电建筑项目的设计和运行进行研究分析表明，充分利用建筑外表面安装具有 发电功能的建材，结合光伏发电的特性进行优化设计，实现建筑零能耗理论上是可行的。 建筑创能和用能的 匹配问题以及建筑自身特点和光伏发电特性之间的矛盾问题，要通过光电建筑技术和综合能源管理技术应 用来寻求解决途径。 关键词： 碳中和；零能耗建筑；BIPV ；发电建材；光电幕墙； 中图法分类号： TU111.48 文献标志码：A Research & Case Study of BIPV Technology in the Zero-emission Buildings under the Background of Carbon Neutrality —— —Taking the Office Buildings of Anhui Tianzhu Green Energy Science & Technology Co., Ltd. as an Example Li Hu，Liu Xiang，Yin Jianjia （Anhui Tianzhu Green Energy Science & Technology Co.,Ltd., Bengbu 233000, China） Abstract：Zero emission realized in the buildings is an effective way in achieving the goal of carbon neutrality. Zero-emission buildings can not only save energy, but also generate it with the building-integrated photovoltaic (BIPV) technology, on which the power-generating building materials are applied to the building enclosure. From the study of BIPV Project’ s design and operation on the office buildings of Anhui Tianzhu Green Energy Science & Technology Co., Ltd., it demonstrates the theoretical possibility of implementing zero emission in buildings by fully utilizing the power-generating building materials on its facades and then optimizing it with the photovoltaic power generation technology; however, there exists conflicts in the compatibility between the energy generation s own features and BIPV technology. Therefore, and its utilization in the buildings and between the building’ technologies of BIPV and comprehensive energy management are required in achieving the goal of zero emission. Key words：Carbon Neutrality; zero-emission buildings; BIPV; power-generating building materials; photoelectric curtain wall * 收稿日期 : 2022-02-11 作者简介：李虎（1982 —），安徽阜阳人，工程师，研究方向：太阳能光伏发电。 基金项目：2019 年安徽省蚌埠市科技创新指导类项目（蚌科〔2019 〕90 号） 18 2022.4.20 技 术 应 用 李 虎，等 “碳中和”背景下零能耗建筑 BIPV 技术研究与案例分析—— —以安徽天柱绿色能源科技有限公司办公楼为例 1 引言 第2期 本都是使用传统的发电芯片，经过外观和技术改造 2019 年我国煤炭消费比重达到 58%，碳排放总 开发出来的有发电砖、发电墙、发电屋顶等，应用比 量占全球比重达到 29%，人均碳排放量比世界平均 较广泛的是发电玻璃，因为玻璃本身就是光伏组件 水平高 46%。作为全球最大的发展中国家和碳排放 同时玻璃也是重要的建筑材料。市 的重要组成材料， 国， 我国需要在推进发展的同时实现快速减排，任务 场上铜铟镓硒发电玻璃、碲化镉发电玻璃等发电建 十分艰巨。加快推进能源生产清洁替代， 打造清洁低 材目前都批量生产，因其具有弱光性好，温度系数低 碳、 安全高效的现代能源体系，通过能源零碳革命引 等优势作为发电墙（光电幕墙）得到广泛应用。 领全社会加速脱碳是实现“双碳”目标的有效途径。 4 零能耗建筑的实现途径 目前我国建筑面积约 671 亿平方米， 每年以 20 亿平 零能耗建筑的实现有两个途径，其一是节能，就 方米的速度增长，建筑运行能耗占全社会能源消费 是建筑自身和使用要做到低能耗，目前建筑能耗方 比例约 22%，在建筑上实现能源替代，零能耗建筑 面的技术已经比较成熟，国家也有相应的规范要求， 的推广对于按期实现“双碳”目标至关重要，要实现 这里不做重点论述；其二是创能，也就是建筑自身通 建筑零能耗，除了大力推广节能技术和产品应用外， 过利用新能源实现能源的自给自足，不利用常规能 自身能耗是否完全由新能源替代是最终评判指标， 这个也是评判建筑是否为零能耗的重要标准。那 源， 所以如何在建筑上应用新型发电建材，使其自身变 么如何实现有充足的新能源电力补充，从光伏发电 为一个 “发电场”实现“零能耗”是本文要重点探讨的 的技术角度就是充分利用光电建筑一体化技术，使 问题。 建筑本身具备发电功能，并且充分利用建筑物表面， 2 零能耗建筑与 BIPV 根据建筑的结构和功能设计综合考虑发电建材的选 所谓零能耗建筑指不消耗常规能源的建筑，完 取和系统的整体设计，达到最大化的新能源供给能 全依靠太阳能等可再生能源，在使用节能技术实现 力同时不影响建筑的使用功能和外观美学要求。 的超低能耗和近零能耗建筑的基础上，完全实现能 5 安徽天柱绿色能源科技有限公司办公楼光电建筑 源自给自足。零能耗建筑在欧美国家已经有一段时 方案 间的发展和推广，随着 GB/T51350-2019《近零能耗 5.1 项目基本情况 建筑技术标准》的发布与实施，我国建筑节能进入了 安徽天柱绿色能源科技有限公司办公楼是一座 超低、 近零和零能耗时代。实现建筑零能耗主要的途 两栋连体四层结构建筑，建筑面积约 5600m2，屋顶 径就是利用建筑自身特性进行创能，应用比较广泛 面积约 1400 m2，墙体面积 2800 m2，窗面积约 900 m2， 的技术就是光电建筑一体化（BIPV），所谓光电建筑 墙面积约 1900m2 全年实际用电量约 12 万 kWh，目 一体化就是把光伏系统与建筑本体集成在一起，实 前使用铜铟镓硒薄膜电池与铝塑板作为幕墙外挂 ，但是受光伏发电特性和建筑自身功能 现“一体化” 材料，其中安装发电玻璃约 1200 m2，装机容量约 和外观等限制，实施过程中还存在一些问题，特别是 160 kW，2020 年全年发电量为 6.37 kWh，占总用电 使用普通的光伏组件，很难把光伏组件的发电功能 的 53%，各月份的发电和用电情况是一季度发电量 释放出来， 也会对建筑的固有风格会产生一定影响。 占用电的比例为 35.2%，二三季度相对平稳 64.7%， 3 光伏发电建材 四季度为 45.8%（见图 1）。 光伏发电技术目前已经得到规模化的应用，但 是针对分布式光伏和光电建筑一体化的建材型发电 5.2 项目设计 5.2.1 幕墙材料选型 构件（以下简称发电建材）应用还存在着一定的局限 本项目主要是利用墙体外立面安装发电玻璃 性， 具体表现在一体化程度还不高，安全防护技术不 代替传统幕墙玻璃，选用的主要发电设备为铜铟镓 完善， 成本价格偏高等问题。目前市场上发电建材基 硒薄膜发电玻璃，其除具有普通钢化玻璃的建筑材 2022.4.20 19 技 术 应 用 李 虎，等 “碳中和”背景下零能耗建筑 BIPV 技术研究与案例分析—— —以安徽天柱绿色能源科技有限公司办公楼为例 图1 发电用电数据统计分析图 料功能外，还具有利用太阳能发电功能，同时具有 同时考虑光污染以及安全等因素，国家对幕墙相 弱光发电、 温度系数低等特点。结合项目特点， 因为 关技术的设计规定比较严格。但是随着太阳能发 安装位置为墙面四周，接受阳光的最佳角度受到限 电技术和分布式能源相关技术的发展，为充分利 制，其弱光发电特性相对于普通光伏组件具有优 用建筑外立面，提高建筑的“创能”能力，围绕建筑 势，温度系数低，不仅可以在高温天气发电能力不 外围护进行建设“光电幕墙”的相关技术一直在研 会明显降低，同时作为墙面外围护结构使用对保持 究和探索之中。本项目建设的铜铟镓硒光电幕墙， 室内温度稳定和降低火灾隐患都具有好处。选用的 不仅在结构设计上考虑了传统幕墙设计的结构安 铜铟镓硒发电玻璃大小为 1587 mm×664 mm，单片 全和防雷技术，还结合选用的铜铟镓硒发电玻璃 峰值功率 130 W（见表 1）。 自身结构和发电特性进行了优化，在幕墙基础龙 表 1 发电玻璃电气参数表 骨结构的基础上，利用专用紧固套件把铜铟镓硒 发电玻璃固定在支架上（见图 2），安装找平后使用 参