建 筑 技 术 开 发 建筑资讯 Building Technology Development Building Information 第49卷第4期 2022年2月 光伏建筑发展与经典案例 李庆党，和学泰，李子良，祝方舟 （青岛科技大学，青岛 266061） 　　［摘　要］ 从新的角度阐述了光伏建筑的国内外发展脉络，列举出了近些年国家相关政策和光伏产业的 国家或行业标准。并且分别列举了光伏建筑的3个发展方向：附加光伏系统、光伏建筑一体化及光伏光热建 筑一体化，阐述了这3个方向各自的优缺点及面临的一些问题和未来的发展方向，最后详细地分析了3个方 向的一些最新典型案例。 　　［关键词］ 附加光伏建筑；光伏建筑一体化；光伏光热一体化建筑；光伏发展   TU 74　　　　　 ［文献标志码］  A　　　　　［文章编号］  1001–523X（2022）04–0001–06 　　［中图分类号］ PHOTOVOLTAIC BUILDING DEVELOPMENT AND CLASSIC CASES Li Qing-dang，He Xue-tai，Li Zi-liang，Zhu Fang-zhou 　　［Abstract］  The paper describes the development history of photovoltaic building in China and other countries from a new perspective, and lists the relevant national policies and national or industrial standards of photovoltaic industry in recent years. Moreover, it lists three development directions of photovoltaic architecture, including additional photovoltaic system, photovoltaic building integration and photovoltaic photothermal building integration. The advantages and disadvantages of each of the three directions, as well as some problems faced and the general development in the future are explained. Finally, some of the latest typical cases are analyzed in three directions in detail. 　　［Keywords］  BAPV；BIPV；photovoltaic photothermal integrated building；photovoltaic development 光伏一体化技术 20 世纪 70 年代被首次实践应用 现了并网发电。 以来，经过 40 多年的发展，各项技术已经成熟，相 随后美国在马萨诸塞州、新墨西哥州和佛罗里达 关的标准日益完善。根据住宅与居住环境工程技术研 州又建立了几座光伏一体化建筑的实验站，最终在美 究中心的估计，预计到 2020 年底我国的建筑总面积 国能源部和麻省理工学院的委托下于 1980 年通过美 2 将达到 700 亿 m ，这其中可用于光伏发电的面积达 2 300 亿 m ，意味着我国在光伏建筑领域有非常大的市 场潜力。 1 1.1 光伏建筑国内外发展状况 国外光伏建筑发展 早在 1839 年法国物理学家 A.E.Becquerel 通过实 国太阳能设计协会建立起了真正意义上的光伏发电一 体化建筑，并完成了 7.5 kWp 的并网发电。 此后的几年，光伏一体化建筑进入了政府示范区 建设阶段，一批具有特色系统的光伏建筑一体化系统 被设计制造出来，但是并未完全商用。 1990 年国际能源署成立了一个多国专家组，用 来评估光伏建筑一体化系统的各项技术可行性，随后 验就发现了光生伏特效应，但是由于受到材料等原因 的美国能源部论证了材料、经济效益等因素的可行性， 能量转换效率较低，并且占地面积较大，如果建设大 并于 1997 年美国政府提出了第一个光伏建筑一体化 范围太阳能电站势必无法平衡成本和收益。 规划—百万屋顶计划，该计划最终因资金问题未能 一百多年以后，1967 年日本的 MSK 集团首次论 完成。 证了将太阳能电池与建筑结合的可行性，并提出了 日本政府在 1997 年发布了新能源促进法，法案 “光伏一体化建筑”概念。但是由于种种原因，这种 颁布之后，光伏建筑一体化系统的成本迅速下降， 想法很难得到实现，到了 70 年代美国太阳能设计协 从之前的 200 万日元 /kW 降至了 100 万日元 /kW。 会（SDA）率先在美国城市波士顿的一个高层建筑上 2009 年光伏建筑的年总装机量达到 480 MW，到了 完成了附加式光伏建筑的设计与施工，并最终成功实 2016 年底光伏建筑的发电量已达到 8.95 GW。德国在 收稿日期：2022–01–10 作者简介：李庆党（1973—），男，山东青岛人，教授级博士生导 师，主要研究方向为MEMS系统、自动化技术、计算机软件及 应用光伏系统。 光伏建筑上于 1998 年 10 月就提出了十万屋顶计划， 并于 1990 年 1 月通过相关政策法规进入实施阶段， 截至 2006 年年底该计划已完成了 30 万套，装机总量 ·1· 建筑资讯 第49卷第4期 Building Information 2022年2月 高达 2.5 GW。 Building Technology Development 相信随着我国政府对环保问题的不断重视，光伏 近年来德国政府也在积极倡导能源转型升级，预 计到 2022 年关闭国内所有核电设备，并在 2038 年之 前关闭化石能源电厂，预计 2050 年可再生能源占比 将达到 80%。 1.2 建 筑 技 术 开 发 国内光伏建筑发展 建筑一体化系统在不久的将来在数量和质量上都会领 先世界。 2 光伏建筑电池技术发展 随着光伏电池的不断发展，将薄膜太阳能电池集 我国的光伏一体化建筑起步较晚，直到 2004 年 我国中科院电工研究所才设计了第一个真正意义上的 成到柔性建筑材料中，比如幕墙或者带状屋顶等，成 为趋势。 光伏一体化建筑项目，装机容量为 50 万 kW 并成功 光伏建筑电池技术大概划分为 3 个发展阶段。 并网。 （1）第一代光伏建筑电池为单晶硅和多晶硅主 随后我国又建设了一些重点的示范工程，比如装 导的光伏电池，该类型电池是现如今 BAPV 市场上最 机容量 300 kW 的首都博物馆和装机容量 1 MW 的奥 常见的一种，并且已经得到了广泛的应用，各项技术 林匹克公园。2006 年上海市政府也出了十万屋顶计划， 比较成熟，性能也很稳定。 该项计划分 2 批，已于 2015 年完成，根据相关数据 由于多晶硅的光电转换效率要略优于单晶硅，多 显示上海十万屋顶计划每年可发电 4.3 kWh，节约煤 晶硅太阳能光伏电池是快速增长的光伏市场中最常见 炭 2 万 t，减少二氧化碳排放达 4 万 t。 的太阳能电池类型。市场上生产的多晶硅绝大多数被 根据最新政策《关于印发绿色建筑创建行动方案 的通知》的要求，到 2022 年城镇新建建筑中绿色建 筑面积占比达到 70 %。并且我国的光伏产业标准共规 用于光伏产业，差不多每 MW 的装机量需消耗 5 t 左 右的多晶硅原料。 （2）第二代光伏电池材料常见有碲化镉（CdTe） 划了 500 套，目前已经现行 131 套，正在制订中有 85 套， / 硫化镉（CdS）以及铜铟镓硒（CIGS）。这些材料 其他各类标准也在紧锣密鼓地制订与探讨中（表 1）。 与第一代光伏电池相比，能够吸收更广的太阳光频谱 表1 光伏建筑标准制订情况 项目概况 编号 建筑用太阳能光伏夹层玻璃 GB 29551—2013 建筑用太阳能光伏中空玻璃 光伏蜂窝一体化板 范围。（CdTe）光伏太阳能电池是继多晶硅之后世界 类型 状态 国家标准 现行 GB/T 29759—2013 国家标准 现行 — — 待制订 建筑物电气装置第7–712部分： 特殊装置或场所的要求 太阳 GB/T 16895.32—2008 国家标准 现行 能光伏（PV）电源供电系统 光伏与建筑一体化发电系统验 收规范 20111728–T–424 国家标准 制订中 光伏建筑一体化系统运行与维 护规范 JGJ/T 264—2012 行业标准 现行 工业厂房光伏建筑一体化屋顶 光伏系统 — 农村建筑太阳能利用技术条件 20083014–T–326 市场上第二丰富的太阳能光伏技术，根据 2014 年的 公开数据显示 CdTe 光伏太阳能电池世界市场份额达 7 %。First solar 的实验室中测得 CdTe 太阳能光伏电 池的最大光电转换效率为 21.5 %，平均光电转换效率 达到 14.7 %。并且 CdTe 薄膜光伏太阳能电池可以快 速制造，为传统硅基光伏技术提供了一种低成本的替 代方案。铜铟镓硒（CIGS）太阳能电池具有弹性好、 抗太阳辐射强度高、比功率高等优点，应用也越来越 广泛。 铜铟镓硒（CIGS）光伏太阳能电池在其 1.5 eV 的带隙处具有非常高的吸收系数，因此，对太阳光谱 — 待研究 国家标准 制订中 的吸收非常强。铜铟镓硒（CIGS）电池的光电转换 效率是目前所有应用的薄膜电池中最高的，在玻璃基 板上接近 20 %。根据这些特点铜铟镓硒（CIGS）光 伏电池可以用于柔性光伏模块场景，暂时无法被替代。 （3）目前，理论研究中的第三代电池有硫化铜 民用建筑太阳能光伏系统应用 技术规范 JGJ 203—2010 行业标准 现行 建筑光伏幕墙采光顶检测方法 20121191–T–333 国家标准 制订中 光伏生态温室建筑指南 — ·2· 锌锡光伏电池（CZTS）、染料敏化光伏电池、有机 光伏电池、钙钛矿光伏电池、聚合物光伏电池以及量 — 待制订 子点光伏电池。硫化铜锌锡属于四元半导体化合物， 与铜铟镓硒（CIGS）有着类似的光学和电学性质， 所以该材料非常适合做薄膜光伏电池的吸收层。但是 建 筑 技 术 开 发 Building