太阳能光伏建筑一体化应用现状及发展趋势_肖潇

2 0 1 0年第 2期（总第 3 3 1期）节　　　能－ 12－　　　　　　　　　　　　　ＥＮＥＲＧＹＣＯＮＳＥＲＶＡＴＩＯＮ太阳能光伏建筑一体化应用现状及发展趋势肖　潇李德英（北京建筑工程学院北京 1 0 0 0 4 8）摘要：部分发达国家从 20世纪 90年代初就开始大力发展太阳能光伏建筑一体化（ＢＩＰＶ）应用研究但其在我国尚处于起步发展阶段。2009年 5月 21日财政部与住房和城乡建设部联合出台的《关于加快推进太阳能光伏建筑应用的实施意见》正式启动了我国的 “太阳能屋顶计划 ”。本文首先介绍光伏与建筑系统结合的多种形式及光伏建筑一体化的诸多优点重点说明其在国内外的应用现状最后从政策法规、技术标准、认证制度等方面阐述其在我国的发展趋势。光伏建筑一体化是未来光伏应用中最重要的领域之一其发展前景十分广阔具有巨大的市场潜力。关键词：太阳能光伏建筑一体化（ＢＩＰＶ）；可再生能源；节能；应用现状；发展趋势中图分类号：ＴＫ514　文献标识码：Ｂ　文章编号： 1004－7948（2010）02－0012－07 1概述源 ”的新概念即通过在建筑物的外围护结构表面目前我国建筑面积已达到约 5 0 0亿ｍ每年 2 以2 0亿ｍ的速度增加预计到 2 0 2 0年还将新增 3 3 0 0亿ｍ。从数量上讲建筑能耗已接近全社会总能耗的 1／ 3并且随着我国城市化进程的加快建筑能耗将继续保持增长趋势。加快可再生能源在建筑领域中的规模化应用是降低建筑能耗、调整建筑用能结构的主要措施之一。《可再生能源中长期发展规划》中提出 “建设与建筑物一体化的屋顶太阳能并网光伏发电设施 ”“到 2 0 2 0年全国建成 2万个屋顶光伏发电项目总容量 1 0 0万ｋＷ ”。《可再生能源发展 “十一五 ”规划》中提到 “到 2 0 1 0年可再生能源在能源消费中的比重达到 1 0％ ”“在太阳能资源较好的大中城市开展光伏屋顶、阳光照明等光伏发电应用 ”“到 2 0 1 0年城市太阳能光伏系统应用达到 5万ｋＷ ”。2 0 0 9年财政部、住房和城乡建设部下发《关于加快推进太阳能光电建筑应用的实施意见》明确提出 “中央财政安排专门基金对符合条件的光电建筑应用示范工程予以补助 ”全面启动 “太阳能屋顶计划 ”。太阳能光伏发电系统作为建筑电源系统或多 2 能互补的建筑能源系统如何与建筑有机结合是光伏技术工程化应用必须解决的问题。太阳能光伏建筑一体化提出了一个 2 1世纪 “建筑物产生能基金项目：“十一五 ” 国家科技支撑计划重大项目（项目编号： 2006ＢＡＪ 03Ａ06）上布设光伏阵列产生电力为建筑物能源系统供电实现建筑物与光伏发电的集成化它将成为未来建筑一体化应用技术的热点和方向 1 ∙ 1光伏与建筑系统结合形式［1］。在2 0 0 9年财政部、住房和城乡建设部下发的《关于印发太阳能光伏建筑应用示范项目申报指南的通知》中为了体现对光伏建筑一体化应用示范项目的引导和支持将其按安装方式分为建材型、构件型和与屋顶、墙面结合安装的支架型 3种形式［2］。建材型是指将太阳能电池与瓦、砖、卷材、玻璃等建筑材料复合在一起成为不可分割的建筑构件或建筑材料如光伏瓦等（见图 1）。构件型是以建筑构件组合在一起或独立成为建筑构件的光伏组件建筑构件本身具有发电的功能。如以标准普通光伏组件或根据建筑要求定制的光伏组件构成雨棚、遮阳、栏板等（见图 2）。支架型是光伏系统跟房子没多大关系只是借用了房子的屋顶、立面的面积类似于一种可以放在平地上、荒漠上以及非农用地上的独立电站。但是在实际操作过程中发现由于工程项目情况的千差万别后两种分类无法明确界定。　　根据 2 0 0 9年财政部、住房和城乡建设部光电建筑应用示范项目的申报和实施情况建议将太阳能光伏与建筑的结合形式分为两种：一是光伏构件及系统本身具备建筑功能（见图 3）；二是光伏组件节　　　能 2 0 1 0年第 2期　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　ＥＮＥＲＧＹＣＯＮＳＥＲＶＡＴＩＯＮ－ 13－（总第 3 3 1期）及系统与建筑外表或建筑环境的一般结合形式用于人口密集的地方使用这对于土地昂贵的城市（见图 4）。换句话说建议将光伏与建筑结合形式尤其重要。既不重叠而且又准确反映了光伏与建筑一体化程内可以节省电站送电网的投资。在那些架起公共度的显著不同电网非常昂贵的地方太阳能光伏发电是一个具有分为建材型和非建材型两种二者的划分在概念上［2］。（2）可原地发电、原地用电在一定距离范围很高性价比的替代物。（3）夏季处于日照时由于大量制冷设备的使用形成电网用电高峰。ＢＩＰＶ并网系统除保证自身建筑用电外还可以向电网供电从而舒缓高峰电力需求解决电网峰谷供需矛盾具有极大的社会效益。（4）由于光伏阵列安装在屋顶和墙壁等外围护结构上吸收的太阳能转化为电能大大降低了室外综合温度减少了墙体得热和室内空调冷负荷既节省了能源又利于保证室内的空气品质。（5）由于大尺度新型彩色光伏模块和各种造型的光伏模块的诞生不仅节约了昂贵的外装饰材料（玻璃幕墙、屋顶瓦片等）而且使建筑外观更具有魅力。（6）可确保自身建筑全部或大部分用电这对于用电高峰期电力紧张的地区及无电地区极为重要。（7）避免传统电力输送时的电力损失。（8）避免由于使用一般化石燃料发电所导致的空气污染和废渣污染这对于环保要求越来越高的今天和未来是至关重要的。（9）光伏建筑系统没有移动部分并且不需要任何维护。（1 0）由于光伏电池的组件化光伏阵列安装起来很简便而且可以任意选择发电容量。（1 1）如果把光伏电池模块作为建筑物的玻璃幕墙可以减少建筑物的整体造价。当然对于光伏模块来说还应具有建筑材料所要求的隔热保温、防水防潮并且要具有一定的强度若作为采光构件（窗户、天窗等）还要有一定的透明度。（1 2）在建筑围护结构上安装光伏阵列可以促进光伏组件的大规模生产从而进一步降低ＰＶ 1 ∙ 2光伏建筑一体化系统优点从建筑、技术和经济角度来看光伏建筑一体［4］化有以下诸多优点：（1）光伏组件可以有效的利用围护结构表面如屋顶或墙面无需额外用地或增建其他设施适部件的市场价格这对ＢＩＰＶ系统的广泛应用有着极大的推动作用。 2国内外光伏建筑应用现状 2 ∙ 1国外应用现状国外对太阳能光伏建筑一体化系统的研究已 2 0 1 0年第 2期（总第 3 3 1期）节　　　能　　　　　　　　　　　　　ＥＮＥＲＧＹＣＯＮＳＥＲＶＡＴＩＯＮ－ 14－有较长时间。国外的光伏建筑发展是从示范到推广从屋顶光伏到与建筑集成并进而将光伏组件作为一种新型的建筑材料发展。一些发达国家特别是美国、德国和日本在光伏建筑一体化方面已经有了相当成熟的设计经验和技术 2 ∙ 1 ∙ 1发展历程［5］。美国是世界上能量消耗最大的国家为降低能耗减少污染调整能源结构政府制定了一系列政策和计划科研机构和有关公司纷纷响应积极推进光伏建筑一体化项目的实施有 “百万太阳能屋顶计划 ”、“光伏建筑良机计划 ”。国会也通过了 “节约能源房屋建筑法规 ”等鼓励新能源利用的法律文件；在经济上也采取有效措施不仅在太阳能光伏利用研究方面投入大量经费而且由国会通过进光电ＰＶ计划 ”旨在推进光电技术进步建立光伏产业集团。 2 ∙ 1 ∙ 2相关政策德国 2 0 0 4年通过了 “优先利用可再生能源法 ”强制太阳能光伏电力入网并给予并网电价补贴使得德国成为光电应用增长最快的国家。 2 0 0 7年新增装机容量 1 1 0 0ＭＷ累计装机容量 3 ∙ 6ＧＷ居世界首位。日本政府在 1 9 9 4～2 0 0 3年间成功实施一轮补贴使得 2 0 0 4年日本光伏累计安装量达 1 1 0 0ＭＷ成为当时全球光伏装机容量最大的国家。但日本政府于 2 0 0 6年 3月停止对太阳能行业的补贴。美国自 2 0 0 5年起施行光伏投资税减免政策使美国光伏产业得到较快增长 2 0 0 7年新增装机容量 1 9 0ＭＷ仅次于德国、西班牙和日一项对太阳能光伏系统买主减税的优惠办法。因本。该政策规定：居民或企业法人在住宅和商用建此美国太阳能光伏建筑的发展极为迅速无论是筑屋顶安装光伏系统发电所获收益享受投资税减对太阳能光伏建筑的研究、设计一体化还是材料、房屋部件结构的产品开发、应用以及真正形成商免减免额相当于系统安装成本的 3 0％单户居民住宅的减免额不超过 2 0 0 0美元。自 2 0 0 8年爆发业运作的房地产开发美国均处于世界领先地位全球性金融危机以来世界光伏市场需求萎缩光并在国内形成了完整的太阳能建筑产业化体系。伏系统成本随之下降。德国、西班牙对太阳能光伏德国是世界上应用太阳能、实现太阳能建筑一体化的强国。光伏发电系统与建筑结合的早期形式主要就是 “屋顶计划 ”这是德国率先提出的方发电的扶持力度有所降低。但从整体看世界各国对太阳能光伏发电的政策扶持力度在逐年加大。德国对光伏并网电价的补助拟从原先每年的案并进行了具体实施。1 9 9 0年首先开始实施 “一补助降幅 5％调整为 2 0 0 9年的 9％～1 0％。西班 5ｋＷ的户用联网光伏系统。1 9 9 8年 1 0月提出了太阳能发电并网的补贴费用削减了 2 7％。日本经千屋顶计划 ”在私人住宅屋顶上推广容量为 1～在 6年内安装 1 0万套ＰＶ屋顶系统总容量在 3 0 0～5 0 0ＭＷ。德国在 1 9 9 9年开始实施 “十万太阳能屋顶 ” ［6］计划单是在 2 0 0 3年就安装了牙政府也对电力购买强制入网制度进行了调整将济贸易工业部从 1月份开始计划恢复对太阳能电池板行业的所有