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BIPV产业化蓄势待发

日期:2018-09-18    来源:摩尔光伏

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2018
09/18
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关键词: 光伏建筑一体化 光伏应用 分布式光伏 太阳能技术

5月31日,国家发展改革委、财政部、国家能源局联合发布《关于2018年光伏发电有关事项的通知》(531新政),给了分布式光伏一个急刹车,令光伏人感到了严冬的寒意。建筑分布式光伏,从建筑与光伏结合的角度,通常为BAPV,即建筑物附加光伏系统,是光伏产品的一个主要应用方向。分布式光伏受限,是限制了光伏企业的发展,还是促进光伏行业企业另辟蹊径?还有哪些领域亟待突破?由此,能与建筑良好结合的BIPV又重新引起大家的关注。

BIPV(Building Integrated PV)即光伏建筑一体化,是与新建筑物同时设计、同时施工和同时安装并与建筑形成完美结合的光伏发电系统,是建筑物必不可少的一部分,既发挥建筑材料的功能(如遮风、挡雨、隔热等),又发挥发电的功能,使建筑物成为绿色建筑。而其中的光伏也将摆脱通过卖电收回成本的历史,转而通过“绿色”概念的增值获得效益。

但是,到目前为止,中国乃至世界范围内BIPV都没有形成真正的产业,还停留在技术实践及示范案例阶段。BIPV仍是一种概念性、前瞻性的储备项目,如何推动BIPV产业的发展一直为政府及业内关注。

531新政是否给BIPV的发展带来机遇?BIPV跨建筑与光伏两个领域,两个领域如何跨界融合?需要什么样的发展模式?目前有无经验可借鉴?跨界推动BIPV的难点及关键点是什么?时机到了吗?抱着集思广益推动BIPV快速发展的目的,2018年8月20日,中国建筑学会建筑幕墙学术委员会联合中国可再生能源学会太阳能建筑专委会于北京九华山庄组织举行了“2018BIPV闭门研讨会”,召集来自建筑行业、光伏行业、设计院的代表深入研讨亟待解决的BIPV技术创新以及成本等瓶颈问题,跨界交流。

在中国可再生能源学会理事、中国建筑学会仲继寿秘书长积极推动下,会议顺利召开,美国Firstsolar加州技术研发中心主任熊刚博士现场主持了本次会议。

示范项目为主,产业化发展滞后

BIPV的概念提出很早,几乎与光伏产业化发展同步,包括中国在内的世界各国也展开了很多相关的技术研究。

我国BIPV产业自2006~2008年左右起步,开始建设一些规模相对较小的BIPV示范项目。2009年开始,在“光电建筑应用示范”项目的政策支持下BIPV迅速发展。据统计,2009年~2012年,建成的BIPV示范项目装机容量累计约906MW。与此同时,相关建筑光伏构件产品大量涌现。2012年中期以后,随着“光电建筑应用示范”项目的停止,BIPV项目建设量陡降,更多的建筑光伏系统以屋顶光伏即BAPV的形式出现。

虽然BIPV具有高效、环保,符合绿色建筑的概念等诸多优点,并已在很多示范工程上得以运用,但无论国内外,光电建筑还远未实现规模化与产业化,发展缓慢并处于摸索阶段。

导致这一状态的因素很多,包括符合建材需求且低成本的光伏产品较少,且存在造价、成本居高与可靠性等多方面问题;建筑行业与光伏行业的隔阂;投资回报低,商业链条尚未健全;BIPV在功能及产品定位以及标准化等方面尚有欠缺;以及缺少清晰明确的政策扶持等。

光伏应倾听建筑的声音

BIPV是两个行业的融合,这首先要做到思想上的统一。对于光伏人而言更要了解建筑思维。

仲继寿指出,真正的BIPV指的是光伏系统要集成到建筑中去,作为建筑的一部分。比如作为采光顶、屋面瓦、幕墙等等,不应一味强调发电量。

有人认为BIPV成本高。对于如何计算BIPV成本,仲继寿指出,应该基于建筑全生命周期去考虑,不应该把BIPV等同于普通的屋顶电站,更不应该按照6-8年回收周期计算收益,而要将光伏成本融入建筑成本一起计算,减去叠加的成本。这样来看,成本就不那么高。如果要推广BIPV,那么建筑在设计初期就应该思考与设计光伏应用,考虑了屋面的倾角,考虑维护结构的材料以及材料是否可以叠加上光伏,让光伏与建筑有机结合,例如像苹果飞船总部大楼就是一个很好的案例,苹果采用BIPV的形式来建设总部大楼,设计之初,就把建筑材料与光伏结合在一起考虑,成本上也是合适的。

目前,以市场导向的BIPV项目寥寥无几。BIPV的投资主体和资产主体没有完全结合起来造成其推广不能达到预期效果,原因在于光伏企业不能从建筑本身与能源需求平衡的角度去考虑BIPV,进而满足建筑需要;另外,建筑企业或业主也并不了解光伏,这就造成两个行业很难达成共识,不能形成利益共同体。所以,建筑行业和光伏行业必须合作,紧密的团结起来。仲继寿从利益主体的角度这样看。

“发展BIPV首先需要有正确的思想,就是不要把光伏建筑当做光伏电站来考虑,而是应该在满足建筑的前提下,使用光伏产品,实现发电功能。”中国建筑科学研究院光电建筑技术应用研究所高级工程师徐福利强调,“以前存在这样的误区,就是做电站的做电站、做建筑的做建筑,对建筑安全问题或者能否发电互不关心,多年来国内外没有突破的都是用电安全问题。法国和日本做的稍微好一些,就是每个建筑上用一点点,而不是建个大电站。概念理顺了,就可以去平衡建筑上的发电、透光、安全等问题,推进BIPV的发展。”

据中国建筑设计研究院有限公司太阳能建筑技术研究所所长鞠晓磊介绍,除政府项目外,目前建设BIPV的主要项目是光伏企业自己建设的示范性项目。从建筑设计师的角度来考虑BIPV的问题,鞠晓磊认为首先不能把建筑当做电站来考虑,在此前提下才可以谈光伏建筑一体化;其次,目前如果推动BIPV的发展需要充分发挥建筑设计师的能动性。

龙焱经过了大量的实践后,认为现阶段BIPV市场化进度缓慢,目前还是有情怀、有环保意识的企业在做建筑光伏。难点在于,建筑行业不了解光伏、光伏行业更不了解建筑,现阶段光伏产品既不能满足建筑美学,又不能满足个性化定制需求,BIPV还有很长的路要求走。光伏行业要遵循几千年来建筑行业形成的规范,产品要符合建筑需求,寻找建筑与光伏的契合点,不断创新,进一步降低成本。

产品应向建材化和构件化发展

随着光伏行业的发展,可应用于BIPV的光伏组件也越来越多,例如有双玻组件,主流组件制造企业均可生产;有中空组件,代表企业有汉能、龙焱等;有不透光设计的组件,代表企业有Firstsolar等;有透光设计组件,代表企业有龙焱、汉能、创益等;有U型组件,代表企业有深圳优行;有多主栅或无主栅+黑色背板组件,代表企业有英利、中来、LG等;有叠瓦组件,代表企业有东方环晟、赛拉弗等;有花纹可定制的MWT组件,代表企业有日托光伏;有彩色或花纹薄膜组件,代表企业有中建材、中国投资集团、龙焱等。但是,会上有专家指出,目前用于BIPV的光伏产品都是基于光伏设计考虑,对建筑装饰的偏重较弱,因而符合建材需求的光伏产品较少。

目前,为满足建筑需求,光伏产品正朝着建材化和构件化的方向发展。比如,适合于瓦屋面的光伏瓦,适合于防水材料的柔性薄膜光伏组件,适合于幕墙和采光顶的中空光伏组件,适合于采光要求的不同透光率的光伏组件,适合于上人屋面和防火的蜂窝式光伏组件,适合于分散布局的微型逆变器,以及适合于建筑美观和防水的整体光伏屋顶构造等。

中国建材国际工程集团薄膜事业部部长殷新建介绍,中建材大面积碲化镉薄膜发电玻璃已经成功实现量产,即在普通玻璃上镀上碲化镉光电材料,,进而变成可发电的建筑材料,实现了玻璃与材料的有机结合。可替代砖头、幕墙等建材,为大规模光伏建筑一体化的实施奠定了坚实基础。另外,中建材还提出并制订CdTe材料和组件行业标准,形成CdTe薄膜光伏组件的建筑一体化技术规范。

随着适合于建筑的铜铟镓硒光伏构件、碲化镉光伏构件等产品国产化进程加速,“光伏+建筑”实际应用也正慢慢提速。

技术瓶颈与突破

建筑有新八字方针“适用、经济、绿色、美观”,从建筑角度看,光伏产品需要通过满足建材的特性来打动建筑行业,吸引建筑人的目光。真正的BIPV技术应与建筑产业对接,融为一体。光伏产品应该成为建筑构件的一部分,必须具备隔热保温、可装配、长寿命、低成本等建材特点。

解决散热难题

“目前,光伏幕墙应用比较多,但是发热问题难以解决,无论把热量导到室内还是室外都存在问题。”鞠晓磊在BIPV项目中遇到这样的问题,其他与会嘉宾也遇到同样的困难。汉能应用产品研发部首席技术官武振羽表示,在光伏电站中,组件温度可能达到90℃,而在BIPV中就能够达到120℃-130℃,甚至会更高。在汉能的研究中发现,很多组件温度达到85℃以上就不发电或者发电量很少。因此,解决光伏组件的散热,同时解决室内隔热问题是推动BIPV的一个主要技术难题。导热材料是汉能解决这一难题的研究方向,并且在低价格的导热材料上已经取得进展。

废热利用提高BIPV的经济价值,也是一个解决散热问题的途径,北京工业大学建筑工程学院建筑环境与设备工程系赵耀华主任正在带领团队研究利用高效的导热材料将光伏电池降温的同时有效利用废热为建筑提供采暖及生活热水。

光伏组件需尺寸多样

光伏组件产品尺寸不够多样化及成本问题也是常见问题。从建筑的角度来看,符合建材需求的光伏产品比较少是导致BIPV推进困难的一个主要原因。“对于建筑设计师来说,缺乏可用的光伏产品。大多数光伏组件产品都是固定尺寸的,这会限制建筑设计师的设计,但如果进行切割会影响发电,。目前能较好用于建筑上的光伏产品只有光伏瓦,有薄膜或晶硅产品,用作建筑屋顶。”鞠晓磊这样说。

武振羽认为,光伏组件尺寸多样化应该不是问题,在实际生产线里加入可调整的加工范围,并实现半自动化,这样既能规模化,又能尺寸多样化,成本也能降下来。

另外,轻质化、方便安装也是建筑行业对光伏组件的要求。

其他的问题与考虑

此外,光伏产品成为建筑构件时,要伴随建筑的整个生命周期,这就需要光伏产品的寿命与建筑的寿命相匹配,光伏故障概率达到建筑的要求才能真正在建筑领域广泛应用。

在安全方面,要对整个建筑生态系统、电力系统、能源管理系统等进行深入与透彻的研究,例如,在光伏温度超过安全值或电路出现异常时,建筑电力系统实现自动关断,从而保证建筑设施的安全和可靠。

新材料也是加快BIPV发展的必要手段。通过新材料可解决现有BIPV中的隔音隔热等问题,并可能成为降低成本的一条路径,但多种新材料的引进需要诸多测试,更需要大量资金投入。

四川大学冯良桓教授还提出BIPV应与直流用电一起提倡和推广。由于光伏发电为直流电,直流用电和BIPV结合,能带来更大的优势。在非生产、制造、铁路交通、冶炼等用电上,特别是家用、办公用电器,已完全具备直流用电的条件。中国兴业太阳能技术控股有限公司研究院副院长罗多表示兴业已参与了多项直流电项目研究,希望更多的光伏企业关注这一课题。

政策的补位

一个新兴产业的发展,政府政策往往起着重要作用。目前,我国并没有关于BIPV的针对性政策,而是参照分布式光伏发电的补贴政策按照实际使用的发电量来进行补贴,没有额外对于BIPV的补贴。光伏建筑更高的组件和安装费用、以及安装位置的发电效率折损使得发电收益与投入不成正比,投资回收期相对普通屋面分布式电站相比缺乏竞争力。

是否应该推出针对BIPV的政策?仲继寿提出,一个政府长期补贴的行业是不可能发展的。政府部门可以进行短期补贴,但是长期依赖政府,而不从新技术、新材料、新工艺的发展去降低成本是不可行的。通过材料创新、技术创新、工艺创新,去降低光伏系统成本,这才是BIPV发展根本之路。

四川大学冯良恒教授认为,政府补贴是一种形式,实际上政府可以使用很多手段促进BIPV的发展。BIPV的发展未必需要补贴政策,但是一些引导性的、鼓励性的政策是必不可少的。

总的看来,目前光伏建筑一体化还停留在光伏为主的阶段,没有上升到以建筑的角度来看待光伏的层次。以建筑的观点看“光伏+建筑”,光伏要遵守建筑的规范要求,当光伏产品完全成为符合建筑要求的构件时,BIPV必然会有蓬勃的发展。

与会专家讨论后认为,光伏要与建筑结合,那里是光伏的未来,也是建筑的未来。

光伏行业自身的发展越来越走向精细化,绿色建筑的发展也对节能技术提出越来越多的要求,这些将倒逼BIPV方案快速成熟化,驱动BIPV产业快速发展。

随着光伏技术的不断发展,成本不断下降,应用场景不断扩展,或许,BIPV产业化的时间节点到了!

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