光电建筑：光伏应用市场的新高地

   我国建筑为经历海外双反冲击的光伏企业重振提供了一个绝无仅有的最佳试验场。而我国光电建筑也将引发光伏应用市场的又一场激烈竞争。

      建筑带给光伏的机遇

      珠海东澳岛，位于万山区群岛中部，是珠海市140个岛屿中具有旅游开发价值的岛屿之一。每年来海岛旅游的人数增长约为30%，旅游旺季时，岛上每天游客多达2000人。电力供应历来是困扰海岛经济发展的瓶颈。由于岛上正在兴（扩）建5个旅游度假酒店和会所，对电力的需求剧增。

      珠海市和万山区政府一直强调，寻找一个基于可再生能源利用的海岛能源供给方案是解决海岛深度开发、可持续发展、建设生态海岛的关键。因此，该市决定以太阳能光伏应用为切入点，改善海岛过去使用柴油发电成本高、电压不稳定、每天供电只有2个小时～3个小时的状况。

      中国兴业太阳能技术控股有限公司是国内光伏建筑一体化的一家知名企业。该企业根据海岛的自然条件和土地资源，规划建设了东澳岛文化中心、游客中心、码头综合楼三处大型建筑屋面光伏发电系统，利用海岛上的空地建设了地面电站。

      该项目建成后年发电量1128.14万度，是东澳岛此前柴油发电100万度的10多倍。公司董事会主席刘红维说，东澳岛太阳能发电模式成功运行，开辟了海岛及缺电地区电力供应新模式，对可再生能源规模化开发及商业推广具有独特的示范意义。

      东澳岛太阳能光伏发电的利用想到了大地，也想到了建筑，是建筑影响人类生产生活重要性的一种凸显。目前我国建筑节能已从建筑保温隔热全面转入绿色建筑这一崭新的发展时期。集合了建筑结构、暖通空调、可再生能源利用和环保等诸多技术的绿色建筑已成为我国节能减排的重要领域。应对双反，光伏企业将海外市场部分回迁并落脚在建筑上是大有可为的。据统计显示，建筑能耗占我国能源消费总量的27.5%以上；在我国既有的400多亿平方米建筑中，99%属于高耗能建筑。

      到2020年我国将新增建筑面积200多亿平方米，建筑能耗在全社会总能耗的占比将达到约35%，超越工业用能成为用能的第一领域。如何降低这部分的建筑能耗，方法之一就是在建筑上应用光伏，获得将太阳能直接转换为电能的高节能贡献率。

      大型企业总是先知先觉。在今年的“两会”上，汉能控股集团公司主席、全国政协委员李河君的《希望国家可以扶持光伏建筑一体化的发展》提案受到关注。李河君认为，发展光伏建筑一体化对提高我国建筑节能水平、实现新型城镇化目标具有重要意义。他说，我国现有建筑面积超过500亿平方米，由此推算，我国现有建筑外墙面积为180亿平方米。如以现有建筑外墙面积的1%、新增建筑外墙面积的30%安装建筑光伏计算，则可安装面积达12.6亿平方米，总装机规模可达81.9GW，潜在市场规模将达到1.6万亿元。在他看来，我国光伏建筑一体化产品已经成熟，市场需求开始扩大。

      越来越多的光伏企业也将目光聚焦于建筑，在这里，全方位拓展建筑光伏应用商业成为规模。“欧洲国家的光伏建筑一体化在太阳能发电中的运用比重超过80%，在美国这一比例也达到67%。”不少企业表示，随着分布式光伏发电的大力推动，建筑光伏被公认为是未来光伏发电的最大市场和最主要的方向。占据光伏终端市场90%的建筑光伏在未来几十年将形成上万亿元的产业规模。

      光伏产品都能用于建筑吗

      建筑光伏领域的技术突破和商业化推广，可使我国建筑由传统能源消耗大户变成能源生产大户，使得我国可再生能源生产与绿色能源建筑发展紧密结合，顺应趋势，抢占高地，汉能等企业全面加速推进了光伏民用建筑一体化市场的扩大战略。但是在建筑上应用光伏产品或技术和在地面上一样吗？

      有专家表示，从早期的光电建筑示范项目到“金太阳工程”，再到如今的分布式发电，光伏发电项目都是由光伏制造公司如光伏组件制造商、BOS平衡系统制造商、EPC公司等执行建设，这些企业关注的方向更多在于电站的发电量，比较少关注光伏与建筑的结合，以及光伏系统对建筑物的影响，因此造成安全和火灾隐患、破坏建筑保温和防水系统等质量问题层出不穷。

      以屋顶光伏为例，专家介绍说，我国既有和在建建筑中工业建筑占15%、公共建筑占15%、住宅建筑占70%。屋顶光伏按照屋顶的属性，分为工商企业的屋顶光伏应用、政府与学校等公建屋顶光伏应用、民居屋顶光伏应用三大类。根据已建成的项目案例来看，形势严峻并突出的技术障碍是，光伏技术或产品与建筑物屋面的结构荷载、抗震标准、系统自重、风载荷、雪载荷、抗风负荷、防火、防雷击、屋顶设施空间布局，阴影遮挡及光伏支架接点对建筑物屋面保温防水层的保护等诸多建筑技术要求的适应性问题。特别是，国内既有建筑大部分在当年的建筑设计和结构设计时未考虑安装光伏发电设施，制约了光伏系统在既有建筑上的大规模应用。有些地方标准更是明确禁止“损坏房屋承重结构和破坏房屋外貌”。

      按照光伏方阵与建筑结合的方式不同，建筑光伏的应用分为两大类：一类是光伏方阵与建筑的结合。这种方式是将封装好的光伏组件平板或曲面板以支架和平铺的方式安装在建筑物的屋顶，光伏发电系统作为附加构件依附于建筑物上，建筑物作为光伏方阵载体，起支撑作用。另一类是光伏方阵与建筑的集成。这种方式是光伏组件以一种建筑材料（屋面瓦、屋面隔热板、防水卷材、外墙砖、外墙保温装饰一体化板等）或建筑构件（遮阳板、雨篷、阳台护板、阳光房、装饰构件等）的形式出现，光伏构件成为建筑物不可分割的一部分。

      据了解，在这两种方式中，光伏方阵与建筑的集成是光电建筑的一种高级形式。它要求光伏组件不仅要具备光伏发电的功能，还要兼顾建材的遮风、挡雨、保温隔热、防水防火、装饰、防护等功能，并与建筑物有机结合、融为一体。但目前我国现有的光伏建筑项目中光伏方阵大多是通过简单的支撑结构或以平铺的方式将光伏组件附着在建筑屋面，不属于国家标准规范所要求优先采用的建材型光伏构件和建筑构件。“以建筑光伏系统为主流的分布式光伏系统，与地面光伏电站是截然不同的两个技术领域。

      传统的晶硅等太阳能光伏组件主要用于地面集中电站，技术和制造工较简单，已成为成熟的产业。光伏构件是光伏发电模块和建材相集成的技术产品，因此它必须同时具备光伏组件特性和建材特性，必须满足包括建筑安全和建筑节能在内的诸多技术标准。在欧、美、日等发达国家，建筑光伏一体化已成为一个单独的高新技术产业门类，其涉及的领域包括光电建筑设计、光伏建材集合技术、光伏构件的高端设备制造、光电建筑施工建造等。我国建筑光伏一体化起步较晚，前瞻性的系统研究不够，技术基础比较薄弱。特别是光伏构件的研发难以跟上日益增长的市场需求。”该专家表示到。

      如何在建筑上安装光伏产品

      光伏的建筑应用在住建领域被统称为光电建筑。目前住建部已发布了一批光电建筑标准，涉及设计、施工、验收、维护、并网等，以期从建筑的角度规范建筑光伏应用，涉及光电建筑的各类设计规范、技术标准也将会进一步完善细化，用于指导光电建筑建设。

      2009年，根据住建部《关于加快推进太阳能光电建筑应用的实施意见》的精神，为贯彻落实光电建筑在城乡建设领域的规模化、专业化应用，中国建筑金属结构协会光电建筑应用委员会于当年成立，负责光电建筑应用的行业管理。

      面对光电建筑应用行业的现状，光电建筑应用委员会相关负责人就在建筑上应用光伏产品或技术提出了指导性意见。

      光伏组件用于建筑外围护结构，应满足室内环境的要求：一是采光要求。在满足室内采光要求的前提下，考虑采用光伏透明幕墙、光伏采光顶、光伏窗；光伏组件透光率与发电量成反比，应根据室内采光系数，计算光伏组件透光率和发电量，并进行经济分析。二是通风要求。在满足室内通风开口有效面积的前提下，考虑采用光伏幕墙、光伏窗，并应进行经济分析；光伏组件不宜设置为开启扇。三是保温要求。光伏透明幕墙、光伏采光顶、光伏窗所用光伏组件，应符合所在气候分区的传热系数限值；此类光伏组件应采取散热措施（太阳电池工作温度不应大于85摄氏度）；提倡使用非透明的玻璃幕墙，光伏组件可采用夹胶玻璃。四是隔热要求。在夏热冬暖地区，用于光伏采光顶、光伏幕墙的光伏组件，应符合热惰性指标；夏热冬暖地区的光伏组件屋顶，应采取隔热措施；夏热冬暖地区应鼓励采用光伏遮阳。五是隔音要求。光伏幕墙、光伏窗所用的光伏组件，应符合空气隔声性能要求；此类光伏组件应采取散热措施（太阳电池工作温度不应大于85摄氏度）。

      光伏组件用于建筑构造，应满足建筑构造的要求：一是建筑屋面。在既有建筑屋面附加安装光伏组件，要充分考虑保护原有屋顶防水层的问题；根据建筑防火等级，屋面光伏组件应符合燃烧性能要求；屋面光伏组件的玻璃应采用安全玻璃。二是建筑幕墙。光伏幕墙应符合建筑幕墙的物理性能要求；此类光伏组件应通过建筑幕墙物理性能检测。三是建筑遮阳。户用光伏系统适宜采用光伏遮阳；光伏组件尺寸应依据建筑外遮阳系数计算确定。四是建筑阳台。光伏阳台栏板构件的选择问题，比如光伏组件强度、安全玻璃、电气安全、燃烧性能、保温性能等。

      光伏系统安装于建筑，应符合建筑安全的要求：一是荷载。在既有建筑上大面积安装光伏组件，应进行建筑结构荷载安全性复核；光伏屋顶、光伏幕墙、光伏遮阳应符合抗风压等级的要求；支撑结构、节点连接的承载力应进行计算。二是防火。光伏组件背板、光伏线缆的燃烧性能应通过检测。三是防雷。建筑光伏系统的防雷措施，例如与建筑避雷网连接、接线箱内的防雷装置、配电柜内的浪涌保护器、并网接口设备的防雷装置、等电位连接。四是电气。光伏组件应通过绝缘电阻、漏电流的检测；容易与人接触的地方，应考虑设置直流安全电压。

      光电建筑的商机

     “按照绿色建筑的设计理念，光伏发电系统应与建筑节能、其他可再生能源（光热、小型风能、地热能、生物能等）、家用电器（空调、通换风、室内空气净化）、采暖系统（地暖、空气热泵）和智能建筑等进行系统整合，通过多能互补以实现各种能源系统的合理利用、集成优化和能效最大化，建立基于太阳能综合利用的多能互补动态耦合能源系统，最终实现太阳能等可再生能源技术突破并实现规模化应用。”

      专家表示，光电建筑从单项技术运用向综合技术集成发展并提供系统解决方案，已成为绿色建筑和零能耗建筑的发展方向。

      作为能发电的带电建筑，光电建筑比普通建筑要复杂得多。“所面临的技术问题，不是某个单向技术的突破就能解决的，而是需要在一系列新技术的综合开发利用和不同行业部门之间在协调管理方面都取得制度性合作实效的基础上，才能完成的一项复杂的系统工程。”该专家表示，作为一个多学科综合的交叉学科，光电建筑需要将传统的建筑学与光电工程学紧密结合在一起，开展多学科、跨专业的协同研究，合作攻关。

      与地面电站相比，光电建筑最显著的特点是形式的多样化，光电建筑的多样化，决定了其市场的细分化；光电建筑市场的细分化，决定了光伏构件产品的差异化；光伏产品的差异化，决定了原始技术创新的无限可能性。随着未来国内外加大光电建筑应用领域及应用范围，尤其是各类民用和公用建筑对光伏构件集成系统的产品寿命、强度、重量、美观、个性、安全以及与建筑结构的适应性等方面都将有更多、更高要求，这将对光伏构件的研发和创新提出更大的挑战。

      不言而喻，光电建筑应国家节能减排之劲风而舞，作为光电建筑建筑材料的光伏构件将带给光伏企业一个抢拼赶超、激烈竞争的新市场。