光電建筑:光伏應用市場的新高地
  我國建筑為經歷海外雙反沖擊的光伏企業重振提供了一個絕無僅有的最佳試驗場。而我國光電建筑也將引發光伏應用市場的又一場激烈競爭。
  
  建筑帶給光伏的機遇
  
  珠海東澳島,位于萬山區群島中部,是珠海市140個島嶼中具有旅游開發價值的島嶼之一。每年來海島旅游的人數增長約為30%,旅游旺季時,島上每天游客多達2000人。電力供應歷來是困擾海島經濟發展的瓶頸。由于島上正在興(擴)建5個旅游度假酒店和會所,對電力的需求劇增。
  
  珠海市和萬山區政府一直強調,尋找一個基于可再生能源利用的海島能源供給方案是解決海島深度開發、可持續發展、建設生態海島的關鍵。因此,該市決定以太陽能光伏應用為切入點,改善海島過去使用柴油發電成本高、電壓不穩定、每天供電只有2個小時~3個小時的狀況。
  
  中國興業太陽能技術控股有限公司是國內光伏建筑一體化的一家知名企業。該企業根據海島的自然條件和土地資源,規劃建設了東澳島文化中心、游客中心、碼頭綜合樓三處大型建筑屋面光伏發電系統,利用海島上的空地建設了地面電站。
  
  該項目建成后年發電量1128.14萬度,是東澳島此前柴油發電100萬度的10多倍。公司董事會主席劉紅維說,東澳島太陽能發電模式成功運行,開辟了海島及缺電地區電力供應新模式,對可再生能源規?;_發及商業推廣具有獨特的示范意義。
  
  東澳島太陽能光伏發電的利用想到了大地,也想到了建筑,是建筑影響人類生產生活重要性的一種凸顯。目前我國建筑節能已從建筑保溫隔熱全面轉入綠色建筑這一嶄新的發展時期。集合了建筑結構、暖通空調、可再生能源利用和環保等諸多技術的綠色建筑已成為我國節能減排的重要領域。應對雙反,光伏企業將海外市場部分回遷并落腳在建筑上是大有可為的。據統計顯示,建筑能耗占我國能源消費總量的27.5%以上;在我國既有的400多億平方米建筑中,99%屬于高耗能建筑。
  
  到2020年我國將新增建筑面積200多億平方米,建筑能耗在全社會總能耗的占比將達到約35%,超越工業用能成為用能的第一領域。如何降低這部分的建筑能耗,方法之一就是在建筑上應用光伏,獲得將太陽能直接轉換為電能的高節能貢獻率。
  
  大型企業總是先知先覺。在今年的“兩會”上,漢能控股集團公司主席、全國政協委員李河君的《希望國家可以扶持光伏建筑一體化的發展》提案受到關注。李河君認為,發展光伏建筑一體化對提高我國建筑節能水平、實現新型城鎮化目標具有重要意義。他說,我國現有建筑面積超過500億平方米,由此推算,我國現有建筑外墻面積為180億平方米。如以現有建筑外墻面積的1%、新增建筑外墻面積的30%安裝建筑光伏計算,則可安裝面積達12.6億平方米,總裝機規??蛇_81.9GW,潛在市場規模將達到1.6萬億元。在他看來,我國光伏建筑一體化產品已經成熟,市場需求開始擴大。
  
  越來越多的光伏企業也將目光聚焦于建筑,在這里,全方位拓展建筑光伏應用商業成為規模。“歐洲國家的光伏建筑一體化在太陽能發電中的運用比重超過80%,在美國這一比例也達到67%。”不少企業表示,隨著分布式光伏發電的大力推動,建筑光伏被公認為是未來光伏發電的最大市場和最主要的方向。占據光伏終端市場90%的建筑光伏在未來幾十年將形成上萬億元的產業規模。
  
  光伏產品都能用于建筑嗎
  
  建筑光伏領域的技術突破和商業化推廣,可使我國建筑由傳統能源消耗大戶變成能源生產大戶,使得我國可再生能源生產與綠色能源建筑發展緊密結合,順應趨勢,搶占高地,漢能等企業全面加速推進了光伏民用建筑一體化市場的擴大戰略。但是在建筑上應用光伏產品或技術和在地面上一樣嗎?
  
  有專家表示,從早期的光電建筑示范項目到“金太陽工程”,再到如今的分布式發電,光伏發電項目都是由光伏制造公司如光伏組件制造商、BOS平衡系統制造商、EPC公司等執行建設,這些企業關注的方向更多在于電站的發電量,比較少關注光伏與建筑的結合,以及光伏系統對建筑物的影響,因此造成安全和火災隱患、破壞建筑保溫和防水系統等質量問題層出不窮。
  
  以屋頂光伏為例,專家介紹說,我國既有和在建建筑中工業建筑占15%、公共建筑占15%、住宅建筑占70%。屋頂光伏按照屋頂的屬性,分為工商企業的屋頂光伏應用、政府與學校等公建屋頂光伏應用、民居屋頂光伏應用三大類。根據已建成的項目案例來看,形勢嚴峻并突出的技術障礙是,光伏技術或產品與建筑物屋面的結構荷載、抗震標準、系統自重、風載荷、雪載荷、抗風負荷、防火、防雷擊、屋頂設施空間布局,陰影遮擋及光伏支架接點對建筑物屋面保溫防水層的保護等諸多建筑技術要求的適應性問題。特別是,國內既有建筑大部分在當年的建筑設計和結構設計時未考慮安裝光伏發電設施,制約了光伏系統在既有建筑上的大規模應用。有些地方標準更是明確禁止“損壞房屋承重結構和破壞房屋外貌”。
  
  按照光伏方陣與建筑結合的方式不同,建筑光伏的應用分為兩大類:一類是光伏方陣與建筑的結合。這種方式是將封裝好的光伏組件平板或曲面板以支架和平鋪的方式安裝在建筑物的屋頂,光伏發電系統作為附加構件依附于建筑物上,建筑物作為光伏方陣載體,起支撐作用。另一類是光伏方陣與建筑的集成。這種方式是光伏組件以一種建筑材料(屋面瓦、屋面隔熱板、防水卷材、外墻磚、外墻保溫裝飾一體化板等)或建筑構件(遮陽板、雨篷、陽臺護板、陽光房、裝飾構件等)的形式出現,光伏構件成為建筑物不可分割的一部分。
  
  據了解,在這兩種方式中,光伏方陣與建筑的集成是光電建筑的一種高級形式。它要求光伏組件不僅要具備光伏發電的功能,還要兼顧建材的遮風、擋雨、保溫隔熱、防水防火、裝飾、防護等功能,并與建筑物有機結合、融為一體。但目前我國現有的光伏建筑項目中光伏方陣大多是通過簡單的支撐結構或以平鋪的方式將光伏組件附著在建筑屋面,不屬于國家標準規范所要求優先采用的建材型光伏構件和建筑構件。“以建筑光伏系統為主流的分布式光伏系統,與地面光伏電站是截然不同的兩個技術領域。
  
  傳統的晶硅等太陽能光伏組件主要用于地面集中電站,技術和制造工較簡單,已成為成熟的產業。光伏構件是光伏發電模塊和建材相集成的技術產品,因此它必須同時具備光伏組件特性和建材特性,必須滿足包括建筑安全和建筑節能在內的諸多技術標準。在歐、美、日等發達國家,建筑光伏一體化已成為一個單獨的高新技術產業門類,其涉及的領域包括光電建筑設計、光伏建材集合技術、光伏構件的高端設備制造、光電建筑施工建造等。我國建筑光伏一體化起步較晚,前瞻性的系統研究不夠,技術基礎比較薄弱。特別是光伏構件的研發難以跟上日益增長的市場需求。”該專家表示到。
  
  如何在建筑上安裝光伏產品
  
  光伏的建筑應用在住建領域被統稱為光電建筑。目前住建部已發布了一批光電建筑標準,涉及設計、施工、驗收、維護、并網等,以期從建筑的角度規范建筑光伏應用,涉及光電建筑的各類設計規范、技術標準也將會進一步完善細化,用于指導光電建筑建設。
  
  2009年,根據住建部《關于加快推進太陽能光電建筑應用的實施意見》的精神,為貫徹落實光電建筑在城鄉建設領域的規?;?、專業化應用,中國建筑金屬結構協會光電建筑應用委員會于當年成立,負責光電建筑應用的行業管理。
  
  面對光電建筑應用行業的現狀,光電建筑應用委員會相關負責人就在建筑上應用光伏產品或技術提出了指導性意見。
  
  光伏組件用于建筑外圍護結構,應滿足室內環境的要求:一是采光要求。在滿足室內采光要求的前提下,考慮采用光伏透明幕墻、光伏采光頂、光伏窗;光伏組件透光率與發電量成反比,應根據室內采光系數,計算光伏組件透光率和發電量,并進行經濟分析。二是通風要求。在滿足室內通風開口有效面積的前提下,考慮采用光伏幕墻、光伏窗,并應進行經濟分析;光伏組件不宜設置為開啟扇。三是保溫要求。光伏透明幕墻、光伏采光頂、光伏窗所用光伏組件,應符合所在氣候分區的傳熱系數限值;此類光伏組件應采取散熱措施(太陽電池工作溫度不應大于85攝氏度);提倡使用非透明的玻璃幕墻,光伏組件可采用夾膠玻璃。四是隔熱要求。在夏熱冬暖地區,用于光伏采光頂、光伏幕墻的光伏組件,應符合熱惰性指標;夏熱冬暖地區的光伏組件屋頂,應采取隔熱措施;夏熱冬暖地區應鼓勵采用光伏遮陽。五是隔音要求。光伏幕墻、光伏窗所用的光伏組件,應符合空氣隔聲性能要求;此類光伏組件應采取散熱措施(太陽電池工作溫度不應大于85攝氏度)。
  
  光伏組件用于建筑構造,應滿足建筑構造的要求:一是建筑屋面。在既有建筑屋面附加安裝光伏組件,要充分考慮保護原有屋頂防水層的問題;根據建筑防火等級,屋面光伏組件應符合燃燒性能要求;屋面光伏組件的玻璃應采用安全玻璃。二是建筑幕墻。光伏幕墻應符合建筑幕墻的物理性能要求;此類光伏組件應通過建筑幕墻物理性能檢測。三是建筑遮陽。戶用光伏系統適宜采用光伏遮陽;光伏組件尺寸應依據建筑外遮陽系數計算確定。四是建筑陽臺。光伏陽臺欄板構件的選擇問題,比如光伏組件強度、安全玻璃、電氣安全、燃燒性能、保溫性能等。
  
  光伏系統安裝于建筑,應符合建筑安全的要求:一是荷載。在既有建筑上大面積安裝光伏組件,應進行建筑結構荷載安全性復核;光伏屋頂、光伏幕墻、光伏遮陽應符合抗風壓等級的要求;支撐結構、節點連接的承載力應進行計算。二是防火。光伏組件背板、光伏線纜的燃燒性能應通過檢測。三是防雷。建筑光伏系統的防雷措施,例如與建筑避雷網連接、接線箱內的防雷裝置、配電柜內的浪涌保護器、并網接口設備的防雷裝置、等電位連接。四是電氣。光伏組件應通過絕緣電阻、漏電流的檢測;容易與人接觸的地方,應考慮設置直流安全電壓。
  
  光電建筑的商機
  
  “按照綠色建筑的設計理念,光伏發電系統應與建筑節能、其他可再生能源(光熱、小型風能、地熱能、生物能等)、家用電器(空調、通換風、室內空氣凈化)、采暖系統(地暖、空氣熱泵)和智能建筑等進行系統整合,通過多能互補以實現各種能源系統的合理利用、集成優化和能效最大化,建立基于太陽能綜合利用的多能互補動態耦合能源系統,最終實現太陽能等可再生能源技術突破并實現規?;瘧?。
  
  ”專家表示,光電建筑從單項技術運用向綜合技術集成發展并提供系統解決方案,已成為綠色建筑和零能耗建筑的發展方向。
  
  作為能發電的帶電建筑,光電建筑比普通建筑要復雜得多。“所面臨的技術問題,不是某個單向技術的突破就能解決的,而是需要在一系列新技術的綜合開發利用和不同行業部門之間在協調管理方面都取得制度性合作實效的基礎上,才能完成的一項復雜的系統工程。”該專家表示,作為一個多學科綜合的交叉學科,光電建筑需要將傳統的建筑學與光電工程學緊密結合在一起,開展多學科、跨專業的協同研究,合作攻關。
  
  與地面電站相比,光電建筑最顯著的特點是形式的多樣化,光電建筑的多樣化,決定了其市場的細分化;光電建筑市場的細分化,決定了光伏構件產品的差異化;光伏產品的差異化,決定了原始技術創新的無限可能性。隨著未來國內外加大光電建筑應用領域及應用范圍,尤其是各類民用和公用建筑對光伏構件集成系統的產品壽命、強度、重量、美觀、個性、安全以及與建筑結構的適應性等方面都將有更多、更高要求,這將對光伏構件的研發和創新提出更大的挑戰。
  
  不言而喻,光電建筑應國家節能減排之勁風而舞,作為光電建筑建筑材料的光伏構件將帶給光伏企業一個搶拼趕超、激烈競爭的新市場。
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