BIPV用太陽能做屋頂

不知細心的你有沒有發現，出現在高樓大廈上的光伏組件，除了直接依附在建築物表麵上以外，更多地開始直接作為(wei) 建築物本身的一部分。無論是柏林的中央火車站，還是鳥巢或水立方，這樣的情況已經越來越多了。

如果你坐飛機盤旋在上海世博園區的上方，一定會(hui) 看到這樣的情景，很多展出場館都無比閃耀。英國零碳館屋頂上的深色太陽能電池板本身就是屋頂建材，通過吸收太陽能所產(chan) 生的能量不僅(jin) 用於(yu) 發電、供暖，還與(yu) 風能和地源熱能共同帶動室內(nei) 通風，調節屋內(nei) 的溫度和濕度；法國阿爾薩斯案例館的“水幕太陽能牆”外層同樣覆蓋太陽能電池板，能把照射到牆體(ti) 外層的太陽光轉換成電，維持“水幕太陽能牆”不斷運作的同時，為(wei) 建築帶來冬暖夏涼的感覺。

這一次，光伏建築一體(ti) 化(Building Integrated Photovoltaics，下稱“BIPV”)的概念開始深入人心。中國館、主題館、世博中心和城市未來館四座標誌性建築上都采用了這種技術。上海世博會(hui) 上光伏建築的太陽能發電規模達到4.68兆瓦，年均發電可達406萬(wan) 千瓦時，減排二氧化碳總量逾3400噸。

那麽(me) 什麽(me) 是BIPV？BIPV是指用光伏材料部分地代替傳(chuan) 統建築材料，運用到屋頂、玻璃天窗以及幕牆等建築外層上。南京南洲新能源研究發展有限公司董事長徐誦舜對此做了這樣一個(ge) 形象的比喻：“如果說建築是人體(ti) ，過去，光伏材料是人身上的衣服、鞋子、首飾，那麽(me) 現在，光伏材料便是眼睛、鼻子、嘴，是建築物不可或缺的組成部分。”

這種新技術的一大好處是，由於(yu) 與(yu) 建築業(ye) 緊密結合，從(cong) 建築最開始的設計到施工環節便加入光伏組件，將組件作為(wei) 建築物本身的一部分，而不是附著在表麵上可有可無的東(dong) 西，便大大減少了建築材料的使用，節約了這部分的成本以及人力成本。所以，BIPV的市場具備著無限的潛力，這個(ge) 市場的發展速度可能比過去5年裏傳(chuan) 統光伏市場的速度還要快。

● 國際巨頭的先行之旅

據有關(guan) 機構預測，至2015年，BIPV的總體(ti) 市場規模近50億(yi) 美元。BIPV巨大的市場潛力深深吸引著全世界的公司。

總部位於(yu) 美國密歇根州的Uni-Solar公司是目前這個(ge) 領域的領軍(jun) 者，也是最早將屋頂光伏麵板商用化的公司。今年年初，Uni-Solar宣布向Enel綠色電力公司提供25兆瓦Uni-Solar品牌屋頂光伏麵板，用於(yu) CIS-Interporto di Nola公司在意大利的多幢建築物中。完成之後，可年發電約3300萬(wan) 千瓦時。

Uni-Solar生產(chan) 的柔性非晶矽太陽能光電模塊采用三層複合技術，擴大了其光譜的吸收範圍，極大地提高了轉換效率。此外，由於(yu) 在連續的不鏽鋼板卷上使用特殊的電機工藝，使得這些模塊具備了柔韌、可適度彎曲的特性。這一特性使其特別適用於(yu) BIPV。

Uni-Solar生產(chan) 的太陽能屋頂采用的是非晶矽電池。針對通常非晶矽電池轉換率較低的問題，Uni-Solar則通過改良的CVD(Chemical Vapor Deposition, 化學氣相澱積)技術來解決(jue) 。CVD即把含有構成薄膜元素的氣態反應劑或液態反應劑的蒸氣及反應所需其他氣體(ti) 引入反應室，在襯底表麵發生化學反應生成薄膜的過程。

采用這個(ge) 技術，不僅(jin) 能將生產(chan) 線的吞吐量增加一倍，同時還能夠在更大的區域內(nei) 實現更均勻的材料沉積，從(cong) 而將長期以來6.7%的電池表麵轉換率進一步提高。Uni-Solar公司將在2010年內(nei) 實現部分電池轉換率達到8.2%，並且在2011年年底前實現約10%的轉換率，並將設備滿負荷運轉時的生產(chan) 成本降至每瓦1.5美元。

傳(chuan) 統的大型跨國公司也希望在BIPV中分食一杯羹。比如陶氏公司最近推出了一種太陽能瓦片，在設計中結合了低成本的CIGS太陽能電池，使瓦片擁有了發電性能。標準瀝青瓦片是美國最流行的屋麵材料，而陶氏的太陽能瓦片可以與(yu) 瀝青瓦片一同安裝到屋頂上，實現真正的無縫式安裝。陶氏把這種太陽能屋瓦設計成與(yu) 常規瓦片同樣的標準，所以那些安裝常規瓦片的承包商就可以完成太陽能瓦片的安裝。這項技術在去年被美國《時代周刊》評為(wei) 年度最具創新的50大發明之一，係統將於(yu) 2011年投入廣泛應用。

此外，BIPV也給一些傳(chuan) 統的建築公司開辟了一條新道路。比如德國專(zhuan) 門生產(chan) 新式門窗塑鋼框架結構產(chan) 品的Schüco公司，其采用光伏組件構成半透明的具備隔熱性能的玻璃元素，作為(wei) 玻璃窗的材料，兼顧了節能、耐用和建築物美觀等元素。

● 國內(nei) 的新磚瓦

國內(nei) 也有公司開始專(zhuan) 攻這個(ge) 領域。徐誦舜在太陽能應用領域裏有著30年的研究經驗，在國內(nei) 眾(zhong) 多企業(ye) 還在爭(zheng) 搶著上馬多晶矽項目的時候，徐誦舜決(jue) 定把重點放在BIPV上。有感於(yu) 光伏市場在外的現狀，徐誦舜認為(wei) ，一定要把目光放到國內(nei) 光伏的真正應用上。

“要設計出普通百姓都能用的產(chan) 品，而不僅(jin) 僅(jin) 是搞一兩(liang) 個(ge) 示範工程。”徐誦舜說。不過他的產(chan) 品初步為(wei) 世人所知，還是依靠“示範項目”。

在上海世博會(hui) 聯合國館的正門前，有一個(ge) 供參觀者遮陽避雨的等待區，該區為(wei) 長40米、深5米、高3.8米，麵積200多平方米的一條長廊。這一片等待區使用的便是南京南洲新能源研究發展有限公司新開發的產(chan) 品。等待區頂麵鋪設了120塊新漢瓦，每塊新漢瓦由125mm×125mm的單晶矽片4×9片的排列方陣組成。新漢瓦無須跟蹤，可以把一年四季的陽光有效地收集，同步在廊頂上發電、供熱，聚光倍率為(wei) 2.2。發同樣的電可以節約一半矽光電池片的用量。

120塊新漢瓦采光總麵積為(wei) 185平方米，晴天可以滿足該係統中6噸水箱的加熱，該係統的運行既取得了大量的熱水，又保證了光伏係統發電的正常溫度。等待區可以回收8噸雨水，經三級淨化後可以同時提供90攝氏度的開水、50攝氏度的溫水及30攝氏度以下的冷水，供人安全飲用。

正如前麵所說，BIPV是一項涉及多個(ge) 領域的綜合性技術，要實現太陽能建築熱電一體(ti) 化係統，必須具備一般建築構建、部件的功能，如防水、保溫、隔熱等功能。南洲公司的產(chan) 品便包含了從(cong) 上到下五個(ge) 組成部分：透明罩麵、聚光鏡麵、矽電池組件、換熱器以及保溫材料。其核心技術主要在以下幾點：

一是根據分析不同緯度一年四季的日照，采用不同曲麵研發的聚光鏡，提高了太陽能的利用率。二是將光伏矽電池豎向直通式排列，取代原來傳(chuan) 統的橫向條碼式排列，這樣使得光電轉換效率提高了35%。三是在矽電池板下放置吸熱冷水排管。通常矽電池達到86攝氏度就減少發電了。通過這個(ge) 裝置，可以用冷水吸熱，使得矽電池的溫度保持在60攝氏度以下，能持續正常發電，同時冷水吸熱後可供洗澡用，三級淨化後還可供飲用。另外，還運用液體(ti) 玻璃薄膜塗層，使矽電池和聚光鏡不易老化，運用惰性氣體(ti) 層保溫隔熱，提高太陽能熱轉換效率等。

據徐誦舜介紹，目前放置在屋頂的產(chan) 品其生產(chan) 成本為(wei) 每平方米2180元，在陽台上放置的產(chan) 品，因為(wei) 使用更少的矽電池，成本已經可以降低到每平方米2000元以下。將來推廣到普通百姓家裏，如果在蘇南地區，平均日照在3.9~4.2小時，大概需要2.5平方米，在北京地區的，需要2平方米左右。對於(yu) 普通用戶來說，購買(mai) 這樣一套係統的價(jia) 格在1萬(wan) 元左右。雖然比熱水器的價(jia) 格高，但是購買(mai) 這樣一套係統之後，家庭用電就都省下了。這種太陽能屋瓦發出的電量，能供應一個(ge) 普通家庭所需的能源消耗，實現了真正的綠色循環。而一旦將來並入電網係統，產(chan) 生的多餘(yu) 電量還可以賣給電網，增加一部分收入。

● BIPV：比傳(chuan) 統光伏市場增長更快

中國房地產(chan) 研究會(hui) 副會(hui) 長童悅仲在2011年台達杯國際太陽能建築設計競賽上發表演講時說，當前建築能耗占整個(ge) 社會(hui) 終端能耗的比例達30%，如果加上建材生產(chan) 能耗的話，這個(ge) 比例更高。要實現2020年單位GDP碳減排40%~45%的目標，在建築領域是大有可為(wei) 。而BIPV則天然地適應了這個(ge) 需求。

首先，BIPV產(chan) 生的是綠色能源，應用太陽能發電，不會(hui) 汙染環境。第二，不占用土地資源。光伏陣列一般安裝在閑置的屋頂或外牆上，無需額外占用土地，這對於(yu) 土地昂貴的城市建築尤其重要。第三，光伏陣列吸收太陽能轉化為(wei) 電能，大大降低了室外綜合溫度，減少了牆體(ti) 得熱和室內(nei) 空調冷負荷，實現節能。第四，BIPV使得在建築的過程中省卻了大量的鋼筋、水泥等原材料，也降低了能耗，且在製造過程中不汙染環境。

BIPV也為(wei) 中國從(cong) 單純的光伏電池出口大國轉變成真正的市場應用方提供了一個(ge) 很好的方向。與(yu) 其在上遊原材料和電池生產(chan) 環節中無序競爭(zheng) ，在國際市場上受各國政策影響劇烈波動，不如把更多的精力投放在國內(nei) 的市場上。畢竟隻有掌握了終端市場，才有話語權。當然，這需要國家政策的大力支持。國務院參事、中國可再生能源學會(hui) 理事長石定寰對《第一財經日報》說：“目前光電技術在中國已經朝著實用化的方向發展，跟屋頂結合、建立屋頂電站是很好的一個(ge) 方向。但政策一定要跟上步伐。目前國家還是要加緊上網電價(jia) 的製定工作，安裝補貼是一個(ge) 辦法，但不是長久之計。”

隨著傳(chuan) 統PV市場的發展，矽光電池轉化率的進一步提高，BIPV的市場潛力必將進一步爆發出來。而即使在現在效率並不高的前提下，這個(ge) 市場也已經不容小覷。歐洲的一份報告顯示，即使在5%的轉換率條件下，在良好的光照下，歐洲14個(ge) 國家230億(yi) 平方米的屋頂和幕牆上能夠產(chan) 生超過1000GWp的能量，相當於(yu) 建造1000座核工廠。

而且從(cong) 長遠來看，BIPV更具吸引力，因為(wei) 不像其他的建築材料，加入了光伏組件的屋頂可以自行產(chan) 生能源，對於(yu) 使用者來說，在房屋建成20年間都能享受由於(yu) 產(chan) 生能源而獲得的回報，從(cong) 而平衡他們(men) 初始安裝的成本。據測算，BIPV平均的年投資回報率可達7%左右。

不過，BIPV的大規模商用化仍麵對不小的挑戰。在業(ye) 內(nei) 資深專(zhuan) 家英戈·俾·哈格曼博士看來，主要的問題有幾點。一是建築模塊的標準，各國和各地區有非常大的差別，統一建築標準現在勢在必行。其次，光伏組件的設計還需要更加符合BIPV的標準，需要更加靈活，不管是從(cong) 大小、形狀以及顏色上，都要與(yu) 傳(chuan) 統的有所不同。

而最大的挑戰還是來自於(yu) 成本。目前在歐洲一套BIPV係統的價(jia) 格還是非常高的。其中傳(chuan) 統的光伏組件大概占到60%的比例，而剩餘(yu) 40%則包含了安裝、設計、防水、布線等費用。所以，要等到BIPV大規模開花的一天尚需時日。