當務之急——加強光伏建筑一體化應用管理

龍文志

當務之急
——加強光伏建筑一體化應用管理

龍文志

本文論述了在太陽能光伏建筑一體化應用中要防止 “一哄而起、魚龍混雜”，指出保證光伏建筑一體化健康發展，加強光伏建筑一體化應用的管理是當務之急。

鋼化玻璃自爆；半鋼化玻璃；技術標準；工程技術規范；許可證；設計施工資質；認證體系；招投標管理

一、光伏建筑一體化應用春天來臨

光伏建筑一體化 （Building Integrated Photovoltaic）是把太陽能同建筑結合起來，將房屋發展成具有獨立電源，自我循環的21世紀新型建筑，是建筑概念的拓寬和發展，是21世紀建筑及光伏技術市場的需求，是科學技術發展和人類社會進步的必然。光伏建筑將成為21世紀最重要的新興產業之一。

2008年世界金融危機使全球資產面臨重新溢價，金融版圖隨之悄然改寫，與之相伴的還有國際油價的跌宕起伏。伴隨金融危機恐慌心理的蔓延，影響金融危機的因素擴大。能源安全，作為世界各國政府密切關注及深入研究的課題亦被提上議事日程，世界各國從保護國家安全角度，制定和調整本國的能源戰略。為了對付世界性的能源、環境、金融等危機的影響，各國政府高度重視可再生清潔新能源，并把太陽能發電作為首選發展方向。從歷史上看，幾乎每一次對于經濟危機的成功應對，都成為重要技術突破和產業結構升級的先導。反過來說，能不能實現技術提升和產業結構優化，又是一個國家能否實現穩定復蘇的基本前提。這一次經濟危機也會是如此，各國政府將新能源列為振興經濟、化解危機的重要對策；迫切需要尋找替代傳統能源的戰略發展方向，新的制高點的爭奪將直接決定未來全球經濟的新格局。

隨著全球金融危機持續蔓延，發達國家市場需求普遍萎縮。因此，當前我國應對危機的重點，在于通過各項措施，擴大內需和擴大投資。怎樣才能有效地擴大內需和投資？哪些產業或項目能夠納入政策扶持范圍？關鍵看是否具備四個可持續性：生態環境的可持續性、經濟發展的可持續性、社會發展的可持續性和技術創新的可持續性。以這四個 “可持續性”來衡量，擴大對可再生能源領域尤其是太陽能產業的投資、設法拉動太陽能應用產品的內需市場，是最值得給予特殊政策加以扶持的領域之一。

為促進光伏發電產業技術進步和規?；l展，培育戰略性新興產業，國家財政部、住房和城鄉建設部2009年3月23日發出 《關于加快推進太陽能光電建筑應用的實施意見》 （財政部財建[2009]128號），財政部同步印發 《太陽能光電建筑應用財政補助資金管理暫行辦法》 (財建 [2009] 129號)、 《關于印發太陽能光電建筑應用示范項目申報指南的通知》 (財辦建 [2009]34號) （簡稱三文件）推出了大幅度補貼示范性光伏發電項目的政策。財政部、科技部、國家能源局于2009年7月16日發布了 《金太陽示范工程財政補助資金管理暫行辦法》財建 〔2009〕397號：金太陽示范工程綜合采取財政補助、科技支持和市場拉動方式，加快國內光伏發電的產業化和規?；l展，以促進光伏發電技術進步，并網光伏發電項目原則上按光伏發電系統及其配套輸配電工程總投資的50%給予補助。

2009年11月25日國務院常務會議公布了中國的碳減排目標──到2020年，中國單位國內生產總值二氧化碳排放比2005年下降40%─45%。CO2的減排，主要是采取化石能源的替代技術，尤其是光電建筑等可再生能源技術 (核能目前已經被排除在聯合履約和CDM機制之外)。

十一屆全國人大常委會第十二次會議2009年12月26日表決通過關于修改可再生能源法的決定。修改后的可再生能源法規定，國家財政設立可再生能源發展基金?？稍偕茉捶ㄒ幎ǎ鸬馁Y金來源包括國家財政年度安排的專項資金和依法征收的可再生能源電價附加收入等，對可再生能源發電實施全額保障性收購制度，是強化有關電網企業收購可再生能源的責任和義務，培育可再生能源市場和產業的重要手段。

2010年中央經濟工作會議強調結構調整和發展方式轉變，表明了每次大的危機過后，都會出現一次大的產業革命來調整原來的經濟模式。我們面臨的下一輪產業革命，將從新能源和低碳經濟領域爆發。 “低碳經濟”是以低能耗、低污染、低排放為基礎的經濟模式，是人類社會繼農業文明、工業文明之后的又一次重大進步。 “低碳經濟”實質是能源高效利用、清潔能源開發，核心是能源技術和減排技術創新、產業結構和制度創新以及人類生存發展觀念的根本性轉變。

綜上所述，光伏建筑一體化應用風暴正在全國和世界各地掀起。尤其是我們中國在創建節約型社會的主題帶動下，各地政府、企業界紛紛聚焦 “太陽能光伏建筑一體化”，一場能源產業的革命已經在爆發邊緣，太陽能光伏建筑一體化應用春天來臨了。

二、光伏建筑要防止 “一哄而起、魚龍混雜”

據了解中國建成107項光伏建筑和光伏電站，其中小于10兆瓦約計73項，大于10兆瓦約計24項，大都能正常運行，但也有個別工程造價很高，卻在運行中故障頻繁，不能使用。下面是光伏建筑的—些破壞照片。

圖1 光伏屋面工程破壞實例照片

圖2 光伏屋面工程破壞實例照片

圖3 光伏屋面工程破壞實例照片

圖4 光伏屋面工程破壞實例照片

圖5 光電板破裂照片

三、案例

國內某火車站主站房光電屋頂采光帶共鋪設1800塊銅銦鎵硒太陽中空玻璃光伏組件，竣工后不久，產生了鋼化玻璃自爆、光電板發花、脫落等故障 （見圖6-12）。

該建筑的中央采光頂的兩側，每側分布了3排中空玻璃光伏組件，光電板分布在采光頂的中空玻璃中，使用的是德國 Wurth Solar公司1200mm×600mm(銅銦鎵硒)太陽電池組件，中空玻璃光伏組件從室外往內依次為：8mm超白玻+光電池板芯片++30A空氣層+8LOW-E玻璃+1.52PVB +8mm(夾膠玻璃)，全部為鋼化玻璃，電池芯片間采用密封拼接，采用壓塊式的安裝方式。支撐系統為鋼結構，主龍骨為220×140×6mm鋼通，次龍骨為120×80×4mm鋼通。在龍骨上預制螺紋孔，用螺釘通過壓板將組件的副框固定在龍骨上。在組件底部間隙填塞泡沫棒和打密封膠，密封膠的上面鋪設導線，然后安裝蓋板。

圖6 該工程光電屋頂節點圖

四、建議光伏組件不使用全鋼化玻璃，推薦半鋼化玻璃

1.不可控鋼化玻璃自爆的特點

圖7 該工程光電屋頂室內照片

圖8 該工程光電屋頂室外安裝照片

圖9 該工程光電屋頂竣工后光電板照片

圖10 該工程光電屋頂竣工后光電板照片

（1）鋼化玻璃原因不清，責任難明。

（2）自爆時間沒有確定性，可能是剛出爐，也可能是出廠后1-2月，也有出廠1-2年才自爆的，引起鋼化玻璃較多自爆的時間可能是產品生產完成后的4-5年。

圖11 該工程光電屋頂竣工后光電板照片

圖12 該工程光電屋頂竣工后光電板照片

（3）據不完全了解，大部分廠家產品的概率是千分之三左右的自爆率；個別廠家產品的概率可能還要高。

（4）均質處理可降低自爆率，但不能杜絕自爆。

2.鋼化玻璃自爆的根本原因是因為玻璃中含有硫化鎳及異質相顆粒雜質，雜質是如何混入的現還未根本查清，玻璃中是如何混入鎳的，最大可能的來源是設備上使用的各種含鎳合金部件及窯爐上使用的各種耐熱合金。對于燒油的熔窯，曾報道在小爐中發現富鎳的凝結物。硫毫無疑問來源于配合料中及燃料中的含硫成份。當溫度超過1000℃時，硫化鎳以液滴形式存在于熔融玻璃中，這些小液滴的固化溫度為797℃。1克硫化鎳就能生成約1000個直徑為0.15mm的小結石。硫化鎳可以在生產完成后任何時候發生，故現在還不能完全杜絕，至今無有效防止辦法稱為 “玻璃幕墻的癌癥”。

3.光電玻璃組件使用全鋼化玻璃問題值得探討

（1）鋼化玻璃自爆是當前光電玻璃組件安全迫切需要解決重要的問題。但是對于安全玻璃的概念，傳統的概念是 （全）鋼化玻璃屬于安全玻璃。其根據除了強度較高外，主要是由于 （全）鋼化玻璃破碎時會整塊玻璃全部破碎成蜂窩狀鈍角小顆粒，不易傷人。對于光電和光電玻璃屋頂玻璃主要擔心是玻璃破碎墜落傷人。這里應該包含三部分要求：

①是玻璃具有足夠的強度，使其承受設計荷載不破壞；

②玻璃萬一破裂要具有防碰碎散落性，使其處于破碎狀態時保證不會墜落飛散；

③足夠斷裂韌度K1c。

在很多國外玻璃幕墻技術標準和規范中都明確玻璃幕墻不宜使用單片鋼化玻璃，應采用防飛散玻璃，日本高層建筑玻璃幕墻上使用 （全）鋼化玻璃，必須增貼一層防飛散膜，以確保安全?！皬姸黄扑?，破碎不散落”防飛散玻璃才是玻璃幕墻使用的安全玻璃。

4.推薦采用半鋼化玻璃

半鋼化玻璃生產采用與鋼化玻璃類似的工藝方法，只是冷卻速度較慢，因此其表面應力略小于鋼化玻璃。半鋼化玻璃在機械強度、抗風壓性能、抗沖擊性能和抗熱震性方面明顯優子普通退火玻璃，較適合使用于玻璃幕墻中。

半鋼化玻璃特性：強度為普通玻璃的2倍，可以有效地抵抗熱應力作用，避免玻璃的熱炸裂，一旦破裂，半鋼化玻璃裂紋全部是延伸到邊，其碎片可以保留在框架內而不會墜落；不易發生鋼化玻璃的自爆現象；比鋼化玻璃具有更好的平整度。

5.廣州電視塔，高610m，在435m-450m處裝光伏玻璃幕墻中空玻璃，形狀分三角形與四邊形，三角形單元高度3300mm，底邊1600mm的為120塊、底邊1960mm的為168塊，四邊形單元高度 1900mm，底邊 1600mm的為 300塊、底邊1960mm的為42塊，光電幕墻呈封閉橢園。采用中空玻璃組件，其玻璃采用的是夾層半鋼化玻璃。

五、加強BIPV管理

盡快編寫BIPV技術標準和工程技術規范，盡快實行許可證或設計、施工資質制度，盡快建立中國BIPV光伏產品認證體系。

圖13 廣州電視塔光電幕墻安裝高度示意圖

圖15 廣州電視塔橢園光電幕墻

上例雖是個別現象，但也提醒和警示：光伏建筑一體化應用中若對技術、施工及光伏產品的質量缺少有效的控制，工程經過短期使用后出現故障，不但造成國家資金的大量浪費，也打擊了消費者對BIPV的信心，影響整個行業的健康發展。不利于光伏應用發展的情況，根本原因就是，示范工程監管和問責制度的缺失，使得國家的政策補貼成了唐僧肉。吃下去哪怕是不消化，也不去管它?？墒枪夥こ痰拿看问?、無效，都深深地打擊了光伏產業的發展。那些為了短期效益，不顧技術現實，想方設法混淆視聽，謀取財政補貼，以及偷工減料建造虛假光伏工程與為了推銷產品收買外行專家代言，蠱惑市場的行為，都應該有人去管才行。光伏應用是一門新興的學科，而且還在發展之中。光伏應用技術涉及面廣，實踐性強，專業分工繁多，發展變化迅速，鑒于我國不少幕墻企業對BIPV比較生疏，目前也沒有這方面做更深層次的研究和必要技術儲備；而光伏組件及光伏系統的生產公司缺少BIPV設計方面的技術，對幕墻、屋頂等的安裝要求知之甚少；太陽能光伏與建筑結合，即從技術、工藝、結構等方面實現完全意義上的一體化，還有許多研究工作要做，不是想象的那么簡單。為了適應BIPV飛速發展的形勢，保證BIPV健康發展，確保BIPV工程的質量，BIPV工程不能再出現類似失誤，加強BIPV管理是當務之急！盡快編寫BIPV技術標準和工程技術規范，BIPV施工企業盡快實行許可證或設計、施工資質制度，盡快建立中國BIPV光伏產品認證體系。目前國際電工委員會 （IEC）和全球光伏認證組織正在進行合作，統一光伏產品標準。中國應該借助起點比較高的優勢，迅速建立起同國際標準接軌的認證體系，并同國際認證機構多加溝通和協調，促進國際互認。在以上制度未實行之前，每項BIPV工程必須按照建標〔2005〕124號文件進行 “三新核準”，確保BIPV工程的質量和安全。

六、加強光伏建筑招投標管理

光伏建筑工程失敗教訓，使得一些有意建造新的光伏工程的投資者，期望借競爭性談判采購的方式，尋求理想的供應商，從而完成一項滿意的光伏工程。然而，沒有從技術層面上去深究以往工程的成敗原因，而僅僅從商務的角度來考察得失是行不通的。因為光伏工程是一個復雜的、技術含量很高的技術項目。任何一項光伏工程的方案，都具有科研的性質，既要量身定做，又必須應對變化。所以，光伏工程不像其他成熟的幕墻屋頂工程那樣規范，也不存在一個成熟的有競爭性的光伏工程市場。隨著節能事業被重視，光伏工程需求日益增多，參加光伏工程競標的競標者，大部分是一些隨市場應運而生的太陽能公司，這些公司有的是采購太陽能電池組件和逆變器來做工程的集成公司；有的是單一生產電池或逆變器的廠家；還有很多是生產或經營太陽能熱水器的公司。而招標者也少有專業人士，招標者和競標者都對光伏工程技術缺乏起碼了解。這種背離專業的盲目追趕市場的做法，必然會給工程留下很多隱患。

招標文件起草者不了解光伏技術的一些基本概念，一些起草標書的人在翻閱了幾本專業書籍之后，自以為已經懂得了該領域的基本知識。其實，沒有能把光伏應用技術方面的相關知識了解清楚，導致不正確招標，致使工程失敗，例如：某光伏工程招標文件中錯誤地把 “峰瓦”當作電池板的輸出功率了。 “峰瓦”是指光電池在特定的光照條件下 (每平米1000W太陽輻照強度)，在確定的溫度 (25℃)時，發電能力為1W的單元。由于這是光電池在一般情況下最高的發電能力，所以稱之為峰 (值)瓦，而平時的日照強度是遠達不到這個值的。加上電池板的偏析，早晚、陰雨、空氣透光度低及灰塵、陰影遮擋，甚至于自身的衰退和老化等因素，都會導致發電能力的大幅度降低。該工程實際需要4000W，需要單晶電池組件最低量為32000Wp，但標書要求供應5000Wp的電池板，從而導致該工程失敗。

光伏建筑應用技術是一項學科跨度大的科學技術，一項光伏幕墻屋頂工程不僅包含電池組件，還包含電工、建筑，對光伏照明工程來說還有照明配件等。所以不少招標文件不能完整、清楚地表達所求。

光伏工程建造，不能簡單地套用現成的招投標模式。應用工程的技術難度不是隨便一家企業就可以勝任的。不少電池板生產廠家和熱水器工程公司，與光伏工程的實際運用相差太遠，普通光伏產品的生產廠家和一些研究逆變并網系統的研究部門，也未必有設計和安裝光伏工程的能力。光伏工程立項之前，需要有專門的考察。對示范工程的考察必須入木三分，走馬觀花必有后患。有可能的話建議相關職能部門組織專家對重點宣傳的光伏工程進行評估，加強光伏建筑招投標管理，促進光伏建筑健康發展。

[1]鄭金峰.抓住機遇 提高光伏組件質量 把光電建筑應用推向新的起點.中國建筑金屬結構.2010.2

[2]龍文志.幕墻、門窗及采光頂應采用防飛散玻璃.

[3]周民一.光伏工程招標文件中存在的幾個問題.

TU113.1

C

1671-3362（2010）03-0046-06

（作者為建設部幕墻門窗標準化技術委員會專家組長中國建筑金屬結構協會光電建筑應用委員會專家）