太陽(yáng)能發(fā)電與建筑一體化之現(xiàn)狀剖析

煙臺(tái)鼎城新能源光伏有限公司 ■ 余國(guó)光 趙臏 王恩政

太陽(yáng)能發(fā)電與建筑一體化是分布式用戶側(cè)并網(wǎng)太陽(yáng)能發(fā)電的典型模式，特別是在西部大規(guī)?；哪娬倦娏斔屯ǖ朗茏璧那闆r下，國(guó)家相關(guān)職能部門(mén)、各大財(cái)團(tuán)、投資商均把注意力轉(zhuǎn)向東部經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)的分布式屋頂用戶側(cè)并網(wǎng)太陽(yáng)能發(fā)電。相信在未來(lái)幾年，這種分布式與建筑相結(jié)合的太陽(yáng)能發(fā)電方式將會(huì)有更大的發(fā)展。我國(guó)光伏產(chǎn)業(yè)也將迎來(lái)屬于自己的、健康發(fā)展的春天。

我國(guó)光伏產(chǎn)業(yè)在短短的十余年間從小到大，從大到強(qiáng)，成為世界光伏產(chǎn)業(yè)的強(qiáng)國(guó)己是業(yè)界不爭(zhēng)的事實(shí)。但隨著2008年全球金融危機(jī)的爆發(fā)，光伏行業(yè)開(kāi)始大起大落，至2009年光伏行業(yè)一度凋敝，墮入歷史低谷，2010年又率先全球經(jīng)濟(jì)復(fù)蘇，并受歐洲“搶裝”行情牽引而爆發(fā)全行業(yè)擴(kuò)張，2011年非理性擴(kuò)張的惡果顯現(xiàn)，產(chǎn)業(yè)鏈供求嚴(yán)重失衡，而接踵而至的“歐債危機(jī)”、“雙反”令行業(yè)再遇“極寒”，中國(guó)光伏產(chǎn)業(yè)一夜間哀鴻遍野。

鑒于目前的國(guó)內(nèi)外光伏行業(yè)形勢(shì)，筆者認(rèn)為破解我國(guó)光伏產(chǎn)業(yè)“兩頭在外”困局的唯一可行的辦法就是大力拓展國(guó)內(nèi)光伏應(yīng)用市場(chǎng)。事實(shí)上，我國(guó)政府和相關(guān)職能部門(mén)在這方面已做了大量工作，自2009年以來(lái)短短的三年多時(shí)間里，國(guó)家發(fā)改委能源局、科技部、財(cái)政部、住建部相繼出臺(tái)了20余個(gè)相關(guān)文件、通知、辦法，就同一問(wèn)題密集發(fā)文自建國(guó)以來(lái)亦屬罕見(jiàn)，可見(jiàn)國(guó)家是高度重視、大力提倡和積極支持的。

自2009年我國(guó)實(shí)施金太陽(yáng)示范項(xiàng)目以來(lái)，四年來(lái)已連續(xù)支持了四批項(xiàng)目，項(xiàng)目規(guī)模分別為2009年642MW(2010年財(cái)政部取消了54MW的2009年金太陽(yáng)工程示范項(xiàng)目）、2010年272MW、2011年600MW、2012年1709MW，四年共計(jì)3169MW?？梢钥闯觯衲曛С值捻?xiàng)目規(guī)模最大，其支持的項(xiàng)目規(guī)模較之過(guò)去三年之和的增幅高達(dá)117%。

2009年我國(guó)啟動(dòng)了“太陽(yáng)能屋頂計(jì)劃”，2009年支持了111個(gè)太陽(yáng)能光電建筑應(yīng)用示范項(xiàng)目，總裝機(jī)容量91MW；組織實(shí)施“可再生能源建筑應(yīng)用城市示范”和“農(nóng)村地區(qū)可再生能源建筑應(yīng)用示范”工作，確定了第一批21個(gè)示范城市和38個(gè)農(nóng)村地區(qū)縣級(jí)示范，推進(jìn)可再生能源建筑應(yīng)用工作方式從抓單個(gè)項(xiàng)目轉(zhuǎn)向了抓區(qū)域整體，統(tǒng)籌兼顧城市與農(nóng)村。至2009年年底，光電建筑應(yīng)用裝機(jī)容量420.9MW，實(shí)現(xiàn)突破性增長(zhǎng)。截至2010年年底，財(cái)政部會(huì)同住房城鄉(xiāng)建設(shè)部共實(shí)施了371個(gè)可再生能源建筑應(yīng)用示范項(xiàng)目、210個(gè)太陽(yáng)能光電建筑應(yīng)用示范項(xiàng)目、47個(gè)可再生能源建筑應(yīng)用城市、98個(gè)示范縣，光電建筑應(yīng)用已建成及正在建設(shè)的裝機(jī)容量達(dá)850.6MW。2011年光電建筑已建成裝機(jī)容量達(dá)535.6MW。2012年計(jì)劃222.569MW，四年共計(jì)2029.669MW(以上部分?jǐn)?shù)據(jù)摘自住建部：關(guān)于印發(fā)《2011年全國(guó)住房城鄉(xiāng)建設(shè)領(lǐng)域節(jié)能減排專(zhuān)項(xiàng)監(jiān)督檢查建筑節(jié)能檢查情況通報(bào)》的通知)，可見(jiàn)政府的支持力度逐年加大。表1為2011國(guó)內(nèi)光伏市場(chǎng)安裝分析，表中數(shù)據(jù)與上述數(shù)據(jù)略有不同，但總的趨勢(shì)相近。

表1 2011年國(guó)內(nèi)光伏市場(chǎng)安裝分析

毫無(wú)疑問(wèn)，“太陽(yáng)能光電建筑”和“金太陽(yáng)”兩項(xiàng)國(guó)家補(bǔ)貼是目前國(guó)內(nèi)主要的太陽(yáng)能光電與建筑結(jié)合的市場(chǎng)，即國(guó)內(nèi)光電建筑一體化的主流市場(chǎng)。由于這些項(xiàng)目還沒(méi)有足夠的運(yùn)行時(shí)間確認(rèn)其優(yōu)劣和效益，不能妄加斷言，但運(yùn)作中存在的一些普遍問(wèn)題值得探討。

目前政府高度重視光伏建筑一體化，并給予足夠的政策和財(cái)政支持，光伏企業(yè)、投資商的積極性普遍高漲且己初具規(guī)模，這就是我國(guó)光伏建筑產(chǎn)業(yè)的現(xiàn)狀。為促進(jìn)我國(guó)光伏產(chǎn)業(yè)健康、有序、理性發(fā)展，本文就光伏建筑的現(xiàn)狀和存在問(wèn)題試作一些初步探討。

為了改變我國(guó)光伏產(chǎn)業(yè)“兩頭在外”的現(xiàn)狀，避免畸形發(fā)展，大力開(kāi)拓國(guó)內(nèi)光伏應(yīng)用市場(chǎng)勢(shì)在必行。但是我國(guó)光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展的無(wú)序性缺乏應(yīng)有的理智，以大躍進(jìn)式的浮燥心態(tài)一轟而上去西部淘金，創(chuàng)造了裝機(jī)GW級(jí)的神話，從表1可看出，2011年大型光伏電站裝機(jī)達(dá)到2100MW，可電網(wǎng)卻不爭(zhēng)氣，電力難以消納，在我們今后的工作中應(yīng)引起高度重視，引以為鑒。十分可喜的是，今年公布的金太陽(yáng)示范項(xiàng)目非常明顯地表明，政府從西部大規(guī)?；哪?yáng)能電站向經(jīng)濟(jì)較發(fā)達(dá)的東部分布式用戶側(cè)并網(wǎng)發(fā)電轉(zhuǎn)移的意圖，充分體現(xiàn)了決策者的理智和智慧。因此，我們必須更應(yīng)該冷靜地、好好地想一想過(guò)去在光伏項(xiàng)目實(shí)施中存在的不足以及改進(jìn)措施，我們必須堅(jiān)持資源節(jié)約、環(huán)境友好的科學(xué)發(fā)展觀，盡可能地采用先進(jìn)技術(shù)，以避免更大規(guī)模建設(shè)時(shí)再走彎路。

光伏項(xiàng)目在實(shí)施中主要存在以下幾點(diǎn)不足：

(1)光伏建筑一體化是一個(gè)系統(tǒng)工程。光電建筑一體化的問(wèn)題討論已久，而可圈可點(diǎn)的項(xiàng)目甚少，放眼國(guó)外，即使有非常搶眼的項(xiàng)目，數(shù)量也不多。當(dāng)前業(yè)界“BIPV”滿天飛，但真正意義上的BIPV在那里？最近筆者通過(guò)查看我國(guó)己建成的很多光伏建筑發(fā)現(xiàn)，有的項(xiàng)目?jī)H是把荒漠電站筒單地搬到屋頂上就成了光伏建筑一體化(見(jiàn)圖1、圖2)，這是赤裸裸地偷換光伏建筑的概念？從圖中光伏方陣的側(cè)面、背面看的確有損視覺(jué)，影響建筑群的外立面整體效果，而如果采用網(wǎng)絡(luò)低支架，不僅可均分支架的荷重，增強(qiáng)抗風(fēng)能力，節(jié)約1/3鋼材，且不影響建筑群的美觀。

(2)光伏建筑是一個(gè)專(zhuān)業(yè)性很強(qiáng)的工程，可實(shí)施過(guò)程并不專(zhuān)業(yè)，像這種平鋪在屋頂?shù)墓夥ㄖこ碳s占整體實(shí)施項(xiàng)目的1/3以上(圖3)。由于固定式光伏方陣的傾角對(duì)發(fā)電影響極大(見(jiàn)圖4、圖5)，這種平鋪式屋頂電站項(xiàng)目會(huì)出現(xiàn)多投入10%～15%的資金或少發(fā)10%～15%電的問(wèn)題。

這種平鋪方式也給屋頂光伏電站帶來(lái)了散熱難和積塵問(wèn)題(見(jiàn)圖6、圖7)。圖6為屋頂光伏電站平鋪方式，積塵嚴(yán)重，圖7為三年前安裝的帶有30?傾角的整體屋面，從未做清潔處理，現(xiàn)在看來(lái)還是潔凈如初。而采用平鋪方式安裝的光伏電站與原屋頂形成“兩張皮”，對(duì)于光伏陣列的散熱極為不利。由于晶體硅太陽(yáng)電池具有負(fù)溫度系數(shù)，溫度越高發(fā)電越少，這就會(huì)造成屋頂光伏電站的發(fā)電損失。

(3)光伏陣列南向被遮檔，如圖8所示，這屬于業(yè)內(nèi)低級(jí)錯(cuò)誤?？梢?jiàn)，項(xiàng)目的實(shí)施者在接受補(bǔ)貼的同時(shí)，并未考慮是否能發(fā)電。

(4)圖9為在建筑屋頂上鋪設(shè)鋼結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上安裝太陽(yáng)電池的屋頂電站項(xiàng)目，鋼材消耗量極大，采用這種模式建設(shè)的屋頂電站資源浪費(fèi)嚴(yán)重。

(5)光伏建筑一體化首先是設(shè)計(jì)思想的一體化。建筑是一個(gè)古老的傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)，規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)均十分嚴(yán)謹(jǐn)，而光伏卻是一個(gè)新興產(chǎn)業(yè)。目前之所以工程質(zhì)量不高、技術(shù)含金量低，主要是因?yàn)榇蠖鄶?shù)工程是在既有建筑屋頂上進(jìn)行，沒(méi)有體現(xiàn)出建筑專(zhuān)家的智慧。應(yīng)該說(shuō)目前的光伏建筑大多數(shù)只能稱(chēng)作屋頂光伏電站，而絕不能叫做光伏建筑一體化。

(6)用戶側(cè)并網(wǎng)發(fā)電上網(wǎng)的問(wèn)題。坦白地說(shuō)，截止今日做了很多示范工程，盡管已并網(wǎng)可是沒(méi)得到一分錢(qián)的回報(bào)。全額收購(gòu)可再生能源是《可再生能源法》所規(guī)定的，至今還因單位、部門(mén)、集團(tuán)間的利益沒(méi)能得到貫沏執(zhí)行，拿法律當(dāng)兒戲，何談取信于民？

總體說(shuō)來(lái)，我國(guó)當(dāng)前實(shí)施了較大規(guī)模的光電建筑一體化工程，技術(shù)含量較低，很少有新的思想和創(chuàng)新的模式，歸納起來(lái)不是“兩張皮”就是用耐候結(jié)構(gòu)膠粘，甚至是把荒漠電站的模式硬性地搬上了屋頂，這就是我國(guó)當(dāng)前的光伏建筑之現(xiàn)狀。

什么是真正意義上的光伏建筑一體化？請(qǐng)見(jiàn)下面一組真正光伏建筑一體化的實(shí)景圖(圖10～圖 16）。

筆者在這里提出了一種不同于現(xiàn)有光伏建筑一體化的全新結(jié)構(gòu)模式。該技術(shù)是用結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的方法，不用“一滴膠”將太陽(yáng)電池組件組裝成一個(gè)太陽(yáng)能發(fā)電方陣來(lái)完全替代建筑物的南坡屋頂，使太陽(yáng)能發(fā)電方陣成為建筑物整體結(jié)構(gòu)的一部份——“屋頂”，可節(jié)省原屋頂400～500元/m2的工程造價(jià)。

這里所說(shuō)的太陽(yáng)電池組件不是通常意義上的太陽(yáng)電池組件，而是經(jīng)過(guò)特殊結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的專(zhuān)用太陽(yáng)電池組件。這種組件由工廠模塊化生產(chǎn)，兼有砼屋面板、SBS防水層和三種建筑材料的功能，將太陽(yáng)電池組件與支架縱向聯(lián)接為橫向聯(lián)接。圖10～圖16表面看來(lái)與傳統(tǒng)的太陽(yáng)電池發(fā)電方陣并無(wú)不同，但仔細(xì)看方陣表面無(wú)任何一個(gè)固定卡，也無(wú)用結(jié)構(gòu)膠粘的痕跡，且上下兩個(gè)太陽(yáng)電池組件之間實(shí)現(xiàn)了無(wú)縫聯(lián)接。該結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)之巧妙、結(jié)構(gòu)之簡(jiǎn)單、安裝之高效、整體之完美不愧為真正意義上的光電建筑一體化。

這種采用結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)完成的屋頂電站使太陽(yáng)能發(fā)電方陣作為建筑屋頂與建筑本體同壽命，實(shí)現(xiàn)真正意義上的“光伏建筑一體化”。值得注意的是在采用該方式申報(bào)獲批的“2012年太陽(yáng)能光電建筑應(yīng)用示范項(xiàng)目”中卻不合理地把該技術(shù)定性為支架安裝型。

實(shí)踐是檢驗(yàn)真理的唯一標(biāo)，這種以建筑物為載體的用戶側(cè)并網(wǎng)太陽(yáng)能發(fā)電模式具有顯著的“三零”特性，“零”土地使用、“零”距離輸電、用電黃金時(shí)段的“零”排放發(fā)電，完全符合資源節(jié)約、環(huán)境友好的科學(xué)發(fā)展觀，是加快轉(zhuǎn)變經(jīng)濟(jì)發(fā)展方式、實(shí)現(xiàn)低碳經(jīng)濟(jì)的有效技術(shù)手段，是城市中建設(shè)住宅小區(qū)、公共建筑、工廠廠房屋頂光伏電站，打造城市潔凈能源的最佳解決方案。現(xiàn)該結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的屋頂電站集成技術(shù)己獲得較大規(guī)模的成功應(yīng)用，有的工程己超過(guò)3年的使用期，作為整體屋頂使用至今未發(fā)現(xiàn)任何問(wèn)題。

要實(shí)現(xiàn)光伏建筑一體化必須首先做到光伏設(shè)計(jì)與建筑設(shè)計(jì)的一體化。該技術(shù)較適合在新建的建筑屋頂應(yīng)用，屋頂電站設(shè)計(jì)與建筑設(shè)計(jì)同步進(jìn)行這就需要建筑設(shè)計(jì)師注入光伏靈魂，光伏專(zhuān)家需普及建筑知識(shí)，這樣才能早日完成太陽(yáng)能發(fā)電與建筑一體化的千秋大業(yè)。

目前我國(guó)實(shí)施“太陽(yáng)能發(fā)電建筑一體化”、“金太陽(yáng)工程”成績(jī)巨大，但亦存在諸多不足，應(yīng)在今后的工作中引起注意，引進(jìn)更多的創(chuàng)新機(jī)制。本文所推薦的光伏建筑一體化新模式己具有推廣使用的價(jià)值。