太陽能建筑一體化技術及產業的最新發展

摘要：文章分析了我們現在的房子的特點，它給我們帶來了舒適，同時指出它的缺點及嚴重能耗問題，重點研究了太陽能建筑一體化，特別是光伏技術和建筑技術及其產業的最新發展，指出“太陽能建筑一體化”——這種人類夢想的綠色建筑將逐步成為現實。

關鍵詞：太陽能；太陽能建筑一體化；光伏；能源；建筑；產業

中圖分類號：TU83 文獻標識碼：A 文章編號：1009-2374（2013）09-0001-02

人類生活在大自然中，自然界的風雨雷電，讓我們顫，多么希望有一個遮風避雨的地方——房子，“安得廣廈千萬間，大庇天下寒士俱歡顏，風雨不動安如山”！開始建造的是茅屋、土坯墻，然后有了磚木結構的磚瓦房，今天我們有了鋼筋混凝土建造的“洋樓”。太陽啊，這個偉大的魔術家，讓地球上萬物生長，那么，如果利用它建造一個冬暖夏涼的住宅該多好！今天隨著建筑技術和太陽能光伏技術飛速發展，這已漸成現實。

1 我們現在的房子——工業革命的產物，當代科技的集成體，同時耗能巨大

鋼筋混凝土的發明，無疑是人類建筑史上的巨大進步，有了它我們可平地起高樓，甚至摩天大樓，現在大都市鱗次櫛比矗立的摩天大樓綜合體，美觀、時尚，夜晚霓虹閃爍，是現代都市的風景線、現代文明的影像。在這些住宅里，我們用空調器調節室內的溫度，去掉夏日的酷暑，把鍋爐房的熱水通過管道輸送到這些連片住宅區供冬季取暖，家里還有電冰箱，通過電力驅動這些機器為我們工作。現在建筑物的外墻面已用了新的建筑材料，隔熱保溫。因此我們現在的房子實際是工業革命的產物，當代科技的集成體，這些給我們帶來了舒適，但復雜、耗能。我們都知道工業耗能、交通耗能，但現在建筑耗能已可與之并列，成為我國能源消耗的三大“耗能大戶”之一。建筑的能耗可分為建造能耗、生活能耗、采暖和空調等，約占全社會總能耗的30%，其中最主要的是采暖和空調，占到20%；而這“30%”僅僅是建筑物在建造和使用過程中消耗的能源比例，如果把建材生產過程中耗掉的能源也包含在內，那么和建筑相關的能耗將占到社會總能耗的46.7%。隨著中國工業化和城市化的進程的加快，建筑總量不斷攀升，居住舒適度也在快速提升，建筑耗能呈急劇上揚趨勢。現在，我國每年竣工房屋20億平方米，其中99%以上是高能耗建筑；而既有的約430億平方米建筑中，只有4%采取了節能措施。因此，與國外發達國家相比，我國單位建筑面積采暖能耗為發達國家新建建筑的3倍以上；而根據測算，如果不采取有力措施，到2020年中國建筑能耗又將是自己現在的3倍以上。根據2006年全國政協調研組就建筑節能問題提交的報告，按目前的發展趨勢，到2020年我國建筑能耗將達到10.9億噸標準煤，這相當于北京五大電廠煤炭的合理庫存的400倍，以目前我國每噸標準煤發電成本折合大約2700度電計算，那么，2020年，我國的建筑能耗將達到29430億度電，比三峽電站34年的發電量總和還要多。

2 太陽能建筑一體化——夢想漸成真

近幾年，一種新的建筑方式——太陽能建筑一體化，隨光伏技術的發展應運而生，更為重要的是隨著建筑技術和太陽能光伏技術的飛速發展，這已逐漸成為現實，成為一種實用的建筑。太陽能建筑一體化正在不斷顛覆“建筑”的原始觀念。屋頂不只是屋頂，還是一個小型電站，玻璃也不再只是玻璃，而是一堵光伏幕墻，墻體不再是普通的建筑材料，而是光伏建筑材料。這種對傳統建筑實用主義的顛覆是創造性的而不是改造性的。從建筑角度來看，太陽能建筑綠色環保，可增加樓盤的綜合品質，在建筑美學上更實用，人文氣息更濃，更貼近生活，是美學與生活的完美結合。

光伏與建筑的結合有如下兩種方式：

2.1 BAPV（Building attached photovoltaics）

BAPV是指附著在建筑物上的太陽能光伏發電系統。光伏組件或設備安裝在建筑物的屋頂、墻面或其他建筑外表面上，建筑物作為光伏組件的載體，起支撐作用。它的主要功能是發電，與建筑物功能不發生沖突，不破壞或削弱原有建筑物的功能，光伏組件本身并不作為建筑圍護結構，拆除建筑上的光伏組件，并不會影響原有建筑的基本功能。BAPV是光伏發電與建筑物相結合的初級形式，也是近期全球光伏應用最為普遍的形式。在建筑屋頂上安裝的分布式光伏電站，所產生電力主要自用，多余上傳，夜間從電網購電。這是最適合光伏發電特點的應用，也一直為歐美政府所鼓勵。2011年以來，伴隨全球性金融危機，歐美各國陸續修改光伏政策，削減對大型集中式光伏電站的補貼，向小型分布式電站傾斜，在政策推動下，在國家總能源結構中BAPV的分布式發電裝機占比相當高，德國達到20%，日本和印度分別達到14%和18%，美國占7.8%，而中國目前不到0.5%。

2.2 BIPV（Building integrated photovoltaics）

BIPV是指將太陽能光伏系統與建筑物集成一體，光伏組件成為建筑圍護結構的一部分，即“太陽能建筑一體化”。對這種建筑物，光伏組件既作為建筑材料或建筑構件，又能發電，可以替代部分建筑材料；光伏組件不僅要滿足光伏發電的功能要求，同時還要兼顧建筑的基本功能要求，如安全耐久、通風隔熱、防水防潮等性能，更為重要的是能增強這些功能。這樣不僅可開發和應用新能源，還可與裝飾美化合為一體，達到節能環保效果，是今后發展光伏應用的趨勢。

通過近幾年的實踐檢驗，BIPV模式已可以將太陽光伏電池制作成光伏屋頂材料、光伏玻璃幕墻、光伏窗戶玻璃、太陽能電池瓦、光伏墻體外立面材料等，而且技術在迅速發展。和常規的第一代光伏技術相比，光伏建筑一體化中統一的深色組件外觀為薄膜硅帶來了明顯的外觀優勢，滿足了建筑師和開發商的審美要求，因此，薄膜硅技術在特定市場的另一個機遇即來自于彩色組件使用，其需求量不斷攀升。我們知道光伏建筑幕墻透明度對建筑師來說很重要，一種控制光伏建筑幕墻透明度的完全不同的方法是使用染料敏化太陽能電池（DSCs），它的原理與普通的硅太陽能電池板不同，DSC的光敏層利用光敏染料把日光轉換成電能，而用于DSC的有機光活性層非常薄，通過選擇不同顏色和厚度的材料可制造出不同透明度級別的太陽能板。意大利巴勒莫大學建筑系的Rossella Corrao 解釋說：“雖然與硅板20%的效率相比，DSC模塊只有8%，但和相同功率的晶體板相比，它們實際每年可以產生高達15%以上的能量。原因就在于DSC模塊與硅系統不同，DSC的效率不依賴于光的入射角度，DSC模塊不一定要朝向太陽，即使安裝在垂直或水平的方向，也不會損失效率。”另外，2012年12月6～7日在意大利布列瑟農舉行的題為聚焦太陽能建筑外觀的第七屆能源論壇上，加拿大多倫多大學Livio Nichilio教授展示了有關通過使用光伏和熱鏡玻璃集成幕墻來提高建筑物能效策略的研究成果。

從建筑、技術和經濟角度來看，太陽能建筑優點突出：光伏器材和建筑物融為一體，不再占用寶貴的土地資源；大幅度降低建筑能耗；降低墻面及屋頂的溫升及室內能量損失；無噪音、無污染物排放、不消耗任何燃料，具有綠色環保概念，可增加樓盤的綜合品質。近日，國內某大型房地產企業就透露，該公司正在尋找戰略合作伙伴，擬共同開發光伏建筑一體化項目，在全國百余個城市試點。目前太陽能建筑在歐美國家已相當普遍和成熟，德國、意大利等國的光伏建筑應用占比已達80%以上。北京市建筑設計研究院有限公司顧問總建筑師黃匯提醒：規劃設計光伏建筑是擺在每個建筑師面前的新課題，必須強化學習。

美國市場調查公司NanoMarkets公布的一份報告預計，未來三年BIPV市場價值將超過現今的三倍之多，超過75億美元。2012年的BIPV市場報告，包括了對未來8年市場的預測，調查了BIPV市場的三大部分：玻璃材料、墻體材料和屋頂材料，涵蓋了12個主要產品類型。分析師指明，現今21億美元的BIPV光伏市場還將擴大，因為高達63%是來自新建項目以及最大的歐洲市場。報告預測，2015年BIPV玻璃材料市場價值42億美元，盡管光伏層下的昂貴建筑玻璃占去了大部分市場價值，但是單片集成光伏和功能建筑材料仍占3.75億美元；2015年BIPV屋頂材料市場會增長四倍，價值25億美元，其中木瓦瓷磚占60%，從而屋頂飾面會減少80%。另外該報告還調查了智能涂料、自動調光和自潔智能窗戶、太陽能薄膜電池（CIGS）和透明導體的應用趨勢。分析師還預計，即使62%的墻體建造采用現有技術，但未來三年新型墻體材料市場價值約8.3億美元。報告的墻體材料環節調查了新型材料，如太陽能墻壁燈、太陽能涂料，并預測德國、日本和加利福尼亞將占去大部分全球市場。墻體材料環節的報告認為商業建筑、高層住宅和名貴建筑以及重建改造項目所使用的技術，都有應用到光伏附著建筑系統（BAPV）。

3 結語

太陽能建筑一體化并不是現在才提出的，這個概念已提出好多年了，但是今天在建筑技術特別是太陽能光伏技術的飛速發展下，這已逐步成為現實，在建筑設計師和光伏技術專家以至科學家的共同努力下夢想漸成真！我國目前正在進行著工業化和城市化，黨的十八大更是把城鎮化建設提到未曾有的高度，將進行土地和戶籍制度等一系列改革，這必將釋放巨大的能量。目前城市人口已達到50%，但與日本的75%和美國的95%相比，還有相當大的差距，這既是我國發展的困難所在，更是我國發展的潛力、動力所在。在一個13億人口的東方傳統農業大國完成工業化和城市化，在人類歷史上是罕見的，是波瀾壯闊的。這個過程在960萬平方公里中華大地的一個主要變化就是城鎮化的物質載體——大量、連片現代化住宅和大樓的建造、矗立，而在這個過程中太陽能建筑一體化的實施，其經濟和社會意義不言而喻。

參考文獻

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[2]中日成立合資公司打造綠色建筑.新浪財經.http：//

finance.sina.com.cn/china/20120327/202411692471.shtml.

[3]光伏并網見曙光，遲來的政策或助行業“回春”.中國

經濟導報.http：//www.ceh.com.cn/ceh/jryw/2012/10/27/138202.

shtml.

作者簡介：張興科（1964—），男，陜西眉縣人，東營職業學院建筑與環境工程學院副教授，碩士，研究方向：技術經濟及管理。

（責任編輯：黃銀芳）