攀枝花地區(qū)太陽(yáng)能光伏建筑一體化（BIPV）應(yīng)用現(xiàn)狀及前景分析

周梓僮 胡昂

【摘 要】?太陽(yáng)能與傳統(tǒng)能源相比不僅更加清潔，而且有著取之不盡的特點(diǎn)，在傳統(tǒng)能源日益緊缺的情況下太陽(yáng)能成為了首選的可再生能源。世界各國(guó)正將開(kāi)發(fā)利用太陽(yáng)能作為能源發(fā)展的重要方向，而太陽(yáng)能建筑作為其能源應(yīng)用的方式之一在近年取得了較大的發(fā)展。攀枝花地區(qū)具有豐富的太陽(yáng)能資源，有著發(fā)展太陽(yáng)能建筑的優(yōu)越條件，文章通過(guò)對(duì)攀枝花地區(qū)目前較為成熟的幾種太陽(yáng)能利用方式進(jìn)行調(diào)查與分析，并結(jié)合當(dāng)?shù)靥?yáng)能建筑應(yīng)用的相關(guān)經(jīng)驗(yàn)，進(jìn)一步提出在攀枝花地區(qū)發(fā)展太陽(yáng)能光伏建筑一體化（BIPV）的相應(yīng)建議。

【關(guān)鍵詞】太陽(yáng)能; 集中供熱; 屋頂光伏發(fā)電; BIPV

據(jù)《中國(guó)建筑能耗研究報(bào)告（2020）》顯示，建筑運(yùn)行階段所產(chǎn)生的能耗占全國(guó)能源消費(fèi)總量的21.7 %，我國(guó)建設(shè)節(jié)約型社會(huì)的工作重點(diǎn)便是減少建筑能耗，而解決這一問(wèn)題的重要途徑便是全面實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)能光伏建筑一體化。攀枝花地區(qū)的太陽(yáng)能資源極其豐富，具有發(fā)展BIPV的良好基礎(chǔ)。

1 攀枝花地區(qū)氣候條件及太陽(yáng)能資源分析

攀枝花地區(qū)的伏季時(shí)間持續(xù)長(zhǎng)，降水少而晴日多，具有太陽(yáng)輻照強(qiáng)、云層掩蔽率低等特點(diǎn)，是我國(guó)開(kāi)發(fā)和利用太陽(yáng)能資源的理想地區(qū)之一，具有發(fā)展BIPV優(yōu)厚的前提條件。而且該地區(qū)日照時(shí)數(shù)大于6 h的年均日數(shù)達(dá)260天以上，太陽(yáng)能資源分布相對(duì)合理，非常利于發(fā)展太陽(yáng)能的相關(guān)產(chǎn)業(yè)[1]。

2 太陽(yáng)能建筑在攀枝花地區(qū)的應(yīng)用情況

攀枝花地區(qū)利用和研究太陽(yáng)能的起步較早，可追溯到20世紀(jì)70年代左右。太陽(yáng)能產(chǎn)業(yè)是攀枝花市重點(diǎn)支持發(fā)展的新興產(chǎn)業(yè)之一，近幾年雖成長(zhǎng)起來(lái)一批有特色的本地太陽(yáng)能生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)企業(yè)，但受技術(shù)、人才、物流等因素的制約，這些企業(yè)和產(chǎn)品的規(guī)模、影響力小，市場(chǎng)占有率不高，沒(méi)有真正打造出具有核心競(jìng)爭(zhēng)力的相關(guān)產(chǎn)品。

太陽(yáng)能集中供熱系統(tǒng)和戶用型太陽(yáng)能熱水器是攀枝花地區(qū)利用太陽(yáng)能的主要方式，近年來(lái)在政府的大力推動(dòng)下重點(diǎn)發(fā)展了太陽(yáng)能屋頂光伏發(fā)電等項(xiàng)目。

2.1 太陽(yáng)能集中供熱系統(tǒng)和戶用型太陽(yáng)能熱水器

太陽(yáng)能集中供熱系統(tǒng)推廣情況：攀枝花地區(qū)采用太陽(yáng)能進(jìn)行集中供熱的熱水器面積達(dá)到了近12×104 m2，其中東區(qū)、西區(qū)、仁和區(qū)、米易縣和鹽邊縣的集中供熱系統(tǒng)集熱器面積分別為1.1×104 m2、0.6×104 m2、2×104 m2、7×104 m2、0.7×104 m2。

戶用型太陽(yáng)能熱水器使用情況：東區(qū)的戶用型太陽(yáng)能熱水器面積為19.7×104 m2，普及率達(dá)70 %;西區(qū)的戶用型太陽(yáng)能熱水器面積為7.4×104 m2，普及率達(dá)60 %;仁和區(qū)的戶用型太陽(yáng)能熱水器面積為13.4×104 m2，普及率達(dá)68 %;米易縣的戶用型太陽(yáng)能熱水器面積為14.4×104 m2，普及率達(dá)80 %;鹽邊縣的戶用型太陽(yáng)能熱水器面積為14.8×104 m2，普及率達(dá)63 %。加上集中供熱系統(tǒng)集熱器，全市的太陽(yáng)能熱水器集熱面積已達(dá)近80×104 m2，平均普及率達(dá)68 %[2]（圖1、圖2）。

攀枝花地區(qū)新修建的民用建筑從2015年4月起實(shí)行綠色建筑的相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)并發(fā)展太陽(yáng)能相關(guān)產(chǎn)業(yè)，推動(dòng)在建筑上進(jìn)行太陽(yáng)能光熱應(yīng)用，在新建居住建筑中安設(shè)太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)[3]。

2.2 太陽(yáng)能屋頂光伏發(fā)電

2013年7月，2.1×106 W的太陽(yáng)能屋頂光伏發(fā)電項(xiàng)目在攀枝花學(xué)院正式投運(yùn)，該項(xiàng)目在學(xué)校內(nèi)21棟建筑物的屋頂上進(jìn)行搭設(shè)，總計(jì)投資2 728×104元，裝機(jī)容量2.1×106 W，年發(fā)電量261.01×104 kWh時(shí)，是西南片區(qū)乃至國(guó)內(nèi)最大的民用光伏發(fā)電項(xiàng)目[4]。

該項(xiàng)目自投運(yùn)以來(lái)，運(yùn)行狀況良好并產(chǎn)生了可觀的經(jīng)濟(jì)效益，成為攀枝花地區(qū)大力推廣太陽(yáng)能屋頂光伏發(fā)電相關(guān)項(xiàng)目的良好開(kāi)端。攀枝花政府于2014年與四川科瑞德實(shí)業(yè)集團(tuán)簽署合作協(xié)議，該公司將根據(jù)協(xié)議對(duì)50×104 m2公共建筑的屋頂進(jìn)行100×106 W的太陽(yáng)能光伏發(fā)電項(xiàng)目開(kāi)發(fā)[5]。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，攀枝花有100×104 m2的公共建筑屋頂，也就是說(shuō)將會(huì)有一半的屋頂用于光伏發(fā)電。

此外，國(guó)家有關(guān)部門也在對(duì)光伏發(fā)電項(xiàng)目進(jìn)行相應(yīng)補(bǔ)貼，《關(guān)于發(fā)揮價(jià)格杠桿作用促進(jìn)光伏產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展的通知》由國(guó)家發(fā)展和改革委員會(huì)發(fā)布，其中規(guī)定分布式光伏發(fā)電國(guó)家級(jí)補(bǔ)貼為0.42元/kWh（稅前），原則期限長(zhǎng)達(dá)20年。除補(bǔ)貼外項(xiàng)目所發(fā)電量還能按照當(dāng)?shù)氐拿摿蛉济簶?biāo)桿上網(wǎng)電價(jià)售賣給供電公司[6]。

2.3 攀枝花地區(qū)在開(kāi)發(fā)和利用太陽(yáng)能方面存在的問(wèn)題

（1）太陽(yáng)能利用整體水平較低，推廣應(yīng)用不全面，發(fā)展不平衡，光熱利用主要集中在戶用熱水器上且多見(jiàn)于低層建筑，光電利用才剛剛起步，未能很好地利用和發(fā)揮太陽(yáng)能資源優(yōu)勢(shì)。

（2）缺乏規(guī)模化和具有特色的太陽(yáng)能生產(chǎn)企業(yè)和相關(guān)產(chǎn)品，太陽(yáng)能產(chǎn)業(yè)培育和發(fā)展任重而道遠(yuǎn)。

（3）產(chǎn)業(yè)體系薄弱，缺乏人才隊(duì)伍和自主研發(fā)能力，設(shè)備制造能力弱且無(wú)技術(shù)開(kāi)發(fā)平臺(tái)，沒(méi)有形成足夠支持太陽(yáng)能利用發(fā)展的服務(wù)體系，無(wú)法滿足市場(chǎng)在快速發(fā)展中產(chǎn)生的相應(yīng)需求。

（4）管理力量薄弱，沒(méi)有建立相應(yīng)的激勵(lì)政策和配套措施，缺乏長(zhǎng)效的工作機(jī)制[7]。

3 何謂太陽(yáng)能光伏建筑一體化（BIPV）

太陽(yáng)能光伏建筑一體化（BIPV）指的是將建筑材料與光伏器材集成化，將傳統(tǒng)的建筑材料替代為光伏器件，與建筑物同時(shí)進(jìn)行構(gòu)思設(shè)計(jì)、施工安裝并與之完美結(jié)合。太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)將同時(shí)具有建筑構(gòu)件和發(fā)電的雙重功能，光伏組件還能為建筑隔熱、遮風(fēng)和擋雨，甚至還能提升建筑物的立面造型美感，成為其密不可分的一部分。

還有一種將光伏器件與建筑物相聯(lián)系的形式——“BAPV”，它通過(guò)簡(jiǎn)單的支撐結(jié)構(gòu)將太陽(yáng)能光伏系統(tǒng)附加于建筑物上，其概念常與BIPV相互混淆[8]。BAPV僅具有發(fā)電功能而不具備建筑構(gòu)件與材料的功能，建筑的各項(xiàng)功能在拿開(kāi)光伏組件后仍能保持自身的獨(dú)立完整。前文所提及的太陽(yáng)能屋頂光伏發(fā)電項(xiàng)目就從屬于BAPV，與BIPV一體化的形式差別較大。

4 發(fā)展BIPV與傳統(tǒng)BAPV相比的具體優(yōu)勢(shì)

（1）屋面荷載。因?yàn)樵ㄖ谠O(shè)計(jì)之初并沒(méi)有考慮后期安裝光伏組件所帶來(lái)的相應(yīng)負(fù)重，所以存在荷載校驗(yàn)的問(wèn)題，往往很多建筑的荷載無(wú)法滿足要求，需要對(duì)原有屋面進(jìn)行加固，或是因?yàn)榧庸汤щy而導(dǎo)致無(wú)法安裝光伏組件。

（2）在現(xiàn)有的屋面上安裝光伏組件會(huì)破壞原有建筑的防水層。在安裝完成后需要修補(bǔ)防水層，會(huì)付出較大的相應(yīng)代價(jià)，而且就防水效果而言修補(bǔ)后的防水層也遠(yuǎn)不如整體鋪設(shè)的防水層強(qiáng)，會(huì)給房屋埋下日后漏水的一系列隱患。

（3）就建筑物外表面來(lái)說(shuō)，BAPV還存在重復(fù)建設(shè)、浪費(fèi)建材等問(wèn)題[9]。

經(jīng)過(guò)對(duì)比分析，可得知BIPV相比于BAPV具有更大的優(yōu)勢(shì)，也更加的智能化，它應(yīng)當(dāng)成為攀枝花今后發(fā)展太陽(yáng)能光伏建筑的新方向。

5 攀枝花地區(qū)推進(jìn)BIPV的必要性與可行性分析

5.1 必要性

5.1.1 地理環(huán)境限制

攀枝花地區(qū)地處于長(zhǎng)江的中上游，作為國(guó)家生態(tài)重點(diǎn)保護(hù)區(qū)域的它早已實(shí)施天保政策和退耕還林工程，其未利用的土地全部為宜林地，按現(xiàn)有的用地政策，建設(shè)太陽(yáng)能地面電站難度較大。攀枝花地區(qū)的地貌類型以山地為主，在山地建設(shè)地面電站不僅浪費(fèi)土地而且施工成本極高。同時(shí)在大規(guī)模地建設(shè)地面電站期間將會(huì)對(duì)山體植被造成較大破壞，建成運(yùn)行后也會(huì)對(duì)當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)有所影響[10]。

經(jīng)過(guò)分析得知，攀枝花地區(qū)目前已經(jīng)不適合建設(shè)大型的太陽(yáng)能地面電站，只能朝建設(shè)分布式電站方向發(fā)展，將建筑與光伏發(fā)電系統(tǒng)相結(jié)合，既不占用土地資源又能減少建筑能耗，實(shí)現(xiàn)建筑節(jié)能。而且太陽(yáng)能屬于清潔能源，不會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染，符合當(dāng)今發(fā)展綠色建筑的趨勢(shì)，而B(niǎo)IPV是其中最有效的方式之一。

5.1.2 攀枝花城市結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型需要

攀枝花是一座年輕的城市，從1965年建市至今不過(guò)短短53年，就從最初只有七戶人家的小村落發(fā)展到如今人口123萬(wàn)多的現(xiàn)代化城市，不得不說(shuō)是一個(gè)奇跡。但是，攀枝花過(guò)去的發(fā)展完全依賴于自身豐富的自然礦產(chǎn)資源，全力發(fā)展工業(yè)，使用火力發(fā)電，造成了污染嚴(yán)重、生態(tài)環(huán)境惡化、人居環(huán)境較差、經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)單一、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)不合理等問(wèn)題，使得“百里鋼城”攀枝花日漸失去了曾經(jīng)的朝氣與活力。長(zhǎng)此以往，攀枝花的城市凝聚力將不斷下降，經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展將受到嚴(yán)重制約。好在近年來(lái)，攀枝花市開(kāi)始進(jìn)行城市轉(zhuǎn)型，逐步調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，大力推進(jìn)康養(yǎng)等特色產(chǎn)業(yè)的優(yōu)先發(fā)展，旨在將曾經(jīng)的“鋼城”轉(zhuǎn)型為“陽(yáng)光花城”。要想實(shí)現(xiàn)這些目標(biāo)就必須減少對(duì)火力發(fā)電這一污染嚴(yán)重的能源的依賴，只有大力發(fā)展清潔能源才能減少燃煤消耗與污染排放，而該地區(qū)得天獨(dú)厚的陽(yáng)光資源為發(fā)展太陽(yáng)能光電產(chǎn)業(yè)提供了巨大優(yōu)勢(shì)。

5.2 可行性

5.2.1 政策支持

為構(gòu)建節(jié)能型國(guó)家以及實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的目標(biāo)，目前國(guó)家大力發(fā)展新能源產(chǎn)業(yè)，對(duì)太陽(yáng)能發(fā)電補(bǔ)貼力度較大，近年來(lái)攀枝花市當(dāng)局對(duì)太陽(yáng)能應(yīng)用和相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展予以驚人重視，率先制訂并出臺(tái)了相關(guān)計(jì)劃與扶持政策，如《攀枝花市太陽(yáng)能利用和產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃》、《攀枝花市人民政府關(guān)于加快太陽(yáng)能資源開(kāi)發(fā)利用的意見(jiàn)》等。

5.2.2 資源條件優(yōu)越，歷史經(jīng)驗(yàn)豐富

攀枝花地區(qū)的太陽(yáng)能資源非常豐富，應(yīng)用歷史也較悠久，在對(duì)太陽(yáng)能的應(yīng)用方面已經(jīng)積累不少經(jīng)驗(yàn)，在當(dāng)?shù)匾呀?jīng)成長(zhǎng)起來(lái)了一批掌握相關(guān)太陽(yáng)能應(yīng)用技術(shù)的企業(yè)與技術(shù)人才，而且當(dāng)?shù)厝罕妼?duì)于太陽(yáng)能應(yīng)用技術(shù)的接受度相當(dāng)高。

6 結(jié)束語(yǔ)

與攀枝花市現(xiàn)有的戶用型太陽(yáng)能熱水器，集中式太陽(yáng)能供熱系統(tǒng)等傳統(tǒng)的太陽(yáng)能利用方式相比，BIPV有著經(jīng)濟(jì)、環(huán)保和高效等許多長(zhǎng)處，能夠在更大程度上發(fā)揮出攀枝花地區(qū)太陽(yáng)能的資源優(yōu)勢(shì)。同時(shí)，發(fā)展太陽(yáng)能光伏建筑一體化也與目前攀枝花城市結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型不謀而合，政府也對(duì)其相關(guān)產(chǎn)業(yè)給與了政策支持，所以在攀枝花地區(qū)發(fā)展BIPV是十分可行的。

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