光伏建筑一体化助力“双碳”目标实现
中国建筑能耗研究报告(2020)显示,2018年全国建筑全过程碳排放总量为49.3亿吨二氧化碳,占全国碳排放的比重为51.3%。建筑节能减排成为全球可持续发展的重要举措之一。光伏建筑一体化(以下简称BIPV)是一种将光伏发电产品集成到建筑上的先进技术。光伏屋顶、光伏外墙、光伏幕墙、光伏栏杆、光伏声屏障等可作为新型绿色建筑材料直接使用,具备建筑清洁化、低碳化、可持续化特性,对建筑实现“净零排放”,推动建筑低碳转型发展具有重要的示范和推广意义,能有效助力碳达峰、碳中和目标实现。
BIPV作为最具潜力的分布式光伏细分领域,应用在建筑上需解决几个方面的问题:一是BIPV组件要满足风压变形性能、空气渗透性能、雨水渗漏性能、保温性能、隔声性能、平面内变形性能、耐冲击性能、防火性能、防雷性能、防腐性能等建材要求。因此,BIPV组件比常规的发电组件在制备技术上要求更高,轻质化的BIPV组件更成为研发热点。二是BIPV组件需满足建筑设计师对建筑的各种颜色、形状等的美学要求,真正适用于不同建筑的应用场景。特别是既有建筑改造,既能保留历史和美学价值,又能考虑太阳能系统的整合,因而大尺寸、异形、透光、纹理化彩色的BIPV技术应运而生。三是实现建筑结构与光伏电学性能的配合技术。光伏建材建筑结合的新结构、固定方式、电路电气连接技术等,包括组件边框预留技术、接线盒隐藏技术、与建筑结合布线技术、散热方案、防漏技术等。四是新建建筑与BIPV结合技术,装配式建筑用光伏构件快速、批量化集成技术等的关键构件满足快捷方便、易于拆卸、模块化的应用要求。
国外关于BIPV的研究集中在示范工程实例分析和投资节能评估等方面,欧洲是BIPV市场应用的领导者。2019年德国、西班牙、瑞士等国的一些公司推出了彩色和图案型BIPV产品;2019年美国特斯拉发布了新型HIT光伏平瓦技术;Schott solar、Sanyo、Sharp等公司宣称正在开发新型BIPV产品。据瑞士著名BIPV技术中心(SUPSI)预测,未来5年BIPV组件发展趋势是PV移动房屋、覆膜和图案化PV幕墙、彩色玻璃PV幕墙和柔性组件。国内较早开展BIPV产品研发和项目示范的是保定嘉盛光电公司,2019年隆基、晶科、正泰、永臻、埃夫隆等企业宣布进入BIPV行业。
经过多年的市场沉淀,BIPV技术发展模式及路径逐渐成熟。2020年全球BIPV装机总量为2.3GW,约占全球光伏总装机量的1%。国内光伏和建筑行业均认为,2020年是BIPV发展的元年,BIPV政策频出。2020年11月,北京市住建委等部门联合印发《关于进一步支持光伏发电系统推广应用的通知》,提出对全部实现光伏建筑一体化应用(光伏组件作为建筑构件)的项目可补贴0.4元/kWh(含税),连续补贴5年。2020年12月,西安市工信局发布《关于进一步促进光伏产业持续健康发展的意见(征求意见稿)》,提出在推进分布式光伏应用方面,将对2021年1月1日—2023年12月31日期间建成并网且符合国家和行业标准的分布式光伏项目,自并网次月起给予投资人0.1元/kWh补贴(含税),连续补贴5年;在支持光伏储能系统应用方面,将对2021年1月1日—2023年12月31日期间建成运行的光伏储能系统,项目中组件、储能电池、逆变器采用工信部相关行业规范条件公告企业产品,自项目投运次月起对储能系统按实际充电量给予投资人1元/kWh补贴,同一项目年度补贴最高不超过50万元。2021年3月,南京市出台《南京市绿色建筑示范项目管理办法》,规定太阳能光伏项目按照不超过500元/kWh予以补助,单个可再生能源建筑应用示范项目补助金额最高不超过200万元。2021年7月,北京市住建委发布《北京市住建系统2021年生态文明建设工作要点》,积极推进超低能耗建筑示范项目建设,推动重点区域和重大项目实施高标准绿色建筑建设,畅通绿色产品销售渠道,推广高效智慧家庭节能、节水器具、绿色建材和环保装修材料。可以预见,随着建筑节能+平价上网+政策驱动,越来越多的BIPV项目的经济性和可靠性将逐步得到验证,行业也将由启蒙阶段步入发展阶段。
山东淄博双创公园城发展服务中心的光伏幕墙,建设于2021年8月,在设计之初就将BIPV的造型及外观和整个建筑融合到一起,BIPV组件采用灰色、大尺寸、异形等新技术,替代了传统房屋立面建筑材料,安装面积1051m2,装机容量65.8kW,年发电量可达7万kWh。
根据国家统计局数据和中国建筑科学研究院测算,我国目前既有建筑面积约800亿平方米;同时,目前市场上每年新增近1亿平方米的采光瓦屋顶面积,一旦走向规模化应用,BIPV将是一个近万亿元的市场。BIPV兼具发电、建材和美观等功能于一身,随着技术进步,产品的性价比稳步提升,必将成为低能耗、环境友好型绿色建筑的主角。
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