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光伏新天地| BIPV光伏建筑—體化

2024-08-29 16:30:05 瀏覽次數(shù)：

 

一、建筑光伏：BAPV與BIPV

大家好，今天和大家聊聊BIPV。聊BIPV前，我們先看一下BIPV在光伏電站中的位
建筑光伏屬于分布式光伏，相對(duì)集中式光伏電站，具有節(jié)約土地、就近消耗、電力調(diào)峰等優(yōu)勢(shì)。建筑光伏，就是將光伏發(fā)電與建筑物相結(jié)合，于建筑物結(jié)構(gòu)外圍鋪設(shè)光伏器件，產(chǎn)生電力。
圖1：光伏電站的分類(lèi)

而與建筑結(jié)合的光伏又分為兩類(lèi)：
1、BAPV，安裝式光伏，Building attached photovoltaics，光伏系統(tǒng)附著在建筑物表面。
2、BIPV，建筑光伏一體化，Building integrated Photovoltaic，光伏系統(tǒng)成為建筑直接材料。
BAPV是簡(jiǎn)單的結(jié)合方式，適用于現(xiàn)有屋頂?shù)母脑?。在建筑屋頂上直接安裝附加的鋼結(jié)構(gòu)支架或者滑軌，并固定光伏板進(jìn)行發(fā)電。目前“整縣推進(jìn)”的光伏屋頂，都是采用的這種方式。
圖 2：BAPV的典型應(yīng)用

BAPV主要遇到的問(wèn)題有：

1、荷載。原有屋頂荷載不滿足二次安裝光伏板的要求，需對(duì)原有屋面進(jìn)行再加固。有些加固困難。甚至還有雪災(zāi)壓塌屋頂、強(qiáng)風(fēng)吹跑光伏板的新聞。
2、防水。BAPV會(huì)破壞原屋頂防水層，建好后需要修補(bǔ)，帶來(lái)排水隱患。
3、光伏板的安全與實(shí)際使用壽命。附屬組件如逆變器與接線盒等設(shè)施常常暴露在外，影響美觀不說(shuō)，容易被損壞，降低BAPV實(shí)際使用壽命。
BAPV往往是需要一次性投入多年回報(bào)的項(xiàng)目，業(yè)主重視收益率與安全。一旦發(fā)生重大損失，會(huì)出現(xiàn)權(quán)益難以得到有效保障的情況。而B(niǎo)IPV，光伏與建筑一體化，可以規(guī)避BAPV的很多問(wèn)題。具有壽命長(zhǎng)、受力可靠、防水可靠、利于運(yùn)營(yíng)維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)。

BIPV分類(lèi)與發(fā)展

BIPV是光伏系統(tǒng)成為建筑直接材料，目前已經(jīng)開(kāi)發(fā)出光伏屋頂、光伏玻璃、光伏幕墻、光伏瓦等一系列光伏建筑材料。
圖3：BIPV相關(guān)產(chǎn)品與BAPV對(duì)比

BIPV按材料可分為晶硅型和薄膜型

晶硅型BIPV，轉(zhuǎn)換效率高，單晶可達(dá)25%。晶硅電池片是不透光的，晶硅組件主要應(yīng)用在不透光的建筑項(xiàng)目中。當(dāng)然晶硅型光伏幕墻采用雙面玻璃也可滿足一定的透光要求。晶硅型是大家最熟悉的。
薄膜型BIPV，目前主要為碲化鎘(CdTe)電池、銅銦鎵硒(CIGS)電池、鈣鈦礦太陽(yáng)電池。
碲化鎘商業(yè)應(yīng)用上的平均效率為14.7%。銅銦鎵硒電池目前在薄膜型中效率最高，可接近20%。效率上是不如晶硅型，但薄膜型也有晶硅型不具備的優(yōu)勢(shì)：可調(diào)控的透明度，較好的弱光性，更優(yōu)的溫度系數(shù)。保證其能夠在高溫和弱光等極端情況下維持工作。
圖4：彩色薄膜電池建筑效果
 
薄膜電池不是近期才有的新概念。20世紀(jì)70年代薄膜電池技術(shù)即問(wèn)世，風(fēng)頭一時(shí)超過(guò)晶硅電池，甚至被稱為“下一代光伏技術(shù)”。后來(lái)由于效率難以提升，逐漸偃旗息鼓。
而如今，BIPV的爆發(fā)，給薄膜電池帶來(lái)了新的機(jī)會(huì)。目前國(guó)內(nèi)在薄膜型領(lǐng)域的公司有，龍焱能源、明陽(yáng)智能子公司瑞科新能源、杭州纖納等。而晶硅型電池，卻有光伏行業(yè)（隆基、天合、晶科、晶澳、連邦、阿特斯等）的各大巨頭在。目前來(lái)看，晶硅陣營(yíng)看起來(lái)更加華麗。

BIPV按產(chǎn)品表現(xiàn)形式可分為建材型和構(gòu)件型

“建材型”一體化更加完善，將光伏電池完全融合進(jìn)建材中，從外觀上可能與傳統(tǒng)建筑材料差別不大。對(duì)材料強(qiáng)度、性能提出更高的要求。“建材型”是一種相對(duì)理想的形式，但是定制化程度高，強(qiáng)度要求高，成本高。
構(gòu)件型”偏向標(biāo)準(zhǔn)化產(chǎn)品，將光伏組件與建筑組件相結(jié)合成整體構(gòu)件，從外觀上較易與傳統(tǒng)建材區(qū)分。目前市場(chǎng)上主流是這種，主要以光伏屋頂、光伏幕墻、光伏遮陽(yáng)板為主，一方面能最高程度保持組件發(fā)電效率、最大化電池有效發(fā)電面積。但是標(biāo)準(zhǔn)化構(gòu)件也限制了應(yīng)用場(chǎng)景，目前主要應(yīng)用在工商業(yè)廠房屋頂、防雨車(chē)棚等大面積屋頂、大型建筑外側(cè)幕墻。
現(xiàn)在光伏組件公司也推出了透光和彩色的光伏幕墻，給設(shè)計(jì)院提供了更多可選擇的設(shè)計(jì)樣式，滿足一定建筑美學(xué)設(shè)計(jì)的要求。
光伏幕墻具備光伏和建筑雙重屬性，要與建筑物同時(shí)設(shè)計(jì)、同時(shí)施工和安裝，成本較高。除發(fā)電功能外，要滿足建筑功能要求：外部維護(hù)、透明度、力學(xué)、美學(xué)、安全等。建筑功能要求高于光伏發(fā)電要求，要優(yōu)先滿足建筑功能要求，所以有時(shí)會(huì)犧牲光伏屬性，比如較高的發(fā)電效率、較好的光照角度、較大發(fā)電功率等等。
圖5：英國(guó)大型商場(chǎng)BIPV光伏屋頂

BIPV技術(shù)發(fā)展的三代歷程

綜上，可以總結(jié)出BIPV技術(shù)發(fā)展的過(guò)程。
第一代，光伏陣列依靠部分額外支撐和固定裝置安裝在建筑物表面，外觀與BAPV相近。大部分晶硅型BIPV，是目前主流。
第二代，薄膜電池為主，光伏組件與建筑材料合為一體，外形美觀。但是電力電子裝置與接線不方便安排，可靠性低，維護(hù)成本高。
第三代，光伏系統(tǒng)、建筑材料、電能變換配套裝置全部集成。定制化要求高，成本高。需要開(kāi)發(fā)更新一代的技術(shù)與材料。
目前國(guó)內(nèi)光伏建筑主要聚焦于未來(lái)的增量市場(chǎng)。對(duì)于無(wú)采光需求的大型公用建筑如購(gòu)物中心等，可選擇晶硅幕墻方案。對(duì)于有采光要求的寫(xiě)字樓等建筑，可選擇薄膜電池，也可選擇雙面玻璃、有一定透光度的晶硅構(gòu)件。對(duì)于BIPV的市場(chǎng)預(yù)測(cè)、政策發(fā)展，分析的文章很多，本文就不贅述了。
 
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