太陽能建筑一體化技術(shù)及產(chǎn)業(yè)的最新發(fā)展

摘要：文章分析了我們現(xiàn)在的房子的特點(diǎn)，它給我們帶來了舒適，同時(shí)指出它的缺點(diǎn)及嚴(yán)重能耗問題，重點(diǎn)研究了太陽能建筑一體化，特別是光伏技術(shù)和建筑技術(shù)及其產(chǎn)業(yè)的最新發(fā)展，指出“太陽能建筑一體化”——這種人類夢(mèng)想的綠色建筑將逐步成為現(xiàn)實(shí)。

關(guān)鍵詞：太陽能；太陽能建筑一體化；光伏；能源；建筑；產(chǎn)業(yè)

中圖分類號(hào)：TU83 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-2374（2013）09-0001-02

人類生活在大自然中，自然界的風(fēng)雨雷電，讓我們顫，多么希望有一個(gè)遮風(fēng)避雨的地方——房子，“安得廣廈千萬間，大庇天下寒士俱歡顏，風(fēng)雨不動(dòng)安如山”！開始建造的是茅屋、土坯墻，然后有了磚木結(jié)構(gòu)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(gè)偉大的魔術(shù)家，讓地球上萬物生長，那么，如果利用它建造一個(gè)冬暖夏涼的住宅該多好！今天隨著建筑技術(shù)和太陽能光伏技術(shù)飛速發(fā)展，這已漸成現(xiàn)實(shí)。

1 我們現(xiàn)在的房子——工業(yè)革命的產(chǎn)物，當(dāng)代科技的集成體，同時(shí)耗能巨大

鋼筋混凝土的發(fā)明，無疑是人類建筑史上的巨大進(jìn)步，有了它我們可平地起高樓，甚至摩天大樓，現(xiàn)在大都市鱗次櫛比矗立的摩天大樓綜合體，美觀、時(shí)尚，夜晚霓虹閃爍，是現(xiàn)代都市的風(fēng)景線、現(xiàn)代文明的影像。在這些住宅里，我們用空調(diào)器調(diào)節(jié)室內(nèi)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(qū)供冬季取暖，家里還有電冰箱，通過電力驅(qū)動(dòng)這些機(jī)器為我們工作。現(xiàn)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(xiàn)在的房子實(shí)際是工業(yè)革命的產(chǎn)物，當(dāng)代科技的集成體，這些給我們帶來了舒適，但復(fù)雜、耗能。我們都知道工業(yè)耗能、交通耗能，但現(xiàn)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(diào)等，約占全社會(huì)總能耗的30%，其中最主要的是采暖和空調(diào)，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(chǎn)過程中耗掉的能源也包含在內(nèi)，那么和建筑相關(guān)的能耗將占到社會(huì)總能耗的46.7%。隨著中國工業(yè)化和城市化的進(jìn)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(yáng)趨勢(shì)?，F(xiàn)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(jié)能措施。因此，與國外發(fā)達(dá)國家相比，我國單位建筑面積采暖能耗為發(fā)達(dá)國家新建建筑的3倍以上；而根據(jù)測(cè)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(xiàn)在的3倍以上。根據(jù)2006年全國政協(xié)調(diào)研組就建筑節(jié)能問題提交的報(bào)告，按目前的發(fā)展趨勢(shì)，到2020年我國建筑能耗將達(dá)到10.9億噸標(biāo)準(zhǔn)煤，這相當(dāng)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(biāo)準(zhǔn)煤發(fā)電成本折合大約2700度電計(jì)算，那么，2020年，我國的建筑能耗將達(dá)到29430億度電，比三峽電站34年的發(fā)電量總和還要多。

2 太陽能建筑一體化——夢(mèng)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(shù)的發(fā)展應(yīng)運(yùn)而生，更為重要的是隨著建筑技術(shù)和太陽能光伏技術(shù)的飛速發(fā)展，這已逐漸成為現(xiàn)實(shí)，成為一種實(shí)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(gè)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(duì)傳統(tǒng)建筑實(shí)用主義的顛覆是創(chuàng)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(huán)保，可增加樓盤的綜合品質(zhì)，在建筑美學(xué)上更實(shí)用，人文氣息更濃，更貼近生活，是美學(xué)與生活的完美結(jié)合。

光伏與建筑的結(jié)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(fā)電系統(tǒng)。光伏組件或設(shè)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(fā)電，與建筑物功能不發(fā)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(hù)結(jié)構(gòu)，拆除建筑上的光伏組件，并不會(huì)影響原有建筑的基本功能。BAPV是光伏發(fā)電與建筑物相結(jié)合的初級(jí)形式，也是近期全球光伏應(yīng)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(chǎn)生電力主要自用，多余上傳，夜間從電網(wǎng)購電。這是最適合光伏發(fā)電特點(diǎn)的應(yīng)用，也一直為歐美政府所鼓勵(lì)。2011年以來，伴隨全球性金融危機(jī)，歐美各國陸續(xù)修改光伏政策，削減對(duì)大型集中式光伏電站的補(bǔ)貼，向小型分布式電站傾斜，在政策推動(dòng)下，在國家總能源結(jié)構(gòu)中BAPV的分布式發(fā)電裝機(jī)占比相當(dāng)高，德國達(dá)到20%，日本和印度分別達(dá)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(tǒng)與建筑物集成一體，光伏組件成為建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的一部分，即“太陽能建筑一體化”。對(duì)這種建筑物，光伏組件既作為建筑材料或建筑構(gòu)件，又能發(fā)電，可以替代部分建筑材料；光伏組件不僅要滿足光伏發(fā)電的功能要求，同時(shí)還要兼顧建筑的基本功能要求，如安全耐久、通風(fēng)隔熱、防水防潮等性能，更為重要的是能增強(qiáng)這些功能。這樣不僅可開發(fā)和應(yīng)用新能源，還可與裝飾美化合為一體，達(dá)到節(jié)能環(huán)保效果，是今后發(fā)展光伏應(yīng)用的趨勢(shì)。

通過近幾年的實(shí)踐檢驗(yàn)，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(shù)在迅速發(fā)展。和常規(guī)的第一代光伏技術(shù)相比，光伏建筑一體化中統(tǒng)一的深色組件外觀為薄膜硅帶來了明顯的外觀優(yōu)勢(shì)，滿足了建筑師和開發(fā)商的審美要求，因此，薄膜硅技術(shù)在特定市場(chǎng)的另一個(gè)機(jī)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(duì)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(zhuǎn)換成電能，而用于DSC的有機(jī)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(jí)別的太陽能板。意大利巴勒莫大學(xué)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(shí)際每年可以產(chǎn)生高達(dá)15%以上的能量。原因就在于DSC模塊與硅系統(tǒng)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(huì)損失效率?！绷硗猓?012年12月6～7日在意大利布列瑟農(nóng)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(xué)Livio Nichilio教授展示了有關(guān)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(shù)和經(jīng)濟(jì)角度來看，太陽能建筑優(yōu)點(diǎn)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?shù)臏厣笆覂?nèi)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(huán)保概念，可增加樓盤的綜合品質(zhì)。近日，國內(nèi)某大型房地產(chǎn)企業(yè)就透露，該公司正在尋找戰(zhàn)略合作伙伴，擬共同開發(fā)光伏建筑一體化項(xiàng)目，在全國百余個(gè)城市試點(diǎn)。目前太陽能建筑在歐美國家已相當(dāng)普遍和成熟，德國、意大利等國的光伏建筑應(yīng)用占比已達(dá)80%以上。北京市建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司顧問總建筑師黃匯提醒：規(guī)劃設(shè)計(jì)光伏建筑是擺在每個(gè)建筑師面前的新課題，必須強(qiáng)化學(xué)習(xí)。

美國市場(chǎng)調(diào)查公司NanoMarkets公布的一份報(bào)告預(yù)計(jì)，未來三年BIPV市場(chǎng)價(jià)值將超過現(xiàn)今的三倍之多，超過75億美元。2012年的BIPV市場(chǎng)報(bào)告，包括了對(duì)未來8年市場(chǎng)的預(yù)測(cè)，調(diào)查了BIPV市場(chǎng)的三大部分：玻璃材料、墻體材料和屋頂材料，涵蓋了12個(gè)主要產(chǎn)品類型。分析師指明，現(xiàn)今21億美元的BIPV光伏市場(chǎng)還將擴(kuò)大，因?yàn)楦哌_(dá)63%是來自新建項(xiàng)目以及最大的歐洲市場(chǎng)。報(bào)告預(yù)測(cè)，2015年BIPV玻璃材料市場(chǎng)價(jià)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(chǎng)價(jià)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(chǎng)會(huì)增長四倍，價(jià)值25億美元，其中木瓦瓷磚占60%，從而屋頂飾面會(huì)減少80%。另外該報(bào)告還調(diào)查了智能涂料、自動(dòng)調(diào)光和自潔智能窗戶、太陽能薄膜電池（CIGS）和透明導(dǎo)體的應(yīng)用趨勢(shì)。分析師還預(yù)計(jì)，即使62%的墻體建造采用現(xiàn)有技術(shù)，但未來三年新型墻體材料市場(chǎng)價(jià)值約8.3億美元。報(bào)告的墻體材料環(huán)節(jié)調(diào)查了新型材料，如太陽能墻壁燈、太陽能涂料，并預(yù)測(cè)德國、日本和加利福尼亞將占去大部分全球市場(chǎng)。墻體材料環(huán)節(jié)的報(bào)告認(rèn)為商業(yè)建筑、高層住宅和名貴建筑以及重建改造項(xiàng)目所使用的技術(shù)，都有應(yīng)用到光伏附著建筑系統(tǒng)（BAPV）。

3 結(jié)語

太陽能建筑一體化并不是現(xiàn)在才提出的，這個(gè)概念已提出好多年了，但是今天在建筑技術(shù)特別是太陽能光伏技術(shù)的飛速發(fā)展下，這已逐步成為現(xiàn)實(shí)，在建筑設(shè)計(jì)師和光伏技術(shù)專家以至科學(xué)家的共同努力下夢(mèng)想漸成真！我國目前正在進(jìn)行著工業(yè)化和城市化，黨的十八大更是把城鎮(zhèn)化建設(shè)提到未曾有的高度，將進(jìn)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(dá)到50%，但與日本的75%和美國的95%相比，還有相當(dāng)大的差距，這既是我國發(fā)展的困難所在，更是我國發(fā)展的潛力、動(dòng)力所在。在一個(gè)13億人口的東方傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)大國完成工業(yè)化和城市化，在人類歷史上是罕見的，是波瀾壯闊的。這個(gè)過程在960萬平方公里中華大地的一個(gè)主要變化就是城鎮(zhèn)化的物質(zhì)載體——大量、連片現(xiàn)代化住宅和大樓的建造、矗立，而在這個(gè)過程中太陽能建筑一體化的實(shí)施，其經(jīng)濟(jì)和社會(huì)意義不言而喻。

參考文獻(xiàn)

[1]我國建筑能耗將占到社會(huì)總能耗的46.7%.中國節(jié)能產(chǎn)

業(yè)網(wǎng).http：//www.china-esi.com/News/787.html.

[2]中日成立合資公司打造綠色建筑.新浪財(cái)經(jīng).http：//

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

[3]光伏并網(wǎng)見曙光，遲來的政策或助行業(yè)“回春”.中國

經(jīng)濟(jì)導(dǎo)報(bào).http：//www.ceh.com.cn/ceh/jryw/2012/10/27/138202.

shtml.

作者簡(jiǎn)介：張興科（1964—），男，陜西眉縣人，東營職業(yè)學(xué)院建筑與環(huán)境工程學(xué)院副教授，碩士，研究方向：技術(shù)經(jīng)濟(jì)及管理。

（責(zé)任編輯：黃銀芳）