光伏建筑的效益分析及推廣運(yùn)用中若干問(wèn)題的探討

深圳大學(xué)土木學(xué)院 ■ 黃中偉 董葉莉

一 引言

太陽(yáng)能光伏建筑包括BIPV和BAPV兩種形式：一種是建筑與光伏系統(tǒng)的結(jié)合，稱(chēng)為光伏附著設(shè)計(jì)(BAPV)；另一種是建筑與光伏組件的結(jié)合，稱(chēng)為光伏和建筑的一體化集成設(shè)計(jì)(BIPV)，要求光伏器件與建筑材料集成化[1]。

國(guó)外對(duì)光伏建筑的研究已有較長(zhǎng)時(shí)間，上世紀(jì)90年代初，各國(guó)政府就開(kāi)始制定一系列政策和計(jì)劃來(lái)大力推廣光伏建筑的應(yīng)用，主要集中在德國(guó)、美國(guó)、日本以及歐洲等一些發(fā)達(dá)國(guó)家。相對(duì)來(lái)說(shuō)，我國(guó)光伏建筑技術(shù)起步較晚，目前尚處于示范推廣階段。

二 光伏建筑的優(yōu)點(diǎn)與其溢出效益

光伏建筑技術(shù)提出了“建筑產(chǎn)生能源”的新概念，成為光伏技術(shù)一個(gè)重要的發(fā)展方向，有著其自身的優(yōu)越性。

1 工程直接效益

(1)建筑本身所具有的分散性與太陽(yáng)能分散性非常相匹配，可有效利用建筑物外表面，無(wú)需額外用地，節(jié)省寶貴的土地資源。一定程度上緩解了許多大城市電力需求大和土地資源稀缺的矛盾。

(2)原地發(fā)電，就近使用的原則，不需架設(shè)輸送電網(wǎng)和安裝額外的基礎(chǔ)設(shè)施，減少輸送電損失和相應(yīng)的設(shè)備建設(shè)成本(如圖1所示)。對(duì)于并網(wǎng)型光伏發(fā)電系統(tǒng)更不需要能量?jī)?chǔ)存設(shè)備，電網(wǎng)是它的儲(chǔ)能單元。由于蓄電池的使用壽命一般都較短，更換相對(duì)頻繁，且在存儲(chǔ)和釋放電能的過(guò)程中一般都伴隨著能量損失，所以提倡和采用并網(wǎng)型光伏系統(tǒng)可很好避免這些不足。

圖1 深圳僑香社區(qū)客服中心屋頂太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)

(3)位于建筑物外圍護(hù)結(jié)構(gòu)上的光伏組件阻擋和吸收了部分太陽(yáng)光輻射，在一定程度上減少了墻體得熱和室內(nèi)冷負(fù)荷，節(jié)省能源，提高室內(nèi)舒適度。以光伏墻(墻的方位角為正南，緯度折中取值，如圖2所示)在典型天氣的傳熱模型得出的數(shù)據(jù)來(lái)說(shuō)明香港、上海、北京3個(gè)地點(diǎn)的冷負(fù)荷降低率(見(jiàn)圖3)。

(4)提升建筑物的時(shí)代感。在設(shè)計(jì)中考慮光伏組件與其安裝基部結(jié)構(gòu)密切配合，橫平豎直，對(duì)稱(chēng)布局。在提升建筑物使用價(jià)值的同時(shí)也保持建筑物的風(fēng)格和美觀。

圖2 光伏墻結(jié)構(gòu)示意圖

圖3 3個(gè)地點(diǎn)的冷負(fù)荷降低率[2]

(5)直接經(jīng)濟(jì)效益顯著。2004年8月，深圳市政府投資6600萬(wàn)的太陽(yáng)能并網(wǎng)光伏電站在深圳國(guó)際園林花卉博覽園內(nèi)建成。該電站由5個(gè)子系統(tǒng)組成，分別安裝在4個(gè)場(chǎng)館(綜合展館、花卉展館、游客服務(wù)管理中心和南區(qū)游客服務(wù)中心)及北區(qū)東山坡上，總?cè)萘?000.322kWp，年發(fā)電能力約為100萬(wàn)kWh。

若按照目前深圳供電局夏季(5～10月)第一檔電量居民用電電價(jià)0.68元/kWh計(jì)算，深圳園博園每年可節(jié)省電費(fèi)約68萬(wàn)元；按照該電站20年運(yùn)營(yíng)期計(jì)算，累計(jì)發(fā)電約2000萬(wàn)kWh，總計(jì)可節(jié)省電費(fèi)約1360萬(wàn)元。而且與常規(guī)能源發(fā)電相比，光伏發(fā)電系統(tǒng)的運(yùn)行、維護(hù)費(fèi)用較低，節(jié)約了大量運(yùn)營(yíng)成本。

2 社會(huì)效益

(1)能源結(jié)構(gòu)調(diào)整

建筑能耗占到全社會(huì)總能耗的30%左右[3]，并隨我國(guó)城市化進(jìn)程的加快，建筑能耗將繼續(xù)保持增長(zhǎng)趨勢(shì)。推行光伏建筑的規(guī)?；瘧?yīng)用，能有效降低建筑能耗，促進(jìn)能源多樣化，調(diào)整建筑用能結(jié)構(gòu)。

(2)緩解高峰電力需求

圖4是2012年廣州市各月份全社會(huì)用電量和廣州城區(qū)中心各月份太陽(yáng)能輻射量曲線(xiàn)圖。

圖4 2012年廣州市各月份全社會(huì)用電量及城區(qū)中心各月太陽(yáng)能輻射量

由圖4可知，一年中7月輻射量最高，2月最低；與此同時(shí)，一年中的耗電量也是7月最多，2月最少；除此之外，其他月份的太陽(yáng)輻射量和用電量之間也有密切的關(guān)系。由于夏季天氣炎熱，空調(diào)等制冷設(shè)備使用會(huì)明顯增加，且中午陽(yáng)光直射，日照強(qiáng)烈，這樣就形成了年用電高峰期和日高峰期，而這兩個(gè)時(shí)期也是光伏發(fā)電最多的時(shí)候。

光伏建筑一體化系統(tǒng)既可確保自身建筑用電，又可將額外電量提供給電網(wǎng)(并網(wǎng)系統(tǒng))，從而使高峰電力需求得到一定程度的緩解。

(3)降低負(fù)載的缺電率，維護(hù)社會(huì)正常秩序

在市電發(fā)生故障或停電時(shí)，可及時(shí)利用建筑光伏系統(tǒng)產(chǎn)生的電力，使住宅、機(jī)構(gòu)、學(xué)校等不因缺電而停止運(yùn)作。

(4)推動(dòng)光伏產(chǎn)業(yè)的發(fā)展

光伏發(fā)電系統(tǒng)使得建筑物具有使用功能外，還成為高科技普及教育的活教材，對(duì)市民的環(huán)保、節(jié)能意識(shí)起到積極的影響。用戶(hù)的接受認(rèn)可、市場(chǎng)的拓展將會(huì)激勵(lì)光伏行業(yè)更多的科研投入和技術(shù)創(chuàng)新。技術(shù)進(jìn)步、價(jià)格降低又反過(guò)來(lái)推動(dòng)光伏產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

(5)衍生更多就業(yè)機(jī)會(huì)

就業(yè)問(wèn)題不僅關(guān)系國(guó)家的經(jīng)濟(jì)發(fā)展，更關(guān)系著社會(huì)的穩(wěn)定與和諧。光伏建筑這種前衛(wèi)的太陽(yáng)能應(yīng)用技術(shù)，將會(huì)為項(xiàng)目所在地和業(yè)內(nèi)人士帶來(lái)一些新的就業(yè)機(jī)會(huì)和選擇。

3 環(huán)境效益

常規(guī)能源如石油、煤炭等發(fā)電會(huì)產(chǎn)生二氧化硫、氮氧化物等有害氣體和二氧化碳等溫室氣體，同時(shí)還伴隨著廢水、廢渣的排放，引發(fā)空氣、河流污染、酸雨災(zāi)害等一系列環(huán)境問(wèn)題。而太陽(yáng)能光伏在發(fā)電過(guò)程中不會(huì)給空氣帶來(lái)污染，不破壞生態(tài)，是一種清潔安全的可再生能源，是人類(lèi)保護(hù)生態(tài)環(huán)境有效的措施之一。

例如，深圳國(guó)際園林花卉博覽園1MWp并網(wǎng)光伏電站，采用與市電直接并網(wǎng)的運(yùn)行方式，年發(fā)電能力約為100萬(wàn)kWh，相當(dāng)于每年可節(jié)省標(biāo)準(zhǔn)煤約384t，減排二氧化碳約170t，減排二氧化硫約7.68t。

圖5 深圳國(guó)際園林花卉博覽園管理中心屋頂并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)

三 我國(guó)光伏建筑的應(yīng)用現(xiàn)狀

2009年3月，財(cái)政部會(huì)同住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部推出了促進(jìn)BIPV和光伏屋頂應(yīng)用的國(guó)家光伏補(bǔ)貼計(jì)劃。

2009年7月21日，財(cái)政部、科技部、國(guó)家能源局聯(lián)合發(fā)布了《關(guān)于實(shí)施金太陽(yáng)示范工程的通知》，決定綜合采取財(cái)政補(bǔ)助、科技支持和市場(chǎng)拉動(dòng)方式，加快國(guó)內(nèi)光伏發(fā)電的產(chǎn)業(yè)化和規(guī)?；l(fā)展。

2011年國(guó)家發(fā)展和改革委員會(huì)《關(guān)于完善太陽(yáng)能光伏發(fā)電上網(wǎng)電價(jià)政策的通知》正式出臺(tái)，制定了全國(guó)統(tǒng)一的太陽(yáng)能光伏發(fā)電標(biāo)桿上網(wǎng)電價(jià)，太陽(yáng)能產(chǎn)業(yè)相關(guān)政策得到了逐步完善和加強(qiáng)。

在這些光伏激勵(lì)政策的刺激下，2009年光伏新增裝機(jī)量達(dá)到120MW，2011年新增電裝機(jī)容量約220萬(wàn)kW，當(dāng)年新增量位居世界第三。2012年第一批“金太陽(yáng)”工程的裝機(jī)量為1.709GW，第二批“金太陽(yáng)”工程總裝機(jī)量達(dá)2.834GW。至此，2012年“金太陽(yáng)”工程總裝機(jī)量是2011年的兩倍，并且超過(guò)了此前3年該工程的裝機(jī)總規(guī)模。

國(guó)家政策的出臺(tái)推動(dòng)我國(guó)光伏裝機(jī)市場(chǎng)實(shí)現(xiàn)了較大幅度的增長(zhǎng)，然而，這些政策實(shí)質(zhì)上仍然是“輸血”式而非“造血”式。政府的支持更多停留在發(fā)電補(bǔ)貼上，補(bǔ)貼政策沒(méi)有破除行政因素，體現(xiàn)效率原則，引進(jìn)競(jìng)爭(zhēng)機(jī)制。與此同時(shí)，“金太陽(yáng)”工程缺乏相關(guān)配套規(guī)范，機(jī)制上不夠完善，執(zhí)行上缺乏監(jiān)督和檢查，實(shí)施中項(xiàng)目運(yùn)營(yíng)成本較高，經(jīng)濟(jì)效果不太樂(lè)觀，并網(wǎng)、電量消納、電費(fèi)結(jié)算等方面仍沒(méi)有明確制度。

從技術(shù)層面看，我國(guó)光伏建筑技術(shù)水平滯后，許多關(guān)鍵裝備和主要原、輔材料的對(duì)外依賴(lài)度仍然很高，國(guó)內(nèi)市場(chǎng)供需嚴(yán)重失衡。相對(duì)于太陽(yáng)電池產(chǎn)量的飛速發(fā)展，我國(guó)的光伏市場(chǎng)發(fā)展遠(yuǎn)遠(yuǎn)落在后面。光伏電池產(chǎn)品的市場(chǎng)仍然在外，光伏產(chǎn)品出口量不斷提高，價(jià)格卻不斷下滑。去年太陽(yáng)電池出口均價(jià)下降37.1%，從年初的2美元/W持續(xù)下跌，最低價(jià)僅為0.8美元/W。盡管光伏電池全年出口量增長(zhǎng)七成多，但我國(guó)去年光伏產(chǎn)品出口總額僅增長(zhǎng)17.38%，為358.21億美元。

近期，受金融危機(jī)影響，全球貿(mào)易保護(hù)主義抬頭。發(fā)達(dá)國(guó)家除采取反傾銷(xiāo)、反補(bǔ)貼等傳統(tǒng)貿(mào)易保護(hù)手段外，還試圖通過(guò)制定更加嚴(yán)格的減排規(guī)則、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、勞務(wù)標(biāo)準(zhǔn)、社會(huì)責(zé)任等來(lái)強(qiáng)化產(chǎn)業(yè)、控制主導(dǎo)權(quán)，以削弱發(fā)展中國(guó)家出口競(jìng)爭(zhēng)力。我國(guó)光伏產(chǎn)業(yè)在為國(guó)外用戶(hù)輸送清潔能源的同時(shí)，卻耗費(fèi)了大量的國(guó)內(nèi)資源。

與遭遇出口壁壘相比，國(guó)內(nèi)光伏業(yè)的高能耗危機(jī)、光伏產(chǎn)業(yè)的發(fā)展模式更值得我們深思。從光伏產(chǎn)業(yè)的長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展來(lái)看，完善體制、提高光伏行業(yè)的技術(shù)水平和服務(wù)質(zhì)量、啟動(dòng)國(guó)內(nèi)市場(chǎng)是當(dāng)務(wù)之急。

四 光伏建筑推廣運(yùn)用中的幾點(diǎn)建議

“十一五”金太陽(yáng)工程實(shí)施以來(lái)，從整體上看光伏產(chǎn)業(yè)存在缺乏科學(xué)規(guī)劃、市場(chǎng)監(jiān)管不力、電力和準(zhǔn)入機(jī)制滯后、人才培育系統(tǒng)不夠完善、行業(yè)缺乏市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力等問(wèn)題。因此，提出以下幾點(diǎn)建議：

(1)進(jìn)一步提升太陽(yáng)能在新能源發(fā)展中的戰(zhàn)略地位，根據(jù)行業(yè)發(fā)展情況和特點(diǎn)，區(qū)分地域和太陽(yáng)能資源分布，區(qū)別化、系統(tǒng)化地制定和完善適用于我國(guó)的太陽(yáng)能發(fā)展規(guī)劃。體現(xiàn)總量控制原則，每年的補(bǔ)貼力度和光伏發(fā)展的目標(biāo)結(jié)合起來(lái)，發(fā)展目標(biāo)的制定和電網(wǎng)的消納能力、社會(huì)的實(shí)際需求結(jié)合起來(lái)。

(2)制定必要的光伏建筑應(yīng)用技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和認(rèn)證制度，以及綠色電力保障性收購(gòu)、優(yōu)先調(diào)度等有關(guān)政策法規(guī)，結(jié)合示范項(xiàng)目和實(shí)際工程的運(yùn)行情況進(jìn)一步完善上網(wǎng)電價(jià)，規(guī)范市場(chǎng)，有序競(jìng)爭(zhēng)。對(duì)光伏建筑一體化系統(tǒng)所發(fā)電量，鼓勵(lì)自發(fā)自用，與電網(wǎng)實(shí)行雙向計(jì)量，凈電量結(jié)算。重視電源電網(wǎng)協(xié)調(diào)同步發(fā)展，形成新能源規(guī)劃與電網(wǎng)規(guī)劃互動(dòng)的協(xié)同機(jī)制。

(3)突破智能電網(wǎng)技術(shù)，消除入網(wǎng)瓶頸，從國(guó)家層面上推行電力機(jī)制改革，確定獨(dú)立的輸、配電價(jià)，還原電網(wǎng)企業(yè)的輸、配電功能，使壟斷業(yè)務(wù)與競(jìng)爭(zhēng)性業(yè)務(wù)分離，電力調(diào)度機(jī)構(gòu)與盈利主體分離，進(jìn)一步加強(qiáng)政府監(jiān)管，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)的公平開(kāi)放、公平接入。

(4)構(gòu)建光伏建筑一體化的人才培育體系，培育一批既有建筑又有太陽(yáng)能發(fā)電知識(shí)和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的高素質(zhì)綜合型后備人才，加強(qiáng)太陽(yáng)能光伏行業(yè)與建筑行業(yè)的技術(shù)交流、密切合作，促進(jìn)光伏發(fā)電建筑技術(shù)的研發(fā)和市場(chǎng)應(yīng)用。

(5)光伏發(fā)電的補(bǔ)貼應(yīng)考慮優(yōu)勝劣汰，讓有限的資金運(yùn)用到有真正核心競(jìng)爭(zhēng)力的企業(yè)上。國(guó)家可考慮加大對(duì)國(guó)內(nèi)優(yōu)秀企業(yè)的扶持力度(包括貸款、收稅方面)，通過(guò)樹(shù)立標(biāo)桿企業(yè)逐漸帶動(dòng)行業(yè)技術(shù)進(jìn)步，引領(lǐng)整個(gè)行業(yè)健康發(fā)展，增強(qiáng)中國(guó)企業(yè)在世界的競(jìng)爭(zhēng)力。

[1] 郝斌, 李現(xiàn)輝. 太陽(yáng)能光伏建筑一體化探討[J]. 建設(shè)科技, 2009,(20): 32－34.

[2] 楊洪興, 周偉. 太陽(yáng)能建筑一體化技術(shù)與應(yīng)用[M]. 北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社, 2011.

[3] 深圳市住房和建設(shè)局 深圳市發(fā)展和改革委員會(huì)關(guān)于印發(fā)深圳市可再生能源建筑應(yīng)用“十二五”規(guī)劃的通知[EB/OL]. http://www.gdcic. net/ Laws DB/Module/web/LawsView. aspx?id=11950.