關于太陽能與建筑一體化設計的研究

侯廣明　孫宇

摘要：在綠色建筑、綠色城區(qū)的快速發(fā)展過程中，太陽能建筑一體化這一技術獲得的關注度也越來越高。目前，中國大陸在此方面也逐漸向“工程化規(guī)模應用”方向發(fā)展。本文主要對太陽能與建筑一體化在應用原則、存在的問題、相應建議等方面加以闡述，并對其發(fā)展前景做出展望。

關鍵詞：光伏；光熱；太陽能建筑一體化

中圖分類號：TU18 文獻標識碼：A 文章編號：1674-3024（2016）22-0090-01

1太陽能建筑一體化應用原則

1.1光熱。（1）采用“光熱-體化”的建筑應該積極地利用太陽能。（2）應充分將其設計順應一系列主客觀條件，對其材料、構(gòu)造、形式加以綜合分析后再行選擇。（3）立面分格應適應室內(nèi)空間組合，力求和建筑外觀形式、室內(nèi)功能和視覺相互協(xié)調(diào)。（4）宜和供熱水、供暖、供水體系形成“一體”。（5）太陽集熱器應充分利用建筑中相應構(gòu)件布置，以南向安裝為主。（6）光熱系統(tǒng)介質(zhì)、設備總重量應納入相應結(jié)構(gòu)計算荷載。（7）應進行太陽熱水系統(tǒng)設計方面的經(jīng)濟技術分析，充分考慮各方面要求和規(guī)定。

1.2光伏。在此方面主要包括綠色建筑設計理念、集成太陽能工程技術與傳統(tǒng)建筑構(gòu)造、全過程協(xié)同控制、智能結(jié)合外圍護結(jié)構(gòu)、分析其生命周期內(nèi)社會與經(jīng)濟費用等。

1.3太陽能與建筑一體化適用對象。主要適用于能夠與建筑同步施工、設計的新建綠色建筑，民用、工業(yè)建筑，綠色、節(jié)能建筑改造項目等。

2存在的問題及建議

2.1光熱。在光熱行業(yè)，原有的競爭多集中于價格層面，概念炒作甚囂塵上，但實質(zhì)性的技術、服務創(chuàng)新則極少。而在如今，太陽能光熱行業(yè)市場競爭升級局面造成的“技術戰(zhàn)”必然日趨升級，不少企業(yè)借此來不斷研發(fā)先進技術，以此來引領行業(yè)轉(zhuǎn)型，構(gòu)建核心技術競爭力。

2.2光伏。

2.2.1技術方面。目前，國際上晶體硅高效電池商業(yè)化效率已超過20%，但中國大陸依舊處于空白；國際上銅銦鎵硒、碲化鎘薄膜電池已經(jīng)產(chǎn)業(yè)化，而中國大陸尚無商業(yè)化生產(chǎn)線；新型電池尚未掌握相應技術、生產(chǎn)柔性、高倍聚光、晶體/薄膜硅異質(zhì)結(jié)電池技術，前沿技術（全光譜、黑硅電池）研究也落后于國際先進水平。

在光伏直流并網(wǎng)、區(qū)域建筑光伏、光伏微網(wǎng)、大型并網(wǎng)光伏電站等系統(tǒng)的并網(wǎng)技術、功率預測、關鍵設備、設計集成等方面尚不及國際先進水平，尚缺少綜合利用經(jīng)驗。

2.2.2產(chǎn)業(yè)方面。目前，光伏產(chǎn)業(yè)鏈有“上游小下游大”這一問題的存在，缺乏應有的產(chǎn)品設備設計、制造能力。很多晶體硅電池的關鍵設備性能尚落后于國際先進水平，缺乏具備自動化程度的成套生產(chǎn)線；薄膜電池關鍵設備嚴重依賴進口。整線集成解決方案缺失。

2.2.3建議。欲對太陽能與建筑一體化建設有所推進，首先應對政策法規(guī)加以完善，應及時出臺相關文件，加大此方面的政策支持力度；要對經(jīng)濟杠桿予以充分利用以調(diào)動開發(fā)商積極性；提升技術研發(fā)力度，解決其散熱性、安全性等方面問題，對系統(tǒng)智能化、集成化程度予以提升；加強人才建設，尤其要加強培養(yǎng)建筑、機械、電磁學、光學等學科人才和產(chǎn)品開發(fā)設計、施工安裝人員的培養(yǎng)；以“全壽命周期成本”在社會、經(jīng)濟層面評價工程，政府也應在推廣“全壽命周期成本”的過程中，給予政策扶持。

3前景展望

3.1中國的可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略。中國大陸的建筑面積在如今平均每年增加20億m²——就數(shù)量而言，全社會總能耗中建筑能耗占比已近1，3，而在城市化進程加快的過程中，建筑能耗也將進一步增長。提升建筑領域中可再生能源的“規(guī)?；瘧谩?，是調(diào)整用能結(jié)構(gòu)、降低能耗的一個主要措施?！犊稍偕茉粗虚L期發(fā)展規(guī)劃》中也提到：到2020年，中國大陸范圍內(nèi)屋頂光伏發(fā)電項目總?cè)萘繉⑦_到100萬KW，數(shù)量達到2萬個。

3.2中國的經(jīng)濟發(fā)展。截至2014年，中國大陸的GDP總量已經(jīng)接近了60兆元人民幣的國模，GDP也獲得了高達7.8%的增長率；全社會也完成了近40兆元人民幣的固定資產(chǎn)投資，同比增長近21%；全國范圍內(nèi)有近8兆元人民幣的房地產(chǎn)開發(fā)投資，同比上升16.2%；從上世紀70年代末至今，中國大陸經(jīng)濟發(fā)展成就堪稱舉世矚目，也奠定了中國大陸發(fā)展太陽能建筑一體化這一方面的基礎。

3.3中國太陽能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。2015年，中國大陸的太陽能熱水器獲得了高達44730MW的年生產(chǎn)量，和2014年相比上升了約11%，按照專業(yè)研究機構(gòu)提供的數(shù)據(jù)，2015年中國大陸已經(jīng)擁有約為4.5GW的光伏裝機容量，和2014年的2.89GW相比，獲得了55.7%的增長率。在近段時間內(nèi)召開的“全國能源工作會議”房中，國家能源局確立了光伏發(fā)電裝機目標，并出臺了關于《國務院關于印發(fā)能源發(fā)展“十三五”規(guī)劃的通知》，將其裝機容量目標定位為25GW——中國大陸光熱、光伏產(chǎn)業(yè)在如今的不斷向前推進，給太陽能建筑一體化提供了堅強后盾。

3.4行業(yè)發(fā)展前景展望。近段時間里，中國大陸太陽能技術發(fā)展迅速，同時也對著綠色建筑、建筑節(jié)能減排等方面的快速發(fā)展，應用太陽能建筑一體化獲得了不小的便利。中國大陸的建筑為數(shù)眾多，若可以充分考慮環(huán)境能源技術，并借助于可以充分保證環(huán)保的太陽能建筑組件，往往可以很好地對太陽能一體化建筑的發(fā)展產(chǎn)生促進作用，借鑒此方面發(fā)達的國家和地區(qū)的經(jīng)驗，在設計建筑主體之前，將太陽能與建筑設計彼此融合的做法頗為值得肯定和期待——和并網(wǎng)發(fā)電一樣，最終必然會在太陽能應用方面成為主流，在未來，中國大陸在太陽能建筑一體化這一層面必然會占有巨大的發(fā)展空間。中國大陸目前我國現(xiàn)有500億m²的建筑面積之內(nèi)，有近1/4者需加以節(jié)能改造。要對此目標加以實現(xiàn)，必然會采取太陽能建筑一體化系統(tǒng)。后者也正因此獲得了頗為廣闊的市場發(fā)展前景。而太陽能技術正從“示范工程應用”層面逐步向“工程化規(guī)模應用”的方向快速發(fā)展。