谈谈光电建筑的应用和发展

章放

给“光伏建筑一体化”更个名

严格地讲，“光伏建筑一体化”这一说法不是很科学。建筑应该是一个整体，建筑结构、构配件和建筑材料都是它的组成部分，通过连接，固定成为一体。光伏应用于建筑，是要把光伏组件用固定件、焊接或胶粘的办法，固定在建筑上，成为建筑的组成部分。所以，不论光伏组件是否作为建筑外围护结构的构配件，光伏组件都是与建筑结为一体的。至于BAPV和BIPV（光伏建筑一体化）的称谓，只不过是针对光伏组件是否承担建筑功能而言的。

光伏应用于建筑有两种基本形式，一种是光伏组件附加安装在建筑上，光伏组件除具有发电功能外，不具有任何其他的建筑功能。比如，把光伏组件用支架安装在混凝土平屋顶上，光伏组件就不具有建筑的屋顶功能。另一种是，光伏组件直接作为建筑材料或构配件安装在建筑上，光伏组件除具有发电功能外，还具有某种建筑功能。比如，光伏组件作为采光顶的透明玻璃面板，就要具有采光屋顶的全部功能。所以，把后一种形式称作“光伏建筑一体化”是不准确的。我们应该统称这两种形式为“光电建筑”或“建筑光伏”。

光电建筑是针对建筑而言的，其含义最早见于《住房和城乡建设部关于加快推进太阳能光电建筑应用的实施意见》一文中。文件对光电建筑的解释是：“利用太阳能光电转换技术，解决建筑物、城市广场、道路及偏远地区的照明、景观等用能需求。”建筑光伏是针对光伏系统而言的，是指此类光伏系统是建在建筑上的，而不是建在地面上的，更不是用在航天上的。

建筑光伏的特征是应用形式的多样化

建筑光伏应用形式的多样化是针对地面光伏发电站而言的，地面光伏发电站的形式比较单一，而建筑光伏的安装形式比较复杂。光伏组件可以安装在屋顶上，形成光伏组件屋面、光伏采光顶、光伏瓦屋面、光伏金属屋面等；光伏组件还可以安装在墙面上，形成光伏幕墙、光伏窗间墙等；光伏组件也可以与建筑遮阳结合，形成光伏外窗遮阳、光伏屋檐遮阳、光伏雨篷遮阳、光伏长廊遮阳，以及停车棚、公交站亭、过街天桥、体育场看台等光伏遮阳；光伏组件还可以与农业温室结合，形成光伏温室。

目前，与建筑光伏应用形式多样化相适应的光伏产品，正朝着建材化和构件化的方向发展。比如，适合于瓦屋面的光伏瓦，适合于防水材料的柔性薄膜光伏组件，适合于透明幕墙和采光顶的中空光伏组件，适合于采光要求的不同透光率的光伏组件，适合于上人屋面和防火的蜂窝式光伏组件，适合于分散布局的微型逆变器，以及适合于建筑美观和防水的整体光伏屋顶构造等。

截至2015年3月，我国光伏装机量累计3312万千瓦，其中地面光伏发电站2779万千瓦，分布式光伏533万千瓦。建筑光伏作为分布式光伏的主流形式，可以占到70%～80%，约有将近400万千瓦。在这400万千瓦的建筑光伏中，以屋顶光伏为主。其中，又以工业建筑屋顶光伏居多。在工业建筑屋顶光伏中，大多为在既有工业建筑的金属屋面上附加安装。

建筑光伏首先要符合建筑的相关要求

建筑光伏的载体是建筑，光伏组件可以安装在建筑的屋面、墙面、遮阳、阳台、窗等部位，安装在这些部位的光伏组件要满足该部位的建筑要求。否则，破坏这些部位的建筑要求，就可能会给建筑带来一定的危害。所以，光伏与建筑结合，首先要满足建筑要求，再来谈光伏发电。俗话说：“皮之不存，毛将焉附？”没有建筑，也就无从谈建筑光伏发电了。

光伏组件用于建筑外围护结构，应满足室内环境的要求。其一是采光要求，如果光伏组件用于采光顶、透明幕墙或窗，就要符合采光系数标准值的规定。其二是通风要求，如果光伏组件用于建筑幕墙或窗，就应考虑通风开口有效面积的规定。其三是保温、隔热要求，如果光伏组件用于采光顶、透明幕墙和窗，就应符合建筑气候分区外围护结构传热系数限值、热惰性指标和气密性的规定。

光伏组件用于建筑构造，应满足建筑构造的要求。其一是屋面要求，如果光伏组件作为屋面材料，应符合具有良好防水、冬季保温、夏季隔热、适应主体结构受力变形、承受风雪荷载、阻止火势蔓延和外形美观的要求。其二是墙体要求，如果光伏组件作为玻璃幕墙面板，就应符合风压变形、雨水渗漏、空气渗透、保温、隔声、耐撞击、平面内变形、防火、防雷、抗震等物理性能要求。其三是遮阳要求，如果光伏组件作为建筑外遮阳板，就应符合遮阳系数、承载力、耐腐蚀、防火等性能要求。其四是阳台要求，如果光伏组件作为建筑阳台的栏板，就要符合水平荷载、栏板高度和电气安全的要求。

光伏系统安装于建筑，应符合建筑安全的要求。其一是荷载要求，在既有建筑上安装光伏组件，必须进行建筑结构的安全性复核。其二是防火要求，光伏组件作为建筑构件或建筑材料，其燃烧性能和耐火极限不应低于规定的要求。其三是防雷要求，建筑光伏系统不仅应采取外部防雷措施，还要安装内部防雷装置。其四是电气安全要求，建筑光伏系统的绝缘电阻、漏电流必须符合相关规定，接口处必须采用安全插头。

建筑光伏还应符合光伏发电的要求。其一是太阳能资源要求，建筑光伏的发电设计应充分考虑当地的太阳辐射量、峰值日照时数、天气影响因素、环境遮挡因素等。其二是发电量要求，建筑光伏的发电设计应准确计算光伏方阵的最佳倾角、方位角和年发电量，使光伏发电量最大化。其三是发电效率要求，建筑光伏的发电设计应根据具体情况，选择光伏组件，优化系统匹配，保证光伏组件的清洁。其四是电能质量要求，光伏电力必须满足现行国家标准电能质量的规定。

困扰光电建筑发展的原因不是技术

2014年，分布式光伏新增装机量仅完成了预期目标的20%。这个事实说明，我国光电建筑的发展是存在问题的。和德国相比，它有电价补贴政策，我们也有；它要求光伏电力全额并网，我们也要求；他具有屋顶安装技术，我们的建筑技术并不比他差。那究竟是什么原因困扰着光电建筑的发展呢？

原因之一：建筑业主的认识。建筑业主不了解光伏，就不可能在他的建筑上安装光伏。与其给建筑业主讲发展新能源的伟大意义，不如让他知晓建筑光伏能够给他带来什么利益。不同的需求有不同的利益。有的业主需要节省电费，比如工厂、商场、地下车库；有的业主需要示范，比如标志性公共建筑；有的业主需要资本化经营，比如把优质的建筑光伏资产证券化；有的业主需要综合利用，比如改造屋顶，增加阳光房，参评绿色建筑等。

原因之二：融资方式。工业和仓储建筑具有较大的屋顶，可以形成较大的发电规模，且工商业电价高于居民电价，用电量也大，是目前建筑光伏的主战场。然而，大规模的建筑光伏属于资金密集型项目，广大工商企业很难融到大量资金。如果没有金融机构的投资，这个市场就很难繁荣起来。其实，光伏发电的金融属性已经非常明显了，关键在于我国金融市场的进一步放开。

原因之三：发电所有者权益。建筑光伏系统实质上就是发电站，投资建设发电站者就是发电商，他们是为社会提供电力生产，而不仅仅是为了自己消费。但是，我国的“鼓励自发自用，余电上网”政策，缺乏对发电商身份的确认，激励政策不足，导致发电商不能维护自身权益，收益存在一定的风险。

原因之四：并网与电费结算。目前，我国的电费结算单位是电网公司，一方面他按照一定的价格购买发电企业的电力，另一方面他又按照售电价格把电卖给用电户。如果电网公司能够及时把电费付给光伏发电者，使光伏发电者能真正体验到光伏发电所带来的利益，对促进建筑光伏的发展是至关重要的。

光电建筑将沿着绿色建筑的方向发展

绿色建筑已经成为国家强力推行的一项建筑政策。截至2015年1月，全国已评出2538项绿色建筑标识项目，总建筑面积达到2.92亿平方米。绿色化已经成为本世纪的潮流。绿色建筑的第一要义是节约资源，节能与能源利用在绿色建筑评价中的权重最高。建筑光伏技术因其具有获取阳光资源的普遍性、提供可再生能源电力的主动性、既有建筑节能改造的便捷性、明显的投资价值等特点，正在逐渐成为最具潜力的应用形式。

在绿色建筑的推广中，绿色既有建筑是最大的难点。我国既有建筑面积超过400亿平方米，建筑能耗占社会总能耗的30%，建筑的主要能耗是电耗，空调所耗电能约占电耗的2∕3左右。建筑光伏技术因其具有发电能力，所发电力可以抵消煤电用量。如果建筑光伏面积能够达到既有建筑面积的5%，建筑光伏发电能够占到建筑电耗的5%，对建筑节能的贡献就是非常可观的。所以，既有建筑节能改造是建筑光伏最大的市场。

我国有13亿人口、4亿户家庭，超过4亿个家庭住宅。如果平均每个家庭住宅安装500W光伏系统，全国户用光伏系统就可达到2亿kW，相当于10个三峡水电站。所以，户用建筑光伏是一个全民投资光伏、全民消费绿色电力的伟大事业。从技术层面看，光伏屋顶、光伏遮阳、光伏阳台、光伏窗间墙等应用技术已经成熟。一旦光伏电价与常规电价持平，一个户用建筑光伏的繁荣时代就会真正到来。

【文献标识码】C

【文章编号】1671-3362（2015）06-0066-02