太阳能建筑一体化技术及产业的最新发展

摘要：文章分析了我们现在的房子的特点，它给我们带来了舒适，同时指出它的缺点及严重能耗问题，重点研究了太阳能建筑一体化，特别是光伏技术和建筑技术及其产业的最新发展，指出“太阳能建筑一体化”——这种人类梦想的绿色建筑将逐步成为现实。

关键词：太阳能；太阳能建筑一体化；光伏；能源；建筑；产业

中图分类号：TU83 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2013）09-0001-02

人类生活在大自然中，自然界的风雨雷电，让我们颤，多么希望有一个遮风避雨的地方——房子，“安得广厦千万间，大庇天下寒士俱欢颜，风雨不动安如山”！开始建造的是茅屋、土坯墙，然后有了砖木结构的砖瓦房，今天我们有了钢筋混凝土建造的“洋楼”。太阳啊，这个伟大的魔术家，让地球上万物生长，那么，如果利用它建造一个冬暖夏凉的住宅该多好！今天随着建筑技术和太阳能光伏技术飞速发展，这已渐成现实。

1 我们现在的房子——工业革命的产物，当代科技的集成体，同时耗能巨大

钢筋混凝土的发明，无疑是人类建筑史上的巨大进步，有了它我们可平地起高楼，甚至摩天大楼，现在大都市鳞次栉比矗立的摩天大楼综合体，美观、时尚，夜晚霓虹闪烁，是现代都市的风景线、现代文明的影像。在这些住宅里，我们用空调器调节室内的温度，去掉夏日的酷暑，把锅炉房的热水通过管道输送到这些连片住宅区供冬季取暖，家里还有电冰箱，通过电力驱动这些机器为我们工作。现在建筑物的外墙面已用了新的建筑材料，隔热保温。因此我们现在的房子实际是工业革命的产物，当代科技的集成体，这些给我们带来了舒适，但复杂、耗能。我们都知道工业耗能、交通耗能，但现在建筑耗能已可与之并列，成为我国能源消耗的三大“耗能大户”之一。建筑的能耗可分为建造能耗、生活能耗、采暖和空调等，约占全社会总能耗的30%，其中最主要的是采暖和空调，占到20%；而这“30%”仅仅是建筑物在建造和使用过程中消耗的能源比例，如果把建材生产过程中耗掉的能源也包含在内，那么和建筑相关的能耗将占到社会总能耗的46.7%。随着中国工业化和城市化的进程的加快，建筑总量不断攀升，居住舒适度也在快速提升，建筑耗能呈急剧上扬趋势。现在，我国每年竣工房屋20亿平方米，其中99%以上是高能耗建筑；而既有的约430亿平方米建筑中，只有4%采取了节能措施。因此，与国外发达国家相比，我国单位建筑面积采暖能耗为发达国家新建建筑的3倍以上；而根据测算，如果不采取有力措施，到2020年中国建筑能耗又将是自己现在的3倍以上。根据2006年全国政协调研组就建筑节能问题提交的报告，按目前的发展趋势，到2020年我国建筑能耗将达到10.9亿吨标准煤，这相当于北京五大电厂煤炭的合理库存的400倍，以目前我国每吨标准煤发电成本折合大约2700度电计算，那么，2020年，我国的建筑能耗将达到29430亿度电，比三峡电站34年的发电量总和还要多。

2 太阳能建筑一体化——梦想渐成真

近几年，一种新的建筑方式——太阳能建筑一体化，随光伏技术的发展应运而生，更为重要的是随着建筑技术和太阳能光伏技术的飞速发展，这已逐渐成为现实，成为一种实用的建筑。太阳能建筑一体化正在不断颠覆“建筑”的原始观念。屋顶不只是屋顶，还是一个小型电站，玻璃也不再只是玻璃，而是一堵光伏幕墙，墙体不再是普通的建筑材料，而是光伏建筑材料。这种对传统建筑实用主义的颠覆是创造性的而不是改造性的。从建筑角度来看，太阳能建筑绿色环保，可增加楼盘的综合品质，在建筑美学上更实用，人文气息更浓，更贴近生活，是美学与生活的完美结合。

光伏与建筑的结合有如下两种方式：

2.1 BAPV（Building attached photovoltaics）

BAPV是指附着在建筑物上的太阳能光伏发电系统。光伏组件或设备安装在建筑物的屋顶、墙面或其他建筑外表面上，建筑物作为光伏组件的载体，起支撑作用。它的主要功能是发电，与建筑物功能不发生冲突，不破坏或削弱原有建筑物的功能，光伏组件本身并不作为建筑围护结构，拆除建筑上的光伏组件，并不会影响原有建筑的基本功能。BAPV是光伏发电与建筑物相结合的初级形式，也是近期全球光伏应用最为普遍的形式。在建筑屋顶上安装的分布式光伏电站，所产生电力主要自用，多余上传，夜间从电网购电。这是最适合光伏发电特点的应用，也一直为欧美政府所鼓励。2011年以来，伴随全球性金融危机，欧美各国陆续修改光伏政策，削减对大型集中式光伏电站的补贴，向小型分布式电站倾斜，在政策推动下，在国家总能源结构中BAPV的分布式发电装机占比相当高，德国达到20%，日本和印度分别达到14%和18%，美国占7.8%，而中国目前不到0.5%。

2.2 BIPV（Building integrated photovoltaics）

BIPV是指将太阳能光伏系统与建筑物集成一体，光伏组件成为建筑围护结构的一部分，即“太阳能建筑一体化”。对这种建筑物，光伏组件既作为建筑材料或建筑构件，又能发电，可以替代部分建筑材料；光伏组件不仅要满足光伏发电的功能要求，同时还要兼顾建筑的基本功能要求，如安全耐久、通风隔热、防水防潮等性能，更为重要的是能增强这些功能。这样不仅可开发和应用新能源，还可与装饰美化合为一体，达到节能环保效果，是今后发展光伏应用的趋势。

通过近几年的实践检验，BIPV模式已可以将太阳光伏电池制作成光伏屋顶材料、光伏玻璃幕墙、光伏窗户玻璃、太阳能电池瓦、光伏墙体外立面材料等，而且技术在迅速发展。和常规的第一代光伏技术相比，光伏建筑一体化中统一的深色组件外观为薄膜硅带来了明显的外观优势，满足了建筑师和开发商的审美要求，因此，薄膜硅技术在特定市场的另一个机遇即来自于彩色组件使用，其需求量不断攀升。我们知道光伏建筑幕墙透明度对建筑师来说很重要，一种控制光伏建筑幕墙透明度的完全不同的方法是使用染料敏化太阳能电池（DSCs），它的原理与普通的硅太阳能电池板不同，DSC的光敏层利用光敏染料把日光转换成电能，而用于DSC的有机光活性层非常薄，通过选择不同颜色和厚度的材料可制造出不同透明度级别的太阳能板。意大利巴勒莫大学建筑系的Rossella Corrao 解释说：“虽然与硅板20%的效率相比，DSC模块只有8%，但和相同功率的晶体板相比，它们实际每年可以产生高达15%以上的能量。原因就在于DSC模块与硅系统不同，DSC的效率不依赖于光的入射角度，DSC模块不一定要朝向太阳，即使安装在垂直或水平的方向，也不会损失效率。”另外，2012年12月6～7日在意大利布列瑟农举行的题为聚焦太阳能建筑外观的第七届能源论坛上，加拿大多伦多大学Livio Nichilio教授展示了有关通过使用光伏和热镜玻璃集成幕墙来提高建筑物能效策略的研究成果。

从建筑、技术和经济角度来看，太阳能建筑优点突出：光伏器材和建筑物融为一体，不再占用宝贵的土地资源；大幅度降低建筑能耗；降低墙面及屋顶的温升及室内能量损失；无噪音、无污染物排放、不消耗任何燃料，具有绿色环保概念，可增加楼盘的综合品质。近日，国内某大型房地产企业就透露，该公司正在寻找战略合作伙伴，拟共同开发光伏建筑一体化项目，在全国百余个城市试点。目前太阳能建筑在欧美国家已相当普遍和成熟，德国、意大利等国的光伏建筑应用占比已达80%以上。北京市建筑设计研究院有限公司顾问总建筑师黄汇提醒：规划设计光伏建筑是摆在每个建筑师面前的新课题，必须强化学习。

美国市场调查公司NanoMarkets公布的一份报告预计，未来三年BIPV市场价值将超过现今的三倍之多，超过75亿美元。2012年的BIPV市场报告，包括了对未来8年市场的预测，调查了BIPV市场的三大部分：玻璃材料、墙体材料和屋顶材料，涵盖了12个主要产品类型。分析师指明，现今21亿美元的BIPV光伏市场还将扩大，因为高达63%是来自新建项目以及最大的欧洲市场。报告预测，2015年BIPV玻璃材料市场价值42亿美元，尽管光伏层下的昂贵建筑玻璃占去了大部分市场价值，但是单片集成光伏和功能建筑材料仍占3.75亿美元；2015年BIPV屋顶材料市场会增长四倍，价值25亿美元，其中木瓦瓷砖占60%，从而屋顶饰面会减少80%。另外该报告还调查了智能涂料、自动调光和自洁智能窗户、太阳能薄膜电池（CIGS）和透明导体的应用趋势。分析师还预计，即使62%的墙体建造采用现有技术，但未来三年新型墙体材料市场价值约8.3亿美元。报告的墙体材料环节调查了新型材料，如太阳能墙壁灯、太阳能涂料，并预测德国、日本和加利福尼亚将占去大部分全球市场。墙体材料环节的报告认为商业建筑、高层住宅和名贵建筑以及重建改造项目所使用的技术，都有应用到光伏附着建筑系统（BAPV）。

3 结语

太阳能建筑一体化并不是现在才提出的，这个概念已提出好多年了，但是今天在建筑技术特别是太阳能光伏技术的飞速发展下，这已逐步成为现实，在建筑设计师和光伏技术专家以至科学家的共同努力下梦想渐成真！我国目前正在进行着工业化和城市化，党的十八大更是把城镇化建设提到未曾有的高度，将进行土地和户籍制度等一系列改革，这必将释放巨大的能量。目前城市人口已达到50%，但与日本的75%和美国的95%相比，还有相当大的差距，这既是我国发展的困难所在，更是我国发展的潜力、动力所在。在一个13亿人口的东方传统农业大国完成工业化和城市化，在人类历史上是罕见的，是波澜壮阔的。这个过程在960万平方公里中华大地的一个主要变化就是城镇化的物质载体——大量、连片现代化住宅和大楼的建造、矗立，而在这个过程中太阳能建筑一体化的实施，其经济和社会意义不言而喻。

参考文献

[1]我国建筑能耗将占到社会总能耗的46.7%.中国节能产

业网.http：//www.china-esi.com/News/787.html.

[2]中日成立合资公司打造绿色建筑.新浪财经.http：//

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

[3]光伏并网见曙光，迟来的政策或助行业“回春”.中国

经济导报.http：//www.ceh.com.cn/ceh/jryw/2012/10/27/138202.

shtml.

作者简介：张兴科（1964—），男，陕西眉县人，东营职业学院建筑与环境工程学院副教授，硕士，研究方向：技术经济及管理。

（责任编辑：黄银芳）