世界光伏发电产业就像武广高铁一样迅猛发展,而中国光伏产业又是这列火车的火车头。从上个世纪末到本世纪初,中国光伏发电已逐渐从解决特殊领域供电,如通信、边远地区民用生活用电,转向作为常规能源的一种重要补充,并以分散的形式进人电力市场。在诸多形式中,建筑光伏是光伏发电应用领域最重要的市场。国家2009年先后出台的《关于加快推进太阳能光电建筑应用的实施意见》、《太阳能光电建筑应用财政补助资金管理暂行办法》、《关于实施金太阳示范工程的通知》,以及即将出台的《上网电价法》,都为太阳能时代的来临奠定了坚实的基础。因此大力发展建筑光伏应用,无论对我们建筑幕墙产业,还是光伏发电产业,都具有广阔的市场前景。
1.1 什么是BMPV?
以前我们总说BIPV,其实就是Building Integrated Photovoltaic的缩写,直译就是“集成到建筑物上的光伏发电系统”。我国业内通常称BIPV为“光伏建筑”或“光伏建筑一体化”。
随着我国BIPV的实践和发展,我们需要对光伏建筑概念作扩展和更准确的界定。光伏建筑应定义为:“ 安装在建筑物上的光伏发电系统”,英文为“Building Mounted Photovoltaic” ,简称BMPV 。
以下我们要用BMPV 代替传统意义上的BIPV ,因为BIPV 只是BMPV 的一种形式。
1.2 建筑光伏(BMPV)的分类
随着BMPV的实践和发展,使“建筑光伏”的实际含义有所开展,我们根据功能的多样性把建筑光伏划分为BAPV 和BIPV两种形式。
(1)我们把安装在现有建筑物上的光伏发电系统,光伏系统附着在建筑物(Building Attached Photovoltaic)主要完成发电任务,与建筑物功能不发生冲突,称为BAPV。BAPV 主要用于旧楼屋顶光伏改造和大型屋面的光伏系统架设。
(2)当光伏发电系统作为建筑物外部维护结构的一部分,且与建筑物同时设计、施工和安装。像这样的光伏发电系统既具有发电功能,又具有建筑物构件和材料功能,甚至提升了建筑物的美感,与建筑物形成完美的统一体(Building Integrated Photovoltaic),称为BIPV。BIPV是现代光伏建筑的主要形式,广泛用于各种民用建筑、公共建筑、工业建筑等一切可以承载光伏发电系统的建筑物。
1.3 并网BMPV的优点
(1)由于将光伏系统直接安装在建筑物上,充分利用建筑物的高度和受光面的面积,不需额外占用土地,节约土地资源。
(2)这种光伏系统提供了一种分散、安全、方便的发电方式;并网发电,因此不需要蓄电池,免去了蓄电池的寿命和维护等问题;由于一般采取分散式逆变器模式,不需要长距离输电,从而只需要小额的配电费用,就能获取高效率,因此可降低发电成本。
2 太阳能电池板的发展现状
传统的太阳能电池板分为单晶硅、多晶硅和非晶硅,随着各国研发力量的不断创新,发明出了多种新型太阳能电池,市场格局也在不断的变化着。现在总体可分为传统型晶体硅太阳能电池和新型太阳能电池两个阵形,传统型主要由单晶硅和多晶硅组成,依然在市场占据主导地位,新型太阳能电池则百家争鸣,有发展最迅猛的薄膜太阳能电池,CPV 聚光光伏,太阳热发电,纳米燃料敏化电池,有机太阳能电池等。其中薄膜太阳能根据电池市场上主流产品又分为硅基薄膜电池、CdTe电池、CI(G)S(S)电池等。薄膜太阳能电池的最大优点是长远来说随着技术的成熟原材料使用非常节省,所以价格会不断降低,而且可以做成柔性的面板,可以任意弯曲,方便在BIPV 中的灵活使用。相信在不远的将来,随着国家的973、863计划的陆续开展,必然会使新型薄膜太阳能电池成为最普及的太阳能电池。
我国太阳能光伏产品出口额近年来快速增长,拉动了行业迅猛发展。资料显示,2008年我国太阳能光伏产品出口额已达63.64亿美元,2009年1～8月出口额达87.21亿美元,比2008年同期增长123.37%,已占太阳能光伏产品国际贸易总额的近10%。近十年来,全球太阳能光伏产业平均年增长率为41.3%,太阳能电池产业规模扩大了35倍。去年我国太阳能电池产量已突破2000MW,占全球产量的36.7%。
我国76%的国土光照充沛,太阳能资源十分丰富,全国三分之二的国土面积每平方米太阳能年辐射总量达3350～8400兆焦,平均为5860兆焦(相当于199kg标准煤),每年我国地表吸收的太阳能,大约相当于2.4万亿吨标准煤的能量,相当于2008年全国能源消耗总量28.5亿吨标准煤的泓2倍。同时,我国光能资源分布较为均匀,与水电、风电、核电等相比,太阳能发电没有任何排放和噪声,应用技术成熟,安全可靠。除大规模并网发电和离网应用外,太阳能还可以通过抽水、超导、蓄电池、制氢等多种方式储存,太阳能几乎可以满足中国未来稳定的能源需求。
尽管拥有良好的资源优势,但目前国内光伏市场发展依然缓慢。我国光伏发电系统安装容量不及生产容量的2%,市场狭小严重阻碍我国光伏产业技术的发展。此外,我国太阳能光伏生产与需求之间存在很大差距,加之整个产业缺乏核心技术,也导致我国太阳能光伏产业对外依赖度过高。
为解决一系列潜在问题,应尽快出台相关法规,将有助于光伏产业健康发展。光伏技术基于其技术先进性、资源无限性和绿色环保性等特征,无疑是未来产业技术革命的核心。美国奥巴马政府提出的7O00亿美元经济刺激计划中,把发展太阳能光伏产业作为摆脱经济衰退、创造就业机会、抢占未来发展制高点的重要国家战略。我国也迅速制定上网电价补贴细则,启动“上网电价法”。只有在市场形成的初期打破市场规律,积极对并网电价进行补贴,对国内太阳能企业给予实质性的激励,才能迅速培育市场,形成有自我完善机制的国内太阳能市场。这不论从我国光伏产业的长远战略考虑,还是从顺利渡过全球金融危机的短期策略考虑,都是科学、可行的。因此,相关法规的出台在当前尤其显得必要和迫切。
启动国内市场,尽快摆脱困境。我国必须实现从光伏制造大国向应用大国的战略转变,但这对目前的中国来说并非易事。庆幸的是,我国出台的一系列提振新能源产业的政策都让光伏产业从中受益。其中最为直接的是“太阳能屋顶计划”的实施。太阳能光电建筑作为整个光伏产业终端环节,一旦大规模启动,也将直接影响产业链上游的多晶硅生产企业。
规划、管理、技术急需强化。首先,应提高《可再生能源中长期发展规划》中有关光伏产业的发展目标规划;其次,应组建更高级别的政府专门管理机构加强规划和管理;最后,应在“973” 和“863” 等科研项目计划中给予光伏产业更多的资金投人,迅速建立产、学、研紧密结合的国家光伏研发体系。但要短时间在国内市场立刻启动也是不太可能的,需要不断地努力。包括提高其在发电总量中的指标比重,同时通过采取补贴政策支持、鼓励太阳能发电并网,以及鼓励企业开展技术创新等。
3 BMPV 的实现形式以及各自特点
根据不同建筑的特点以及同一建筑的安装部位、使用功能,我们目前将BMPV分为六大类:
3.1 水平屋顶(BAPV)
这种形式是将光伏组件,以合适的角度阵列式安装在水平屋顶上。从发电角度看,这种方式的经济性最好,这是因为:
(1)它可以根据不同地理位置所接受太阳光的高度角和方位角的不同,进行针对性的最佳角度安装,从而获得最大的发电量。
(2)由于面板布置形式比较规整,所以可以采用标准光伏组件,从而减少成本,提高稳定性,获取最佳性能。
(3)屋顶为最不影响视觉的部位,在水平屋顶安装光伏组件,能把对建筑物外观和功能的影响降到最低。
(4)正是由于这种安装方式的高发电效率、安装简便以及发电成本低,所以从发电经济性考虑来说,水平屋顶是BMPV的最佳选择。
3.2 斜屋顶(BAPV)在雨水比较丰富的地域,许多老式建筑都采用斜屋顶的做法,一般斜屋顶都一面朝南或偏南,在此面上安装光伏组件具有较好的经济性,而且由于老式建筑同新式太阳能发电具有强烈对比,能使建筑更具魅力。它的特点在于:
(1)安装前先考察建筑是否有朝南或偏南的斜屋面,从而获得最大或者较大的发电量。
(2)和水平屋顶一样,由于面板布置形式比较规整,所以可以采用标准光伏组件,从而减少成本,提高稳定性,获取最佳性能。
(3)和水平屋顶一样,屋顶为最不影响视觉的部位,在水平屋顶安装光伏组件,能把对建筑物外观和功能的影响降到最低。
(4)正是由于这种安装方式的较高发电效率、安装简便以及发电成本低,所以从发电经济性考虑来说,斜屋顶是光伏发电系统的较佳选择。不过也由于它的局限性,只能安装在朝南或者偏南的斜屋面,所以实际选用时也要综合考虑。
