BIPV用太阳能做屋顶

不知细心的你有没有发现，出现在高楼大厦上的光伏组件，除了直接依附在建筑物表面上以外，更多地开始直接作为建筑物本身的一部分。无论是柏林的中央火车站，还是鸟巢或水立方，这样的情况已经越来越多了。

如果你坐飞机盘旋在上海世博园区的上方，一定会看到这样的情景，很多展出场馆都无比闪耀。英国零碳馆屋顶上的深色太阳能电池板本身就是屋顶建材，通过吸收太阳能所产生的能量不仅用于发电、供暖，还与风能和地源热能共同带动室内通风，调节屋内的温度和湿度；法国阿尔萨斯案例馆的“水幕太阳能墙”外层同样覆盖太阳能电池板，能把照射到墙体外层的太阳光转换成电，维持“水幕太阳能墙”不断运作的同时，为建筑带来冬暖夏凉的感觉。

这一次，光伏建筑一体化(Building Integrated Photovoltaics，下称“BIPV”)的概念开始深入人心。中国馆、主题馆、世博中心和城市未来馆四座标志性建筑上都采用了这种技术。上海世博会上光伏建筑的太阳能发电规模达到4.68兆瓦，年均发电可达406万千瓦时，减排二氧化碳总量逾3400吨。

那么什么是BIPV？BIPV是指用光伏材料部分地代替传统建筑材料，运用到屋顶、玻璃天窗以及幕墙等建筑外层上。南京南洲新能源研究发展有限公司董事长徐诵舜对此做了这样一个形象的比喻：“如果说建筑是人体，过去，光伏材料是人身上的衣服、鞋子、首饰，那么现在，光伏材料便是眼睛、鼻子、嘴，是建筑物不可或缺的组成部分。”

这种新技术的一大好处是，由于与建筑业紧密结合，从建筑最开始的设计到施工环节便加入光伏组件，将组件作为建筑物本身的一部分，而不是附着在表面上可有可无的东西，便大大减少了建筑材料的使用，节约了这部分的成本以及人力成本。所以，BIPV的市场具备着无限的潜力，这个市场的发展速度可能比过去5年里传统光伏市场的速度还要快。

● 国际巨头的先行之旅

据有关机构预测，至2015年，BIPV的总体市场规模近50亿美元。BIPV巨大的市场潜力深深吸引着全世界的公司。

总部位于美国密歇根州的Uni-Solar公司是目前这个领域的领军者，也是最早将屋顶光伏面板商用化的公司。今年年初，Uni-Solar宣布向Enel绿色电力公司提供25兆瓦Uni-Solar品牌屋顶光伏面板，用于CIS-Interporto di Nola公司在意大利的多幢建筑物中。完成之后，可年发电约3300万千瓦时。

Uni-Solar生产的柔性非晶硅太阳能光电模块采用三层复合技术，扩大了其光谱的吸收范围，极大地提高了转换效率。此外，由于在连续的不锈钢板卷上使用特殊的电机工艺，使得这些模块具备了柔韧、可适度弯曲的特性。这一特性使其特别适用于BIPV。

Uni-Solar生产的太阳能屋顶采用的是非晶硅电池。针对通常非晶硅电池转换率较低的问题，Uni-Solar则通过改良的CVD(Chemical Vapor Deposition, 化学气相淀积)技术来解决。CVD即把含有构成薄膜元素的气态反应剂或液态反应剂的蒸气及反应所需其他气体引入反应室，在衬底表面发生化学反应生成薄膜的过程。

采用这个技术，不仅能将生产线的吞吐量增加一倍，同时还能够在更大的区域内实现更均匀的材料沉积，从而将长期以来6.7%的电池表面转换率进一步提高。Uni-Solar公司将在2010年内实现部分电池转换率达到8.2%，并且在2011年年底前实现约10%的转换率，并将设备满负荷运转时的生产成本降至每瓦1.5美元。

传统的大型跨国公司也希望在BIPV中分食一杯羹。比如陶氏公司最近推出了一种太阳能瓦片，在设计中结合了低成本的CIGS太阳能电池，使瓦片拥有了发电性能。标准沥青瓦片是美国最流行的屋面材料，而陶氏的太阳能瓦片可以与沥青瓦片一同安装到屋顶上，实现真正的无缝式安装。陶氏把这种太阳能屋瓦设计成与常规瓦片同样的标准，所以那些安装常规瓦片的承包商就可以完成太阳能瓦片的安装。这项技术在去年被美国《时代周刊》评为年度最具创新的50大发明之一，系统将于2011年投入广泛应用。

此外，BIPV也给一些传统的建筑公司开辟了一条新道路。比如德国专门生产新式门窗塑钢框架结构产品的Schüco公司，其采用光伏组件构成半透明的具备隔热性能的玻璃元素，作为玻璃窗的材料，兼顾了节能、耐用和建筑物美观等元素。

● 国内的新砖瓦

国内也有公司开始专攻这个领域。徐诵舜在太阳能应用领域里有着30年的研究经验，在国内众多企业还在争抢着上马多晶硅项目的时候，徐诵舜决定把重点放在BIPV上。有感于光伏市场在外的现状，徐诵舜认为，一定要把目光放到国内光伏的真正应用上。

“要设计出普通百姓都能用的产品，而不仅仅是搞一两个示范工程。”徐诵舜说。不过他的产品初步为世人所知，还是依靠“示范项目”。

在上海世博会联合国馆的正门前，有一个供参观者遮阳避雨的等待区，该区为长40米、深5米、高3.8米，面积200多平方米的一条长廊。这一片等待区使用的便是南京南洲新能源研究发展有限公司新开发的产品。等待区顶面铺设了120块新汉瓦，每块新汉瓦由125mm×125mm的单晶硅片4×9片的排列方阵组成。新汉瓦无须跟踪，可以把一年四季的阳光有效地收集，同步在廊顶上发电、供热，聚光倍率为2.2。发同样的电可以节约一半硅光电池片的用量。

120块新汉瓦采光总面积为185平方米，晴天可以满足该系统中6吨水箱的加热，该系统的运行既取得了大量的热水，又保证了光伏系统发电的正常温度。等待区可以回收8吨雨水，经三级净化后可以同时提供90摄氏度的开水、50摄氏度的温水及30摄氏度以下的冷水，供人安全饮用。

正如前面所说，BIPV是一项涉及多个领域的综合性技术，要实现太阳能建筑热电一体化系统，必须具备一般建筑构建、部件的功能，如防水、保温、隔热等功能。南洲公司的产品便包含了从上到下五个组成部分：透明罩面、聚光镜面、硅电池组件、换热器以及保温材料。其核心技术主要在以下几点：

一是根据分析不同纬度一年四季的日照，采用不同曲面研发的聚光镜，提高了太阳能的利用率。二是将光伏硅电池竖向直通式排列，取代原来传统的横向条码式排列，这样使得光电转换效率提高了35%。三是在硅电池板下放置吸热冷水排管。通常硅电池达到86摄氏度就减少发电了。通过这个装置，可以用冷水吸热，使得硅电池的温度保持在60摄氏度以下，能持续正常发电，同时冷水吸热后可供洗澡用，三级净化后还可供饮用。另外，还运用液体玻璃薄膜涂层，使硅电池和聚光镜不易老化，运用惰性气体层保温隔热，提高太阳能热转换效率等。

据徐诵舜介绍，目前放置在屋顶的产品其生产成本为每平方米2180元，在阳台上放置的产品，因为使用更少的硅电池，成本已经可以降低到每平方米2000元以下。将来推广到普通百姓家里，如果在苏南地区，平均日照在3.9~4.2小时，大概需要2.5平方米，在北京地区的，需要2平方米左右。对于普通用户来说，购买这样一套系统的价格在1万元左右。虽然比热水器的价格高，但是购买这样一套系统之后，家庭用电就都省下了。这种太阳能屋瓦发出的电量，能供应一个普通家庭所需的能源消耗，实现了真正的绿色循环。而一旦将来并入电网系统，产生的多余电量还可以卖给电网，增加一部分收入。

● BIPV：比传统光伏市场增长更快

中国房地产研究会副会长童悦仲在2011年台达杯国际太阳能建筑设计竞赛上发表演讲时说，当前建筑能耗占整个社会终端能耗的比例达30%，如果加上建材生产能耗的话，这个比例更高。要实现2020年单位GDP碳减排40%~45%的目标，在建筑领域是大有可为。而BIPV则天然地适应了这个需求。

首先，BIPV产生的是绿色能源，应用太阳能发电，不会污染环境。第二，不占用土地资源。光伏阵列一般安装在闲置的屋顶或外墙上，无需额外占用土地，这对于土地昂贵的城市建筑尤其重要。第三，光伏阵列吸收太阳能转化为电能，大大降低了室外综合温度，减少了墙体得热和室内空调冷负荷，实现节能。第四，BIPV使得在建筑的过程中省却了大量的钢筋、水泥等原材料，也降低了能耗，且在制造过程中不污染环境。

BIPV也为中国从单纯的光伏电池出口大国转变成真正的市场应用方提供了一个很好的方向。与其在上游原材料和电池生产环节中无序竞争，在国际市场上受各国政策影响剧烈波动，不如把更多的精力投放在国内的市场上。毕竟只有掌握了终端市场，才有话语权。当然，这需要国家政策的大力支持。国务院参事、中国可再生能源学会理事长石定寰对《第一财经日报》说：“目前光电技术在中国已经朝着实用化的方向发展，跟屋顶结合、建立屋顶电站是很好的一个方向。但政策一定要跟上步伐。目前国家还是要加紧上网电价的制定工作，安装补贴是一个办法，但不是长久之计。”

随着传统PV市场的发展，硅光电池转化率的进一步提高，BIPV的市场潜力必将进一步爆发出来。而即使在现在效率并不高的前提下，这个市场也已经不容小觑。欧洲的一份报告显示，即使在5%的转换率条件下，在良好的光照下，欧洲14个国家230亿平方米的屋顶和幕墙上能够产生超过1000GWp的能量，相当于建造1000座核工厂。

而且从长远来看，BIPV更具吸引力，因为不像其他的建筑材料，加入了光伏组件的屋顶可以自行产生能源，对于使用者来说，在房屋建成20年间都能享受由于产生能源而获得的回报，从而平衡他们初始安装的成本。据测算，BIPV平均的年投资回报率可达7%左右。

不过，BIPV的大规模商用化仍面对不小的挑战。在业内资深专家英戈·俾·哈格曼博士看来，主要的问题有几点。一是建筑模块的标准，各国和各地区有非常大的差别，统一建筑标准现在势在必行。其次，光伏组件的设计还需要更加符合BIPV的标准，需要更加灵活，不管是从大小、形状以及颜色上，都要与传统的有所不同。

而最大的挑战还是来自于成本。目前在欧洲一套BIPV系统的价格还是非常高的。其中传统的光伏组件大概占到60%的比例，而剩余40%则包含了安装、设计、防水、布线等费用。所以，要等到BIPV大规模开花的一天尚需时日。