光伏新天地| BIPV光伏建筑—体化
2024-08-29 16:30:05
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一、建筑光伏：BAPV与BIPV
大家好，今天和大家聊聊BIPV。聊BIPV前，我们先看一下BIPV在光伏电站中的位
建筑光伏属于分布式光伏，相对集中式光伏电站，具有节约土地、就近消耗、电力调峰等优势。建筑光伏，就是将光伏发电与建筑物相结合，于建筑物结构外围铺设光伏器件，产生电力。
图1：光伏电站的分类
而与建筑结合的光伏又分为两类：
1、BAPV，安装式光伏，Building attached photovoltaics，光伏系统附着在建筑物表面。
2、BIPV，建筑光伏一体化，Building integrated Photovoltaic，光伏系统成为建筑直接材料。
BAPV是简单的结合方式，适用于现有屋顶的改造。在建筑屋顶上直接安装附加的钢结构支架或者滑轨，并固定光伏板进行发电。目前“整县推进”的光伏屋顶，都是采用的这种方式。
图 2：BAPV的典型应用
BAPV主要遇到的问题有：
1、荷载。原有屋顶荷载不满足二次安装光伏板的要求，需对原有屋面进行再加固。有些加固困难。甚至还有雪灾压塌屋顶、强风吹跑光伏板的新闻。
2、防水。BAPV会破坏原屋顶防水层，建好后需要修补，带来排水隐患。
3、光伏板的安全与实际使用寿命。附属组件如逆变器与接线盒等设施常常暴露在外，影响美观不说，容易被损坏，降低BAPV实际使用寿命。
BAPV往往是需要一次性投入多年回报的项目，业主重视收益率与安全。一旦发生重大损失，会出现权益难以得到有效保障的情况。而BIPV，光伏与建筑一体化，可以规避BAPV的很多问题。具有寿命长、受力可靠、防水可靠、利于运营维护等优点。
BIPV分类与发展
BIPV是光伏系统成为建筑直接材料，目前已经开发出光伏屋顶、光伏玻璃、光伏幕墙、光伏瓦等一系列光伏建筑材料。
图3：BIPV相关产品与BAPV对比
BIPV按材料可分为晶硅型和薄膜型
晶硅型BIPV，转换效率高，单晶可达25%。晶硅电池片是不透光的，晶硅组件主要应用在不透光的建筑项目中。当然晶硅型光伏幕墙采用双面玻璃也可满足一定的透光要求。晶硅型是大家最熟悉的。
薄膜型BIPV，目前主要为碲化镉(CdTe)电池、铜铟镓硒(CIGS)电池、钙钛矿太阳电池。
碲化镉商业应用上的平均效率为14.7%。铜铟镓硒电池目前在薄膜型中效率最高，可接近20%。效率上是不如晶硅型，但薄膜型也有晶硅型不具备的优势：可调控的透明度，较好的弱光性，更优的温度系数。保证其能够在高温和弱光等极端情况下维持工作。
图4：彩色薄膜电池建筑效果
薄膜电池不是近期才有的新概念。20世纪70年代薄膜电池技术即问世，风头一时超过晶硅电池，甚至被称为“下一代光伏技术”。后来由于效率难以提升，逐渐偃旗息鼓。
而如今，BIPV的爆发，给薄膜电池带来了新的机会。目前国内在薄膜型领域的公司有，龙焱能源、明阳智能子公司瑞科新能源、杭州纤纳等。而晶硅型电池，却有光伏行业（隆基、天合、晶科、晶澳、连邦、阿特斯等）的各大巨头在。目前来看，晶硅阵营看起来更加华丽。
BIPV按产品表现形式可分为建材型和构件型
“建材型”一体化更加完善，将光伏电池完全融合进建材中，从外观上可能与传统建筑材料差别不大。对材料强度、性能提出更高的要求。“建材型”是一种相对理想的形式，但是定制化程度高，强度要求高，成本高。
构件型”偏向标准化产品，将光伏组件与建筑组件相结合成整体构件，从外观上较易与传统建材区分。目前市场上主流是这种，主要以光伏屋顶、光伏幕墙、光伏遮阳板为主，一方面能最高程度保持组件发电效率、最大化电池有效发电面积。但是标准化构件也限制了应用场景，目前主要应用在工商业厂房屋顶、防雨车棚等大面积屋顶、大型建筑外侧幕墙。
现在光伏组件公司也推出了透光和彩色的光伏幕墙，给设计院提供了更多可选择的设计样式，满足一定建筑美学设计的要求。
光伏幕墙具备光伏和建筑双重属性，要与建筑物同时设计、同时施工和安装，成本较高。除发电功能外，要满足建筑功能要求：外部维护、透明度、力学、美学、安全等。建筑功能要求高于光伏发电要求，要优先满足建筑功能要求，所以有时会牺牲光伏属性，比如较高的发电效率、较好的光照角度、较大发电功率等等。
图5：英国大型商场BIPV光伏屋顶
BIPV技术发展的三代历程
综上，可以总结出BIPV技术发展的过程。
第一代，光伏阵列依靠部分额外支撑和固定装置安装在建筑物表面，外观与BAPV相近。大部分晶硅型BIPV，是目前主流。
第二代，薄膜电池为主，光伏组件与建筑材料合为一体，外形美观。但是电力电子装置与接线不方便安排，可靠性低，维护成本高。
第三代，光伏系统、建筑材料、电能变换配套装置全部集成。定制化要求高，成本高。需要开发更新一代的技术与材料。
目前国内光伏建筑主要聚焦于未来的增量市场。对于无采光需求的大型公用建筑如购物中心等，可选择晶硅幕墙方案。对于有采光要求的写字楼等建筑，可选择薄膜电池，也可选择双面玻璃、有一定透光度的晶硅构件。对于BIPV的市场预测、政策发展，分析的文章很多，本文就不赘述了。
