破解制约难题 光电建筑一体化蓄势待飞

“光电建筑一体化应在规划和建筑设计阶段对发电系统、应用形式和系统性能进行整体设计,同时既要保证建筑的整体美感,又要确保安全、光照和通风等诸多要素的情况下,实现发电的功能。”在近日举办的光电建筑一体化设计要点及案例分析论坛上,中国建筑设计研究院国家住宅工程中心太阳能建筑技术研究所总建筑师曾雁表示,建筑光伏发电系统以其独特的优势和广阔的市场前景,将成为未来光伏发电的主要应用形式之一。

光电与建筑一体化就是将太阳能的光电利用与建筑有机融合,实现与建筑的同步设计、同步施工、同步验收、同步后期管理,使其成为建筑的有机组成部分,从而降低建筑能耗,达到节能环保的目的,因此有着非常广阔的发展前景。作为清洁能源,太阳能与建筑一体化曾经给予人们很多希望与憧憬。但不可回避的是,光电建筑一体化项目在实施过程中却面临着一些尚待解决的现实问题,制约了行业的健康发展。

多重因素制约产业发展

“光电建筑一体化前期系统设计的不完善,会给光伏系统的应用带来一系列问题,如错误利用可再生能源技术、光伏系统与建筑结合不协调、系统中单元产品的应用损坏率较高、发电并网规划不完善所导致的并网困难。此外,系统设计的不合理,还容易造成安全事故的发生。”北京市新能源与可再生能源协会光伏分委会副理事长鲁延武认为,目前国内光伏应用系统存在诸多问题。要解决这些问题,首先要做好前期的准备工作,包括选择合适的技术、论证光伏与建筑是否协调、严把电池组件质量关、提前做好发电并网规划;其次,做好项目的系统设计工作,包括电气系统设计、结构设计、并网设计、并网保护设计等;第三,重视发电系统平时的运营与维护。

对于光电建筑一体化项目实施中存在的问题,甘肃省科学院自然能源研究所副所长李世民撰文指出,目前我国城市建筑相对密集,楼宇之间遮阴严重,光伏组件作为建筑外装饰材料安装在屋顶和南墙上后会受到建筑朝向、遮阴等多方面的影响和限制,建筑对光伏组件的保温要求和光伏组件对工作环境的要求也会形成矛盾。适合建筑一体化的光伏组件和构件仍旧比较欠缺,特别是适用于我国北方寒冷地区的建筑屋顶一体化太阳能组件品种和热工性能还比较差,不能满足建筑节能保温的要求。同时组件间的连接、匹配以及电路等一系列问题都给光电建筑一体化建筑的外形设计、内部构造等提出了新的要求和模式。

为了有效解决建筑与光电产业的有机结合,由住房和城乡建设部发布的《建筑工程施工质量验收统一标准》从今年6月1日起正式实施,规定太阳能光伏工程作为建筑节能分部工程、可再生能源子分部工程,正式纳入建筑工程进行质量验收。此前,住房和城乡建设部已发布《光伏发电站施工规范》、《光伏发电工程施工组织设计规范》等一系列标准及规范,涉及设计、施工、验收、维护、并网等方面。

“这些标准大多侧重在地面光伏电站、光伏系统技术和并网技术要求方面。光伏标准在不同建筑构造上的应用体现得却不够,对于应满足的要求还缺乏具体规定。”中国建筑金属结构协会会长姚兵表示,问题原因在于,光伏在建筑上应用的项目总量还不够多,特别是在建筑立面上的应用项目更少,缺乏经验的总结,还处于摸索阶段。

光电与建筑应紧密结合

“遮挡对于晶体硅太阳能电池的发电量影响很大,对于非晶硅的影响会小得多。一块晶体硅太阳能电池组件被遮挡了1/10的面积,功率损失将达到50%;而非晶硅受到同样的遮挡,功率损失仅有10%。如果太阳能电池不可避免地会被遮挡,应当尽量选用非晶硅太阳能电池。”曾雁认为,光电建筑一体化项目设计人员在设计前期,对气象数据、系统发电量、工作温度、最大放电深度和容量等参数都应进行充分了解。比如,我国一般建筑物宜朝南,不要影响到相邻建筑的日照标准、确保每栋建筑的有效日照和最大接收,避免景观设施、周围配置绿化和周边建筑的阴影影响发电,设计时还应考虑每天不少于6个小时不受遮挡的日照条件。另外,支撑的金属件及各个连接节点,应具有抵抗系统自重、风载荷、雪载荷和地震作用的能力。

中国建筑金属结构协会光电建筑应用委员会主任梁岳峰表示,光电建筑应用不是单纯的在屋顶或公共设施上安装光伏组件或光热产品,而是光伏与建筑的深度结合,兼顾设计、安全、美观等问题, 光伏与建筑的结合应从规划开始, 在国家力推分布式光伏发电的背景下,光电建筑一体化应向安全规范化的方向发展。

“我国既有建筑面积十分庞大,节能改造的任务相当艰巨,能否充分合理利用建筑上一切可利用的部位,妥善安装光伏组件,是摆在我们面前的一道难题。”业内专家表示,光电建筑一体化的实现,不是某个单向技术的突破就能达到目标,而是需要在一系列新技术的综合开发利用和不同行业部门之间在协调管理方面都取得制度性合作实效的基础上,才能完成的一项复杂的系统工程。“光电建筑一体化在欧美国家的发展已较为成熟,但在我国还处于摸索阶段,国家应该加强对光电建筑的市场管理”。

该专家建议,要满足较高程度的光电建筑一体化,必须在建筑建设初期就要考虑,在建筑方案初步设计阶段研究建筑朝向、太阳方位角、入射角、围护结构的结合、建筑外观的协调等诸多问题,以及其后的各项审批、施工图设计、主体施工等,这是建设程序的周期决定的。

浙江省光伏技术创新战略联盟秘书长赵永红认为,光电建筑产业的推进,迫切需要行业和政策两个方面的推动。在行业方面,不仅需要光伏企业转变思路提供一体化服务,还需要行业协会和地方政府部门加强对行业企业的指导和协调;在政策方面,应鼓励在项目中应用创新型产品和系统,强调通过扶持补贴政策与市场监管机制并行的方式来提高项目质量。

新能源建筑市场将打开

为了推动清洁能源的健康发展,近年来,国家发改委、财政部、住房和城乡建设部相继出台了多项加快推进太阳能在建筑中规模化应用的政策,组织实施了一批太阳能与建筑应用一体化的示范工程,取得了良好的节能效果和工程经验,太阳能光电与建筑一体化的应用技术水平得到了不断提升。

据了解,为了进一步推动光电建筑一体化产业发展,中国建筑金属结构协会光电建筑应用委员会目前已经开展相关标准的完善工作。其负责编制的《建筑光伏系统技术导则》构建出包括两大安装形式、6个安装部位、14项安装种类的光电建筑关系图,建筑光伏系统关系更加清晰明朗,对大多数光电建筑具有普遍指导性。另外,新编制的《建筑用光伏遮阳构件通用技术条件》、《建筑光伏阳台通用技术要求》也对光电建筑提出了更具方向性的要求。

姚兵表示,中国光电建筑一体化总体趋势看好,国家层面的光伏发展政策正在陆续进行调整,各地方光伏补贴政策也纷纷出台,碳排放权交易正逐步推进,这将推动规范光电建筑市场,提升产品质量。

“在国家政策的大力扶持下,分布式发电企业下一步要在重点行业、区域和城市寻找屋顶资源,并且探索和政府、大型央企合作的模式,实现资源整合。”中国兴业太阳能技术控股有限公司董事局主席刘红维表示,分布式发电与绿色建筑结合是未来发展的方向,在建筑规划、设计、经营实现全产业链绿色化,增加可再生能源的应用比例。”

“随着全国各省市新能源建筑应用政策的相继发布,以及可再生能源利用在绿色建筑评价标准中地位的提升,新能源建筑应用市场正在逐渐打开。”上述专家表示。

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