太陽能發電與建筑一體化之現狀剖析

煙臺鼎城新能源光伏有限公司 ■ 余國光 趙臏 王恩政

太陽能發電與建筑一體化是分布式用戶側并網太陽能發電的典型模式，特別是在西部大規模荒漠電站電力輸送通道受阻的情況下，國家相關職能部門、各大財團、投資商均把注意力轉向東部經濟發達地區的分布式屋頂用戶側并網太陽能發電。相信在未來幾年，這種分布式與建筑相結合的太陽能發電方式將會有更大的發展。我國光伏產業也將迎來屬于自己的、健康發展的春天。

我國光伏產業在短短的十余年間從小到大，從大到強，成為世界光伏產業的強國己是業界不爭的事實。但隨著2008年全球金融危機的爆發，光伏行業開始大起大落，至2009年光伏行業一度凋敝，墮入歷史低谷，2010年又率先全球經濟復蘇，并受歐洲“搶裝”行情牽引而爆發全行業擴張，2011年非理性擴張的惡果顯現，產業鏈供求嚴重失衡，而接踵而至的“歐債危機”、“雙反”令行業再遇“極寒”，中國光伏產業一夜間哀鴻遍野。

鑒于目前的國內外光伏行業形勢，筆者認為破解我國光伏產業“兩頭在外”困局的唯一可行的辦法就是大力拓展國內光伏應用市場。事實上，我國政府和相關職能部門在這方面已做了大量工作，自2009年以來短短的三年多時間里，國家發改委能源局、科技部、財政部、住建部相繼出臺了20余個相關文件、通知、辦法，就同一問題密集發文自建國以來亦屬罕見，可見國家是高度重視、大力提倡和積極支持的。

自2009年我國實施金太陽示范項目以來，四年來已連續支持了四批項目，項目規模分別為2009年642MW(2010年財政部取消了54MW的2009年金太陽工程示范項目）、2010年272MW、2011年600MW、2012年1709MW，四年共計3169MW。可以看出，今年支持的項目規模最大，其支持的項目規模較之過去三年之和的增幅高達117%。

2009年我國啟動了“太陽能屋頂計劃”，2009年支持了111個太陽能光電建筑應用示范項目，總裝機容量91MW；組織實施“可再生能源建筑應用城市示范”和“農村地區可再生能源建筑應用示范”工作，確定了第一批21個示范城市和38個農村地區縣級示范，推進可再生能源建筑應用工作方式從抓單個項目轉向了抓區域整體，統籌兼顧城市與農村。至2009年年底，光電建筑應用裝機容量420.9MW，實現突破性增長。截至2010年年底，財政部會同住房城鄉建設部共實施了371個可再生能源建筑應用示范項目、210個太陽能光電建筑應用示范項目、47個可再生能源建筑應用城市、98個示范縣，光電建筑應用已建成及正在建設的裝機容量達850.6MW。2011年光電建筑已建成裝機容量達535.6MW。2012年計劃222.569MW，四年共計2029.669MW(以上部分數據摘自住建部：關于印發《2011年全國住房城鄉建設領域節能減排專項監督檢查建筑節能檢查情況通報》的通知)，可見政府的支持力度逐年加大。表1為2011國內光伏市場安裝分析，表中數據與上述數據略有不同，但總的趨勢相近。

表1 2011年國內光伏市場安裝分析

毫無疑問，“太陽能光電建筑”和“金太陽”兩項國家補貼是目前國內主要的太陽能光電與建筑結合的市場，即國內光電建筑一體化的主流市場。由于這些項目還沒有足夠的運行時間確認其優劣和效益，不能妄加斷言，但運作中存在的一些普遍問題值得探討。

目前政府高度重視光伏建筑一體化，并給予足夠的政策和財政支持，光伏企業、投資商的積極性普遍高漲且己初具規模，這就是我國光伏建筑產業的現狀。為促進我國光伏產業健康、有序、理性發展，本文就光伏建筑的現狀和存在問題試作一些初步探討。

為了改變我國光伏產業“兩頭在外”的現狀，避免畸形發展，大力開拓國內光伏應用市場勢在必行。但是我國光伏產業發展的無序性缺乏應有的理智，以大躍進式的浮燥心態一轟而上去西部淘金，創造了裝機GW級的神話，從表1可看出，2011年大型光伏電站裝機達到2100MW，可電網卻不爭氣，電力難以消納，在我們今后的工作中應引起高度重視，引以為鑒。十分可喜的是，今年公布的金太陽示范項目非常明顯地表明，政府從西部大規模荒漠太陽能電站向經濟較發達的東部分布式用戶側并網發電轉移的意圖，充分體現了決策者的理智和智慧。因此，我們必須更應該冷靜地、好好地想一想過去在光伏項目實施中存在的不足以及改進措施，我們必須堅持資源節約、環境友好的科學發展觀，盡可能地采用先進技術，以避免更大規模建設時再走彎路。

光伏項目在實施中主要存在以下幾點不足：

(1)光伏建筑一體化是一個系統工程。光電建筑一體化的問題討論已久，而可圈可點的項目甚少，放眼國外，即使有非常搶眼的項目，數量也不多。當前業界“BIPV”滿天飛，但真正意義上的BIPV在那里？最近筆者通過查看我國己建成的很多光伏建筑發現，有的項目僅是把荒漠電站筒單地搬到屋頂上就成了光伏建筑一體化(見圖1、圖2)，這是赤裸裸地偷換光伏建筑的概念？從圖中光伏方陣的側面、背面看的確有損視覺，影響建筑群的外立面整體效果，而如果采用網絡低支架，不僅可均分支架的荷重，增強抗風能力，節約1/3鋼材，且不影響建筑群的美觀。

(2)光伏建筑是一個專業性很強的工程，可實施過程并不專業，像這種平鋪在屋頂的光伏建筑工程約占整體實施項目的1/3以上(圖3)。由于固定式光伏方陣的傾角對發電影響極大(見圖4、圖5)，這種平鋪式屋頂電站項目會出現多投入10%～15%的資金或少發10%～15%電的問題。

這種平鋪方式也給屋頂光伏電站帶來了散熱難和積塵問題(見圖6、圖7)。圖6為屋頂光伏電站平鋪方式，積塵嚴重，圖7為三年前安裝的帶有30?傾角的整體屋面，從未做清潔處理，現在看來還是潔凈如初。而采用平鋪方式安裝的光伏電站與原屋頂形成“兩張皮”，對于光伏陣列的散熱極為不利。由于晶體硅太陽電池具有負溫度系數，溫度越高發電越少，這就會造成屋頂光伏電站的發電損失。

(3)光伏陣列南向被遮檔，如圖8所示，這屬于業內低級錯誤。可見，項目的實施者在接受補貼的同時，并未考慮是否能發電。

(4)圖9為在建筑屋頂上鋪設鋼結構基礎上安裝太陽電池的屋頂電站項目，鋼材消耗量極大，采用這種模式建設的屋頂電站資源浪費嚴重。

(5)光伏建筑一體化首先是設計思想的一體化。建筑是一個古老的傳統產業，規范、標準均十分嚴謹，而光伏卻是一個新興產業。目前之所以工程質量不高、技術含金量低，主要是因為大多數工程是在既有建筑屋頂上進行，沒有體現出建筑專家的智慧。應該說目前的光伏建筑大多數只能稱作屋頂光伏電站，而絕不能叫做光伏建筑一體化。

(6)用戶側并網發電上網的問題。坦白地說，截止今日做了很多示范工程，盡管已并網可是沒得到一分錢的回報。全額收購可再生能源是《可再生能源法》所規定的，至今還因單位、部門、集團間的利益沒能得到貫沏執行，拿法律當兒戲，何談取信于民？

總體說來，我國當前實施了較大規模的光電建筑一體化工程，技術含量較低，很少有新的思想和創新的模式，歸納起來不是“兩張皮”就是用耐候結構膠粘，甚至是把荒漠電站的模式硬性地搬上了屋頂，這就是我國當前的光伏建筑之現狀。

什么是真正意義上的光伏建筑一體化？請見下面一組真正光伏建筑一體化的實景圖(圖10～圖 16）。

筆者在這里提出了一種不同于現有光伏建筑一體化的全新結構模式。該技術是用結構設計的方法，不用“一滴膠”將太陽電池組件組裝成一個太陽能發電方陣來完全替代建筑物的南坡屋頂，使太陽能發電方陣成為建筑物整體結構的一部份——“屋頂”，可節省原屋頂400～500元/m2的工程造價。

這里所說的太陽電池組件不是通常意義上的太陽電池組件，而是經過特殊結構設計的專用太陽電池組件。這種組件由工廠模塊化生產，兼有砼屋面板、SBS防水層和三種建筑材料的功能，將太陽電池組件與支架縱向聯接為橫向聯接。圖10～圖16表面看來與傳統的太陽電池發電方陣并無不同，但仔細看方陣表面無任何一個固定卡，也無用結構膠粘的痕跡，且上下兩個太陽電池組件之間實現了無縫聯接。該結構設計之巧妙、結構之簡單、安裝之高效、整體之完美不愧為真正意義上的光電建筑一體化。

這種采用結構設計完成的屋頂電站使太陽能發電方陣作為建筑屋頂與建筑本體同壽命，實現真正意義上的“光伏建筑一體化”。值得注意的是在采用該方式申報獲批的“2012年太陽能光電建筑應用示范項目”中卻不合理地把該技術定性為支架安裝型。

實踐是檢驗真理的唯一標，這種以建筑物為載體的用戶側并網太陽能發電模式具有顯著的“三零”特性，“零”土地使用、“零”距離輸電、用電黃金時段的“零”排放發電，完全符合資源節約、環境友好的科學發展觀，是加快轉變經濟發展方式、實現低碳經濟的有效技術手段，是城市中建設住宅小區、公共建筑、工廠廠房屋頂光伏電站，打造城市潔凈能源的最佳解決方案。現該結構設計的屋頂電站集成技術己獲得較大規模的成功應用，有的工程己超過3年的使用期，作為整體屋頂使用至今未發現任何問題。

要實現光伏建筑一體化必須首先做到光伏設計與建筑設計的一體化。該技術較適合在新建的建筑屋頂應用，屋頂電站設計與建筑設計同步進行這就需要建筑設計師注入光伏靈魂，光伏專家需普及建筑知識，這樣才能早日完成太陽能發電與建筑一體化的千秋大業。

目前我國實施“太陽能發電建筑一體化”、“金太陽工程”成績巨大，但亦存在諸多不足，應在今后的工作中引起注意，引進更多的創新機制。本文所推薦的光伏建筑一體化新模式己具有推廣使用的價值。