光伏建筑的效益分析及推廣運用中若干問題的探討

深圳大學土木學院 ■ 黃中偉 董葉莉

一 引言

太陽能光伏建筑包括BIPV和BAPV兩種形式：一種是建筑與光伏系統的結合，稱為光伏附著設計(BAPV)；另一種是建筑與光伏組件的結合，稱為光伏和建筑的一體化集成設計(BIPV)，要求光伏器件與建筑材料集成化[1]。

國外對光伏建筑的研究已有較長時間，上世紀90年代初，各國政府就開始制定一系列政策和計劃來大力推廣光伏建筑的應用，主要集中在德國、美國、日本以及歐洲等一些發達國家。相對來說，我國光伏建筑技術起步較晚，目前尚處于示范推廣階段。

二 光伏建筑的優點與其溢出效益

光伏建筑技術提出了“建筑產生能源”的新概念，成為光伏技術一個重要的發展方向，有著其自身的優越性。

1 工程直接效益

(1)建筑本身所具有的分散性與太陽能分散性非常相匹配，可有效利用建筑物外表面，無需額外用地，節省寶貴的土地資源。一定程度上緩解了許多大城市電力需求大和土地資源稀缺的矛盾。

(2)原地發電，就近使用的原則，不需架設輸送電網和安裝額外的基礎設施，減少輸送電損失和相應的設備建設成本(如圖1所示)。對于并網型光伏發電系統更不需要能量儲存設備，電網是它的儲能單元。由于蓄電池的使用壽命一般都較短，更換相對頻繁，且在存儲和釋放電能的過程中一般都伴隨著能量損失，所以提倡和采用并網型光伏系統可很好避免這些不足。

圖1 深圳僑香社區客服中心屋頂太陽能光伏發電系統

(3)位于建筑物外圍護結構上的光伏組件阻擋和吸收了部分太陽光輻射，在一定程度上減少了墻體得熱和室內冷負荷，節省能源，提高室內舒適度。以光伏墻(墻的方位角為正南，緯度折中取值，如圖2所示)在典型天氣的傳熱模型得出的數據來說明香港、上海、北京3個地點的冷負荷降低率(見圖3)。

(4)提升建筑物的時代感。在設計中考慮光伏組件與其安裝基部結構密切配合，橫平豎直，對稱布局。在提升建筑物使用價值的同時也保持建筑物的風格和美觀。

圖2 光伏墻結構示意圖

圖3 3個地點的冷負荷降低率[2]

(5)直接經濟效益顯著。2004年8月，深圳市政府投資6600萬的太陽能并網光伏電站在深圳國際園林花卉博覽園內建成。該電站由5個子系統組成，分別安裝在4個場館(綜合展館、花卉展館、游客服務管理中心和南區游客服務中心)及北區東山坡上，總容量1000.322kWp，年發電能力約為100萬kWh。

若按照目前深圳供電局夏季(5～10月)第一檔電量居民用電電價0.68元/kWh計算，深圳園博園每年可節省電費約68萬元；按照該電站20年運營期計算，累計發電約2000萬kWh，總計可節省電費約1360萬元。而且與常規能源發電相比，光伏發電系統的運行、維護費用較低，節約了大量運營成本。

2 社會效益

(1)能源結構調整

建筑能耗占到全社會總能耗的30%左右[3]，并隨我國城市化進程的加快，建筑能耗將繼續保持增長趨勢。推行光伏建筑的規模化應用，能有效降低建筑能耗，促進能源多樣化，調整建筑用能結構。

(2)緩解高峰電力需求

圖4是2012年廣州市各月份全社會用電量和廣州城區中心各月份太陽能輻射量曲線圖。

圖4 2012年廣州市各月份全社會用電量及城區中心各月太陽能輻射量

由圖4可知，一年中7月輻射量最高，2月最低；與此同時，一年中的耗電量也是7月最多，2月最少；除此之外，其他月份的太陽輻射量和用電量之間也有密切的關系。由于夏季天氣炎熱，空調等制冷設備使用會明顯增加，且中午陽光直射，日照強烈，這樣就形成了年用電高峰期和日高峰期，而這兩個時期也是光伏發電最多的時候。

光伏建筑一體化系統既可確保自身建筑用電，又可將額外電量提供給電網(并網系統)，從而使高峰電力需求得到一定程度的緩解。

(3)降低負載的缺電率，維護社會正常秩序

在市電發生故障或停電時，可及時利用建筑光伏系統產生的電力，使住宅、機構、學校等不因缺電而停止運作。

(4)推動光伏產業的發展

光伏發電系統使得建筑物具有使用功能外，還成為高科技普及教育的活教材，對市民的環保、節能意識起到積極的影響。用戶的接受認可、市場的拓展將會激勵光伏行業更多的科研投入和技術創新。技術進步、價格降低又反過來推動光伏產業的發展。

(5)衍生更多就業機會

就業問題不僅關系國家的經濟發展，更關系著社會的穩定與和諧。光伏建筑這種前衛的太陽能應用技術，將會為項目所在地和業內人士帶來一些新的就業機會和選擇。

3 環境效益

常規能源如石油、煤炭等發電會產生二氧化硫、氮氧化物等有害氣體和二氧化碳等溫室氣體，同時還伴隨著廢水、廢渣的排放，引發空氣、河流污染、酸雨災害等一系列環境問題。而太陽能光伏在發電過程中不會給空氣帶來污染，不破壞生態，是一種清潔安全的可再生能源，是人類保護生態環境有效的措施之一。

例如，深圳國際園林花卉博覽園1MWp并網光伏電站，采用與市電直接并網的運行方式，年發電能力約為100萬kWh，相當于每年可節省標準煤約384t，減排二氧化碳約170t，減排二氧化硫約7.68t。

圖5 深圳國際園林花卉博覽園管理中心屋頂并網光伏發電系統

三 我國光伏建筑的應用現狀

2009年3月，財政部會同住房和城鄉建設部推出了促進BIPV和光伏屋頂應用的國家光伏補貼計劃。

2009年7月21日，財政部、科技部、國家能源局聯合發布了《關于實施金太陽示范工程的通知》，決定綜合采取財政補助、科技支持和市場拉動方式，加快國內光伏發電的產業化和規模化發展。

2011年國家發展和改革委員會《關于完善太陽能光伏發電上網電價政策的通知》正式出臺，制定了全國統一的太陽能光伏發電標桿上網電價，太陽能產業相關政策得到了逐步完善和加強。

在這些光伏激勵政策的刺激下，2009年光伏新增裝機量達到120MW，2011年新增電裝機容量約220萬kW，當年新增量位居世界第三。2012年第一批“金太陽”工程的裝機量為1.709GW，第二批“金太陽”工程總裝機量達2.834GW。至此，2012年“金太陽”工程總裝機量是2011年的兩倍，并且超過了此前3年該工程的裝機總規模。

國家政策的出臺推動我國光伏裝機市場實現了較大幅度的增長，然而，這些政策實質上仍然是“輸血”式而非“造血”式。政府的支持更多停留在發電補貼上，補貼政策沒有破除行政因素，體現效率原則，引進競爭機制。與此同時，“金太陽”工程缺乏相關配套規范，機制上不夠完善，執行上缺乏監督和檢查，實施中項目運營成本較高，經濟效果不太樂觀，并網、電量消納、電費結算等方面仍沒有明確制度。

從技術層面看，我國光伏建筑技術水平滯后，許多關鍵裝備和主要原、輔材料的對外依賴度仍然很高，國內市場供需嚴重失衡。相對于太陽電池產量的飛速發展，我國的光伏市場發展遠遠落在后面。光伏電池產品的市場仍然在外，光伏產品出口量不斷提高，價格卻不斷下滑。去年太陽電池出口均價下降37.1%，從年初的2美元/W持續下跌，最低價僅為0.8美元/W。盡管光伏電池全年出口量增長七成多，但我國去年光伏產品出口總額僅增長17.38%，為358.21億美元。

近期，受金融危機影響，全球貿易保護主義抬頭。發達國家除采取反傾銷、反補貼等傳統貿易保護手段外，還試圖通過制定更加嚴格的減排規則、技術標準、勞務標準、社會責任等來強化產業、控制主導權，以削弱發展中國家出口競爭力。我國光伏產業在為國外用戶輸送清潔能源的同時，卻耗費了大量的國內資源。

與遭遇出口壁壘相比，國內光伏業的高能耗危機、光伏產業的發展模式更值得我們深思。從光伏產業的長遠發展來看，完善體制、提高光伏行業的技術水平和服務質量、啟動國內市場是當務之急。

四 光伏建筑推廣運用中的幾點建議

“十一五”金太陽工程實施以來，從整體上看光伏產業存在缺乏科學規劃、市場監管不力、電力和準入機制滯后、人才培育系統不夠完善、行業缺乏市場競爭力等問題。因此，提出以下幾點建議：

(1)進一步提升太陽能在新能源發展中的戰略地位，根據行業發展情況和特點，區分地域和太陽能資源分布，區別化、系統化地制定和完善適用于我國的太陽能發展規劃。體現總量控制原則，每年的補貼力度和光伏發展的目標結合起來，發展目標的制定和電網的消納能力、社會的實際需求結合起來。

(2)制定必要的光伏建筑應用技術標準和認證制度，以及綠色電力保障性收購、優先調度等有關政策法規，結合示范項目和實際工程的運行情況進一步完善上網電價，規范市場，有序競爭。對光伏建筑一體化系統所發電量，鼓勵自發自用，與電網實行雙向計量，凈電量結算。重視電源電網協調同步發展，形成新能源規劃與電網規劃互動的協同機制。

(3)突破智能電網技術，消除入網瓶頸，從國家層面上推行電力機制改革，確定獨立的輸、配電價，還原電網企業的輸、配電功能，使壟斷業務與競爭性業務分離，電力調度機構與盈利主體分離，進一步加強政府監管，實現電網的公平開放、公平接入。

(4)構建光伏建筑一體化的人才培育體系，培育一批既有建筑又有太陽能發電知識和實踐經驗的高素質綜合型后備人才，加強太陽能光伏行業與建筑行業的技術交流、密切合作，促進光伏發電建筑技術的研發和市場應用。

(5)光伏發電的補貼應考慮優勝劣汰，讓有限的資金運用到有真正核心競爭力的企業上。國家可考慮加大對國內優秀企業的扶持力度(包括貸款、收稅方面)，通過樹立標桿企業逐漸帶動行業技術進步，引領整個行業健康發展，增強中國企業在世界的競爭力。

[1] 郝斌, 李現輝. 太陽能光伏建筑一體化探討[J]. 建設科技, 2009,(20): 32－34.

[2] 楊洪興, 周偉. 太陽能建筑一體化技術與應用[M]. 北京：中國建筑工業出版社, 2011.

[3] 深圳市住房和建設局 深圳市發展和改革委員會關于印發深圳市可再生能源建筑應用“十二五”規劃的通知[EB/OL]. http://www.gdcic. net/ Laws DB/Module/web/LawsView. aspx?id=11950.