太陽能建筑為何“一頭熱”？

王煜

比利時建筑大師文森特·卡勒伯為中國云南昆明量身設計了一幅生態之城的圖景。太陽能建筑被認為是生態城市的重要實現方式。

近日，全球最大的太陽能飛機“陽光動力2號”將飛離南京，進入全球環行中難度、風險系數最高的航程——南京至夏威夷航段。無疑，這次飛行點燃了人們對太陽能的新暢想。而太陽能與建筑的結合，目前正是國家力推的綠色產業，國內某家太陽能產業公司的掌門人在今年初成為胡潤百富榜上的新“中國首富”，更是將太陽能推上了焦點。

然而，正如陽光動力飛機距離產業內的實際應用還有相當大的距離一樣，在喧囂背后，太陽能建筑一體化正面臨著爭議。事實證明：一項先進的技術，要正確地落實并不容易。

國家力推一體化

如今，人們對屋頂的太陽能熱水器已經司空見慣，它就像冰箱、彩電一樣逐漸成為生活的基本消費品。然而，市場上的太陽能熱水器只考慮自身的結構和功能，沒有考慮到它們的安裝幾乎無一例外地破壞了建筑的整體形象。事實上，太陽能產品本身就能防水隔熱，與建筑物屋頂的作用相似，如果用它部分或全部代替屋頂覆蓋層，就是太陽能建筑一體化的一種實現方式。

在“太陽能建筑一體化”的理念中，太陽能技術產品成為建筑的一個有機組成部分，太陽能體系作為標準植入建筑，實現與建筑的同步設計、同步施工、同步驗收、同步后期管理，是打造低碳、節能、環保的綠色建筑重要方式。

綠色建筑正是國家推行的產業發展方向。《國務院辦公廳關于轉發發展改革委、住房城鄉建設部綠色建筑行動方案的通知》中提出：“十二五”期間完成新建綠色建筑10億平方米;到2015年末，20%的城鎮新建建筑達到綠色建筑標準要求。以上海為例，截至2014年，全市已有綠色建筑數量168 個，總面積達1429.15 萬平方米。

2007 年國家發改委出臺的《推進全國太陽能熱利用工作實施方案》中指出，我國將制定太陽能熱水器的強制安裝政策，以規范國內住宅建筑和集中供應熱水的公共建筑，強制采用太陽能、空氣能等新能源、可再生能源設備，以達到環保、節能的雙重目的。

不久前，正在進行環球之旅的“陽光動力2號”太陽能飛機抵達南京。太陽能飛機給太陽能在未來的應用帶來無限遐想。

政策正在落地。據《中國高新技術產業導報》的不完全統計，目前全國已有13個省22個地市出臺了太陽能強制安裝政策。《江蘇省綠色建筑設計標準》提出：自2015年1月1日起，所有新建居住建筑均需安裝太陽能熱水系統，其中12層及12層以下的居住建筑，采用太陽能熱水供應的住戶比例不低于60%;12層以上的居住建筑，戶數比例不低于30%。

除了熱水器這樣的光熱建筑一體化，太陽能建筑一體化的另一種方式是光伏建筑一體化，即利用太陽能光伏系統發電。國家發改委、能源局、稅務總局、國家電網等部門出臺多項分布式光伏細則，支持國內分布式光伏的發展。

新晉胡潤百富榜“中國首富”、從事太陽能薄膜發電業的漢能集團董事局主席李河君在接受媒體采訪時曾透露：“國家扶持光伏建筑一體化的現行政策包括兩類：其一，自2013年開始，國家光伏產業統一執行分布式發電補貼政策，每度電補貼0.42元。其二，國家對于滿足綠色建筑要求的建筑業主給予相應的綠建補貼，符合2星認證的按建筑面積每平方米補貼45元，符合3星認證的每平方米補貼80元。”

重推廣，輕維護

在政策上強制安裝，以及各項利好補貼等條件下，太陽能建筑一體化項目在各地紛紛上馬。相應的，“十一五”、“十二五”期間，各高校、科研機構針對太陽能技術做了大量的研究。不過，對太陽能在建筑運用后，運營的成效是否達到預期效果，卻鮮有報告。

同濟大學綠色建筑及新能源研究中心常務副主任譚洪衛教授是這樣的“少數派”之一。他向《新民周刊》表示，他參與過很多項目的評審，很深切的感觸是：國家推進利用太陽能，一有鼓勵政策，特別是帶有資助補貼的，下面就跟風似的盲目攻關、上報項目，但項目拿到后并沒有很好的對接。

“市場上已有很多先進的技術和產品，但太陽能技術在建筑上的應用還有許多問題遲遲沒有解決。根據多年的調研，我認為許多工程中雖然用上了太陽能建筑技術，卻并沒能達到預期的效果。太陽能系統實際運營成效的評價工作比較欠缺或不到位，但又在不斷投入資金，不斷推出新政策，結果可能在重復同樣的錯誤。”

出于這樣的憂慮，譚洪衛帶領研究團隊花了三年的時間進行建筑可再生能源適應性評價研究。從2010年開始，他們選取了包括獲得國家資助的建筑可再生能源示范項目進行現場調研，建立了跟蹤運行的數據采集系統。通過長期監測的數據分析，發現大多數太陽能建筑一體化中，不論是光伏系統還是光熱系統，在實際運營上都存在著不同程度的問題。

“大家都知道太陽能光伏電池組件追求最大光電轉換效率，需要按照科學的方法安裝，即確保最佳安裝角度。但在一些項目上，領導只關心是否用了太陽能，業主和建筑師關心的是美觀，至于是否高效并不關注，他們認為在只要建筑上用上了太陽能，上報數據上表明用了多少太陽能板的數量，能交差就完事了，也不會有人來追究到底是怎么用的、用得怎樣。”研究發現，大多數項目根本就沒有裝備必要的運行監測系統與裝置，也無法量化評價運行效果。

“目前太陽能建筑的運用確實存在一些問題，設計不合理、評價標準不完善等等都是需要改進的地方。在以政府為投資主體的項目中，確實存在不少形象工程、政績工程。這些工程裝上太陽能板，得到款項，卻不會考慮是否使用光伏發電。”中國可再生能源行業協會執行會長張平坦承。

譚洪衛團隊的研究發現，設計階段缺乏科學合理的設計，是太陽能建筑一體化沒有發揮作用的主要原因之一。例如，太陽能板缺乏科學的使用安裝，安裝角度偏小甚至沒有確保基本的傾角，不僅影響發電效率，也不利于表面的排污保潔;后者不僅降低效率，還有可能導致太陽光伏組件故障。還有的項目為了追求大規模與數量，或是過于追求“建筑一體化”，將太陽能板安裝在建筑的垂直立面、幕墻上，而即使效率再高的光伏電池，安裝在墻面垂直面上其效用就將折扣近半。

據《新民晚報》報道，上海市建設的某幢“綠色老年公寓”，每棟樓都裝上了太陽能熱水系統，集中集熱儲熱，集熱器和水箱均放置于屋頂，恒溫循環，燃氣輔助加熱，保證打開水龍頭就有溫度適宜的熱水流出來。投入實際使用后，綠色節能技術卻幾乎全部失效。因為日常生活中老年人使用熱水量很小，甚至一些老人洗澡時會去公共浴室。輔助熱源、循環泵很多時候都在空轉，即使是每噸15元的熱水費用，仍然抵不過飆升的單位能耗成本。

運行階段管理不到位，是另一個主要原因。很多項目安裝完太陽能板之后，沒有后續的維護機制，例如，太陽能板表面積灰集污不能得到及時清理。更糟糕的是，因為缺乏運行監管，這些太陽能板就算故障損壞，也大多不為人所知，只能淪為擺設。

在譚洪衛看來，建筑光伏應用的技術門檻并不高，科學的安裝與建筑設計美學的兼顧是基礎也是關鍵所在。

建筑師與工程師的爭論

“創建綠色建筑，控制成本是最難的問題，實現綠色建筑的設計，往往會導致成本的增加。”國際建筑師協會理事會成員、建筑與可再生能源國際工作項目主任Nikos Fintikakis表示，“我們在綠色建筑中通過設計實現節能環保，需要建筑師、機械工程師等多方的努力。”

事實是，建筑師在設計建筑時要講究造型美學;但在工程師看來，從能源利用的角度，可能需要犧牲一些美學的元素，這需要在協同設計中才能達到良好科學的平衡。

“很多建筑師朋友對綠色建筑帶有抵觸心理，認為太過于量化、技術化的評價標準不但沒有推動綠色建筑本身，反而限制了他們的設計。”同濟大學建筑與城市規劃學院建筑系教授章明說，“現今很多綠色建筑的建設中，建筑師與工程師處于隔絕狀態。但綠色建筑會成為未來發展的道路，這條道路如何走，建筑師與工程師雙方如何協調是個關鍵問題，可能仍需建筑師價值觀的改變。”

對于太陽能建筑一體化問題，更有建筑師提出了疑慮。同濟大學建筑與城規學院副院長黃一如同樣持著懷疑的態度：“從我多年的經驗來看，現在還沒有到在建筑上大面積使用太陽能的時候。現在的太陽能板又丑又貴，是否節能還是個問題。如果節能技術不節能，節能技術不節錢，這會讓人很遺憾。”

位于貴州省畢節地區威寧縣海拉鄉的平箐光伏發電站并網發電。太陽能建筑也可集成光伏系統和光熱系統，但目前應用中轉化效率較低。

建筑師的疑慮也給工程師帶來了啟發。“我們需要反思的是，我們并沒有真實去考慮怎樣將光伏與建筑相結合。”興業太陽能科技集團技術研究院副院長羅多表示。結合點關鍵就在于光伏組件，這個組件不是光伏公司設計出來，而是建筑師設計出來的。如果建筑師把光伏看做是藝術品，從他手上可以變換出很多可能性。比如不同貼花、不同密板、不同電磁透光率、不同電磁的顏色、不同的形狀、不同接線焊線等等所有可能，比我們去利用一塊玻璃、一塊石材還要豐富得多。”她認為，太陽能板美不美的問題，還是見仁見智。

除此之外，張平告訴《新民周刊》：“太陽能建筑一體化的概念已經提出多年了，但在實際操作中仍存在難度。如在已有建筑屋頂采用光伏發電，會遇到屋頂產權不明確、屋頂負重能力不足等問題。而且目前的太陽能建筑相較于其他投資項目，投資回報率還不是很高，因此投資人的興趣度不高。”他介紹，國家能源局規劃2014年分布式光伏的裝機目標為8GW，現今僅完成30%。

太陽能前景仍光明

譚洪衛等人并不是太陽能建筑一體化技術的唱衰者。相反，他提出：目前還有不少人對太陽能應用持懷疑態度，認為國家在大力推進太陽能技術運用卻沒有關注該技術背后高耗能、高污染、高成本難以回收等等問題;事實上，這些觀點來源于早已過時的陳舊的信息、主觀臆想、或是道聽途說。他介紹說：經過很多工程的數據驗證，太陽能組件生產、流通等所消耗的能源在投入發電使用后，短的一年，長的在兩三年時間內基本就能得到回收，在系統總計15至20年的壽命期內凈產能遠遠大于耗能。所謂高污染也隨著工藝的進步完全可將降低到國家規定的環保排放標準內。

“至于經濟性評價，是個動態的過程，十年前太陽能技術的經濟性確實很差，但現在經濟性已大大提高。據我們實際工程的測算，即使在上海這樣太陽輻照條件并不十分理想的地區，低密度住宅家用小型光伏現在七八年的時間就能回收成本，大型兆瓦級的屋頂光伏電站也接近這個水平甚至更短。隨著光伏電池光電轉換效率的提高及市場價格下降，未來在成本價格競爭力上具有不可低估的前景。”

鑒于已有的建筑使用太陽能面臨種種困境，張平認為，太陽能建筑一體化更重要的是在新增建筑上的運用。“我們應該在新開發的房子上，將太陽能等新能源運用作為剛性指標，而不是可用可不用的態度。但同時，太陽能等新能源的運用需要生產、消費、技術、體制四大方面的改革。”將建筑變成可再生能源的生產基地、減少能源的消耗、創新技術降低成本、體制政策良好配合新能源推廣，種種舉措在張平看來，都是推廣太陽能等可再生能源在建筑上運用必不可少的保障。

“我們需要扎實的研究，搞清楚太陽能技術應用的原理，再推廣到百姓生活中。”黃一如告訴《新民周刊》，“就像太陽能熱水器能被大量使用，也是因為民眾在使用后發現這項技術確實是好的。”