BIPV 讲义

11光伏建筑发展趋势及思考赵玉文22提纲一、引言二、建筑光伏有关技术问题三三、、世界光伏产业及BMPV发展概况及趋势四、我国光伏产业及BMPV发展概况及趋势五、结语33一、引言世界光伏发电产业快速发展，建筑光伏目前是世界光伏发电应用领域昀重要的市场。财政部和建设部文件是一项专门支持发展建筑光伏的政策，对启动我国光伏市场有重要促进作用，受到社会各界广泛关注。《上网电价法》是推动建筑光伏发展的根本动力，需要尽快实施。44二、建筑光伏有关技术问题1、BIPV是什么？BIPV是BuildingIntegratedPhotovoltaic的缩写，PV是主词，BI是修饰部分。直译就是“集成到建筑物上的光伏发电系统”。我国业界通常称BIPV为“光伏建筑光伏建筑”或“光伏建筑一体化”。发展实践需要我们对光伏建筑概念作扩展和更准确的界定。光伏建筑应定义为：“安装在建筑物上的光伏发电系统”，“BuildingMountedPhotovoltaic”，可以简称为BMPV及“建筑光伏”。以下我们要用BMPV代替传统意义上的BIPV，而BIPV只是BMPV的一种形式。55BMPV包括在现有建筑上安装的小型、中型和大型光伏系统（BAPV），也包括与新建筑物同时设计、同时施工和同时安装并与建筑形成完美结合的光伏发电系统（BIPV）。涉及的建筑物包括各种民用建筑、公共建筑、工业建筑等一切可以承载光伏发电系统的建筑物。总之，BMPV分为BAPV和BIPV两钟形式。662、并网BMPV的优点X不占用土地，节约土地资源；X光伏系统提供了一种分散、安全、分布式的发电方式；与电网连接，不需要蓄电池，不需要长距离输电，配电费用小，效率高、可降低发电成本。77３、建筑光伏（BMPV）的分类：建筑光伏的实践和发展使“建筑光伏”的实际含义有所开展，分为BAPV和BIPV两种形式。（1）安装在现有建筑物上的光伏发电系统，光伏系统附着在建筑物上(BuildingAttachedPhotovoltaic)主要完成发电任务，与建筑物功能不发生冲突，称为BAPV。（2）PV发电系统作为建筑物外部维护结构的一部分，同建筑物同时设计、施工和安装。光伏发电系统既具有发电功能，又具有建筑物构件和材料功能，甚至提升建筑物的美感，与建筑物形成完美的统一体（BuildingIntegratedPhotovoltaic），称为BIPV。88斜屋顶遮阳板幕墙平屋顶4、BMPV的形式天棚其它99（1）平屋顶BMPV(BAPV)从发电角度看，平屋顶BMPV经济性昀好：①可以按照昀佳角度安装，获得昀大发电量；②可以采用标准光伏组件，具有昀佳性能；③与建筑物功能不发生冲突。④光伏发电成本昀低,从发电经济性考虑是BMPV的昀佳选择。1010平屋顶案例1111（2）斜屋顶BMPV(BAPV)南向斜屋顶BMPV具有较好经济性：①可以按照昀佳角度或接近昀佳角度安装，因此可以获得昀大或者较大发电量；②可以采用标准光伏组件，性能好、成本低；③与建筑物功能不发生冲突。④光伏发电成本昀低或者较低，是光伏系统优选安装方案之一。其它方向（偏正南）次之。1212斜屋顶案例1313（3）遮阳板遮阳板有跟踪和不跟踪两种，可采用标准组件或者特制组件，经济性与斜屋顶接近或者稍高，依据具体情况而定。遮阳板1414遮阳板案例1515（4）光伏幕墙①光伏幕墙要符合BIPV要求：除发电功能外，要满足幕墙所有功能要求：包括外部维护、透明度、力学、美学、安全等，组件成本高，光伏性能偏低；②要与建筑物同时设计、同时施工和安装，光伏系统工程进度受建筑总体进度制约；③光伏阵列偏离昀佳安装角度，输出功率偏低；④发电成本高；⑤为建筑带来额外的“绿色概念”，可提高建筑社会价值，受建筑投资商青睐。1616幕墙案例1717（5）光伏天棚①光伏天棚要求透明组件，组件效率较低；②除发电和透明外，天棚构件要满足一定的力学、美学、结构连接等建筑方面要求，组件成本高；③发电成本高；④为建筑带来额外的“绿色概念”，可提高建筑社会价值，受建筑投资商青睐。1818天棚(天幕)案例1919（6）其它建筑光伏系统其它建筑光伏系统包括上述以外的所有建筑光伏系统，如公共交通车站屋顶或者天棚，加油站屋顶，高速公路音障等。经济性与屋顶接近。20205、建筑光伏的有关技术问题（1）BAPV系统主要指屋顶（平、斜）光伏系统。原则上与地面系统相同，关键是光伏系统与屋顶连接不能削弱屋顶外维护结构的功能。在布局上尽可能与建筑谐调。由于发电成本较低，因此是光伏系统商优选的建筑光伏系统。（2）BIPV系统主要包括幕墙和天棚系统。这些系统不仅对光伏组件有特殊要求，在设计和安装等多方面都要满足建筑要求。这些要求包括：2121①设计要求：•自然、协调；•建筑设计和工程设计符合建筑审美要求，美观、高雅，令人赏心悦目；•颜色和材料搭配得宜、协调；•结构尺寸与建筑总体布局谐和；•建筑整体外观与光伏系统匹配、谐和；•设计概念创新。2222②电池和组件的技术要求：X电池要求：效率愈高愈好，性能稳定，价格低廉；深蓝色为主色，其他颜色会牺牲效率；X组件要求：强度，寿命，尺寸，外观，连接等符合建筑要求；针对不同建筑，对透明度，隔热，隔音，防火，防爆等有相应特殊要求；X封装材料：满足构件的不同功能要求：如前后玻璃，EVA等；X建筑构件：光伏瓦，屋顶构件，幕墙构件，透明构件，天棚构件等。2323由于BIPV（如幕墙和天棚）对系统设计、组件设计和制造、系统安装等都有特殊要求，发电成本高；但由于建筑光伏系统为建筑物增加了“绿色建筑”概念，从而增加了建筑物的社会价值，成为建筑投资商优选的建筑光伏形势之一。24246、国外光伏市场的构成及思考（1）德国建筑光伏构成BIPV（幕墙及天棚等体现建筑与光伏系统集成概念）的市场分额：1％；BAPV（附加在建筑上的光伏系统，一般在现有建筑物上安装的光伏系统，如平屋顶、斜屋顶等）的市场份额：89％；地面光伏系统市场份额：10％。2525Germany:MarketSegmentsofGermany:MarketSegmentsofonon--gridgridPVPVSystemsSystemsGroundRooftopBIPVmounted1-10kWp10-100kWp100kWp27%49%10%13%1%2626（2）德国光伏市场的启示和思考截至2008年德国的BMPV占总市场份额的90％，其中在现有屋顶上安装的占89％（BAPV），而与建筑物同时设计和安装的幕墙及天棚（BIPV）等只占1％。为什么？德国实施“上网电价法”，投资者力求用昀低的投资成本以获得昀多的发电量。平屋顶和斜屋顶就成为昀佳的选择：可按照昀佳或接近昀佳角度设计，可采用性能好、成本低的标准光伏组件，系统安装简单，与建筑外维护结构不发生冲突。可获得昀好的投资效益，成为光伏投资商昀佳选择。2727新建筑的增长速度远没有光伏发展快，因此现有建筑成为昀主要的佳选择对象，从而使BAPV成为当前的主要市场。幕墙及天棚（BIPV）虽然通过与建筑同时设计和同时安装达到与建筑完美结合，但组件性能因建筑构件的特殊要求使性能大为降低，而且光伏阵列偏离昀佳角度，发电少，发电成本高，投资效益低，不成为光伏系统投资商的昀佳选择。BIPV能产生“绿色建筑”概念，从而使建筑物增值，因而是建筑投资商的优选，这里不是通过卖电收回成本，而是通过“绿色”概念的增值获得效益）。2828三三、、世界光伏产业及BMPV发展概况及趋势1、光伏产业发展概况20012001－－20082008世界太阳电池产量的增加情况世界太阳电池产量的增加情况×2929◆昀近10年平均年增长率为48.1%（至2008），◆昀近5年平均年增长率为60.2%（至2008），◆◆20082008年年世界太阳电池产量约：7900MWp，比2007年增长率超过97.5%，创造了太阳电池生产史上的年增长率昀高记录。30302、光伏市场发展概况1998－2008世界主要国家和地区光伏市场◆2004年欧洲市场开始大幅度超过日本，成为世界昀大光伏市场；◆2008年世界完成装机容量约5600MWp，◆2008年世界光伏发电累计装机容量17.9GWp，发货量约20.2GWp。3131◆2000年以来，并网光伏发电发展速度昀快（Renewables2007GlobalstatusReport[REN21,WWW.ren21st.net]）3232◆并网光伏发电正在发挥替代能源作用年份20012002200320042005200620072008份额(％)50.451.455.565.9～70～75～80～85（Renewables2007GlobalstatusReport[REN21,WWW.ren21st.net]）3333３、成本大幅度降低◆光伏组件成本30年来降低了2个多数量级:从300多美元/Wp降低到目前1.5～2美元/Wp；◆光伏发电成本也随之相应下降：2006年世界平均为0.25$/kWh,2010年可能到0.14$/kWh.2006年光伏发电的成本构成34344、未来光伏市场发展趋势（1）近期趋势◆德国对光伏发电成本下降预测（2007）2017年光伏发电成本与常规发电成本相交3535◆美国对对光伏发电成本下降的预测（2006）2015年前后光伏发电成本与常规发电成本相交3636（2）中期发展路线图◆欧洲2020年光伏新发展计划（远超世纪初路线图）低方案—PV装机132GWp，发电量达到4.0％中方案－PV装机198GWp，发电量达到6.0%高方案－PV装机389GWp，发电量得到12.0％◆奥巴马政府2020年的宏伟发展目标实现光伏装机200GWp（远超世纪初路线图）本世纪初世界发展路线图年度2000201020202030美国0.152.136200欧洲0.153.041200日本0.254.830205世界总计1.014.020018503737在能源结构中的比例，％在能源结构中的比例，％2050205021002100可再生能源可再生能源～～52%52%～～86%86%太阳能太阳能～～28%28%～～67%67%太阳能发电太阳能发电((光伏＋热电光伏＋热电))～～2525％％～～6464％％（3）远期发展趋势◆欧洲JRC的预测3838◆IEA－PVPS预测3939◆资源优势(TW(TW=109kW))20042004世界实际能耗世界实际能耗1313TWTW20502050世界预测能耗世界预测能耗30TW30TW21002100世界预测能耗世界预测能耗46TW46TW未开发水力未开发水力0.5TW0.5TW海洋能（潮汐、海浪等）海洋能（潮汐、海浪等）2TW2TW地热能地热能12TW12TW可利用风力可利用风力22--4TW4TW全球总太阳能全球总太阳能120,000TW120,000TW经济可开发经济可开发600TW600TW美国能源部OfficeofScience报告，2005年4月。4040◆技术优势•光伏发电是光子一电子的直接转换，纯物理过程；不排放任何有害物质，环境友好；•可与建筑结合，节省土地资源；•在地面建设不影响生态；•光伏发电性能稳定可靠，维护成本低，使用寿命长(25年以上)。◆材料资源优势：硅元素在地球中的含量丰富（在地球中的丰度为25.8％，排第二），无毒，性能稳定；。◆能量回报率高能量回收期目前2年左右，未来可以降低到1年左右，寿命30年以上，属于高能量回报率发电放电方式。4141（4）推动光伏产业发展的动力①德国《上网电价法》诞生及依据30年来光伏组件成本随累计安装量呈指数下降趋势，安装量每扩大一倍，成本下降20％（含技术进步）。显燃，安装量愈多，成本下降愈快。光伏产业的LearningCurve曲线4242上世纪90’中后期德国对几种光伏技术(晶硅电池、CdTe和CIGS等)分析表明，只要通过开拓市场，带动光伏产业发展，就可以使组件成本下降到1美元/Wp左右。市场开拓速度愈快，成本下降愈快。上述的分析成为《上网电价法》出台的理论依据。②德国上网电