建筑一体化光伏（BIPV）：超越组件本身的价值和挑战

建筑一体化光伏（BIPV）通常被认为是竞争力不足的光伏产品试图进入的领域。但柏林亥姆霍兹中心PVcomB技术经理兼副主任Bjorn Rau认为，这种观点可能并不公平。他指出，BIPV部署中缺失的环节在于建筑行业、建筑部门和光伏制造商之间的交汇。

摘自《光伏杂志》

过去十年，光伏产业的快速发展使其年新增装机容量达到约100吉瓦（GWp）的全球市场规模，这意味着每年生产和销售约3.5亿至4亿个太阳能组件。然而，将其融入建筑仍然是一个利基市场。根据欧盟“地平线2020”研究项目PVSITES的最新报告，2016年，仅有约2%的光伏装机容量被融入建筑围护结构。这一微小数字尤其引人注目，因为全球超过70%的能源消耗和约40%至50%的温室气体排放来自城市地区。

为了应对温室气体挑战并促进现场发电，欧洲议会和理事会于2010年出台了关于建筑能效的2010/31/EU指令，其核心理念是“近零能耗建筑（NZEB）”。该指令适用于2021年后建造的所有新建建筑。该指令于今年年初生效，适用于容纳公共机构的新建建筑。

该指令并未规定实现 NZEB 状态的具体措施。建筑业主可以考虑隔热、热回收和节能解决方案等节能措施。然而，由于建筑物的整体能量平衡是一项监管目标，因此建筑物内部或周围的主动发电对于满足 NZEB 标准至关重要。

潜力与挑战

毫无疑问，光伏应用将在未来的建筑设计或现有建筑基础设施的改造中发挥重要作用。NZEB 标准将成为实现这一目标的驱动力，但并非唯一因素。建筑一体化光伏 (BIPV) 可用于激活现有区域或表面进行发电，从而无需额外空间即可在城市地区增加光伏应用。集成光伏系统产生的清洁电力潜力巨大。正如贝克勒尔研究所在 2016 年发现的那样，在德国，BIPV 发电在总电力需求中的潜在比例超过 30%，而在更南部的国家（例如意大利），这一比例甚至接近 40%。

但为什么BIPV解决方案在太阳能行业中仍然只扮演着边缘角色？为什么到目前为止，建筑项目很少考虑BIPV？

为了解答这些问题，德国柏林亥姆霍兹材料与能源中心（HZB）去年组织了一次研讨会，与BIPV各个领域的利益相关者进行了沟通，进行了需求分析。结果表明，问题并非源于技术本身的不足。

在HZB研讨会上，许多从事新建或翻新项目的建筑行业专业人士承认，他们对BIPV及其支持技术的潜力存在认知差距。大多数建筑师、规划师和建筑业主根本缺乏足够的信息来将光伏技术融入他们的项目。因此，人们对BIPV存在诸多担忧，例如设计吸引力不足、成本高昂和过于复杂。为了克服这些明显的误解，必须优先考虑建筑师和建筑业主的需求，并优先了解这些利益相关者对BIPV的看法。

思维模式的转变

BIPV 与传统的屋顶太阳能系统在很多方面都有所不同，后者既不需要多功能性，也不需要考虑美观性。如果制造商要开发集成到建筑组件中的产品，就需要重新思考。建筑师、建筑商和建筑使用者最初都期望建筑围护结构具有常规功能。在他们看来，发电仅仅是一个附加属性。此外，多功能 BIPV 组件的开发商还必须考虑以下方面：

• 为具有不同尺寸、形状、颜色和透明度的太阳能建筑组件开发具有成本效益的定制解决方案；

• 制定标准并提供有吸引力的价格（最好适用于建筑信息模型（BIM）等成熟的规划工具）；

• 通过整合建筑材料和发电组件，将光伏组件集成到新型立面组件中。

• 对临时（局部）阴影具有较高的容忍度；

• 确保长期稳定性，注意功率输出的长期衰减，以及外观的长期稳定性和劣化（如颜色稳定性）；

• 制定适应特定现场条件的监测和维护计划（考虑安装高度、更换有缺陷的组件或立面组件）；

• 遵守法律和监管要求，例如安全（包括防火）、建筑规范、能源法规等。