光伏建筑一体化技术的应用及展望

光伏建筑一体化技术的应用及展望
摘要:在碳达峰、碳中和的目标下，如何有效利用光伏发电技术，实现建筑
领域的节能减排，切实推进光伏建筑一体化融合发展，已经成为当前社会和业内
重点关注的课题。

简要介绍了光伏建筑一体化的基本概念和技术路线，并从光伏
组件在建筑中的不同应用场景出发，剖析了不同的产品特性，阐述了光伏建筑一
体化未来的市场空间以及面临的挑战。

关键词:光伏建筑一体化; 双碳目标;光伏屋面;光伏幕墙;光伏车棚
1光伏建筑一体化的技术路线概述
光伏发电是利用半导体电子器件的光生伏特效应，吸收太阳光辐射能并转变
成电能的直接发电方式。

目前，光伏建筑一体化的主要技术路线，按照电池的种
类可分为晶硅太阳能电池和薄膜太阳能电池。

晶硅太阳能电池，主要分为单晶硅太阳能电池和多晶硅太阳能电池，光电转
化效率普遍能达到15%~25%。

单晶硅太阳能电池是以高质量高纯的单晶硅棒为原
料的太阳能电池，是当前转换效率最高、技术也最为成熟的一种太阳能电池;多
晶硅太阳能电池与单晶硅太阳能电池的制作工艺类似，由于材料制备简单，总体
生产成本要低于单晶硅太阳能电池，但其光电转换效率要低于单晶硅太阳能电池。

2光伏建筑一体化的应用场景及其产品剖析
2.1光伏屋面
屋面是覆盖的建筑顶是建筑围护结构的一部分，主要起到防御雨、雪、阳光、极端温度和风速等影响的作用。

屋面材料是构成建筑围护的关键载体，将具备建
材功能的光伏产品作为屋面材料，可有效吸收太阳光辐射，将多余的太阳能辐射
进行储存和光电转换。

光伏屋面根据屋面材料的不同，可大致分为金属屋面和混
凝土屋面，它附着的下游建筑包括工商业厂房、居民建筑和公共建筑。

其中，工
商业厂房以金属屋面为主，还包括少量的混凝土屋面，而居民建筑和公共建筑以
混凝土屋面为主。

工商业厂房的屋面资源丰富，具有屋面面积大、业主用电量多
且用电成本高的特点，因此，经济性与安全性成为业主考虑的首要问题，再通过
基于全生命周期的净收益测算模型测算后，与传统的工商业分布式光伏电站对比，BIPV 与工商业厂房屋面更适配。

以10 000 m?的工商业厂房为例，在25a
使用期限内，工商业厂房式BIPV的投资静态回收期为6~7a，相比于传统式缩短
了1~2a,具备了更好的投资收益和发电效益。

金属屋面结构的工商业厂房，是光伏建筑一体化非常重要的一个应用场景，
而光伏产品作为屋面材料，除了基本的光伏发电功能外，还应承担建筑材料必须
的建材属性，其中防水性能至关重要。

不同解决方案系统提供商的核心优势不同，所提供的防水设计方案也有很大的差异，目前金属屋面市场上主流的防水设计方
案有以下两种。

a)导水槽式防水，原理是通过横槽和竖槽的导水槽或者W形和U形的导水槽，导人环形收集器中，通过屋顶排水沟将水排出。

具有代表性的系统提供商有阳光
新能源的iBuilding智慧BIPV系统，中信博的智顶BIPV系统、双顶BIPV系统，以及厦门国瑞能的能舍-BIPV系统。

b)构件式防水，原理是采用新型高质量的彩钢瓦(使用年限可达25a以上)，
通过榫卯或者建筑结构胶与组件进行连接，以180°或360锁边的方式并配合排
水槽来实现高防水性。

具有代表性的系统提供商有天合光能的天能瓦BIPV、晶科
能源的晶科BIPV彩钢瓦以及隆基股份的隆顶BIPV。

2.2光伏幕墙
光伏屋面是当前BIPV非常重要的应用场景，但随着用电需求的增加，光伏
屋面无法满足高层建筑的用电需求;相较于建筑屋面，表面积更大的建筑立面更
符合要求，能够有效提升发电量，满足高层建筑发电需求。

因此利用建筑立面安
装光伏产品也显得尤为重要，也是未来进行建筑碳减排、实现建筑碳中和的必要
路径。

光伏幕墙是将建筑立面幕墙与光伏发电功能相结合，在具备卓越稳定的安全
性能的基础上，采用薄膜太阳能电池或晶硅组件让建筑自主发电。

同时，发电的
建筑立面可拥有不同花纹、多种色彩，能适配全球主流的建筑风格，可以为各类
建筑提供一体化的解决方案。

光伏幕墙除了满足基本的组件性能和发电功能外，
同样需要满足建筑幕墙的建材性能需求，例如抗风压、气密性、美观度等，尤其
是针对高层建筑的极高防火性能要求。

因此高质量的光伏产品的应用至关重要。

2.3光伏车棚
光伏车棚由支架系统、光伏组件、照明及控制逆变系统、充电装置系统和防
雷及接地系统组成，主要是将光伏组件置于车棚顶上，通过与充电桩、蓄电池或
者储能系统的整合，直接用于新能源电动车充电，实现新能源车直接用新能源电，同时还可将多余的电能储存在储能系统中心。

随着新能源汽车市场需求持续旺盛，在当前的“碳达峰”和“碳中和”背景下，不同客户在不同场景下对光伏车棚的定位与需求也不尽相同。

目前，光伏车
棚有以下4种配置模式来满足市场需求: a) 光伏车棚; b)光伏车棚+充电桩; c) 光伏车棚+储能系统; d)光伏车棚+充电桩+储能系统+智能管理。

“光伏车棚+充电桩+储能系统+智能管理”的配置模式可称为“光储充一体化”的光伏车棚。

该模式的优势在于可独立于公共电网，灵活运行，可缓解充电
桩用电对公共电网的冲击，且直接使用储能系统为动力电池充电，能提高能源转
换效率。

此外，标准化、模块化、装配式的系统设计方案也越来越受市场青睐，
标准化和模块化的设计可有效降低采购和生产成本，装配式的方案可有效降低现
场安装难度和安装成本，为客户带来更好的经济效益。

具有代表性的系统提供商
有天合光能的SPVC天合智慧光伏能源车库、中信博的光伏车棚以及隆基股份的
隆行BIPV。

天合光能的SPVC天合智慧光伏能源车库，主要特点是采用模块化、
集成化、智慧化设计，可精准匹配客户需求，量身定制，整体交付，实现从仅为
办公楼供电到为新能源车充电，直至提供光、储、充、云智慧能源管理的多样化
解决方案，率先引入天元智慧管理系统，智慧用能，实现更高回报。

2.4光伏墙
光伏墙是在建筑物的墙体外侧装一层薄薄的黑色打孔铝板，能吸收照射到墙
体上的80%的太阳能量。

被吸入铝板的空气经预热后，通过墙体内的泵抽到建筑
物内，从而就能节约中央空调的能耗。

2.5光伏窗
光伏窗通过光热调节的玻璃窗。

一种是太阳能温度调节系统，白天采集建筑
物窗玻璃表面的暖气，然后把这种太阳能传递到墙和地板的空间存储，到了晚上
再放出来；另一种是自动调整进入房间的阳光量，如同变色太阳镜一样，根据房
间设定的温度，窗玻璃或是变成透明或是变成不透明。

3未来产业发展
a)产业生态需成熟。

越来越多的玩家涌人BIPV产业中，有光伏行业、逆变
器行业、防水行业、金属围护行业以及建筑行业，行业间的融合较难，尤其是光
伏与建筑行业。

对于还处在发展初期的BIPV产业而言，整个产业生态并不成熟，项目全周期的运营和维护仍存在诸多难点，成熟的商业模式也亟待探索。

b)行业标准需健全。

由于BIPV行业还处在发展初期且属于跨行业跨领域的
综合产品，当前BIPV产业的行业标准既要满足光伏组件和光伏发电系统在电气
性能、机械性能、可靠性能等方面的要求，还应满足它作为建筑材料必须要考虑
的防火性能、安全性能等要求。

结语
光伏建筑一体化作为建筑行业碳减排的重要路径，推广光伏建筑一体化势
在必行。

在“30-60” 双碳目标的催化下，光电与建筑一体化的深度融合和发展
已是大势所趋，虽然目前还存在诸多不足与难点，但在国家政策强有力的推进下，只要不断进行技术创新和模式探索，相信未来光伏建筑一体化必将迎来一个黄
金时期，蓬勃发展。

参考文献:
[1]鞠晓磊,张磊,刘志钱.不仅是发电:光伏在建筑设计中的应.用[J].建设科技,2019(2):37-41.
[2]李妞.太阳能光伏技术在建筑中的应用与设计[J].节能,2019, 38(12):1-3.
[3]李庆党,和学泰,李子良,等.光伏建筑发展与经典案例[J].建设技术开发,2022,49(4):1-6.。