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王玉凤:BAPV BIPV光伏建筑一体化的应用及发展

2020-09-24 17:01:22 中国能源网

编者按:2020年9月17~18日,以“塑造新模式o激活新动能”为主题的“第十六届中国分布式能源国际论坛暨2020综合能源展览会”在山东济南召开,本次论坛由中国能源网主办,中国能源研究会分布式能源专业委员会、水发能源集团有限公司联合主办。会上,中国建筑设计研究院有限公司新能源事业部主任王玉凤发表了BAPV BIPV光伏建筑一体化的应用及发展的主旨演讲。

以下内容根据论坛演讲实录进行整理。

下一个发言的是中国建筑设计研究院有限公司新能源事业部主任王玉凤。

王玉凤:各位来宾,尊敬的许老师大家好!我是中国建筑设计研究院王玉凤,今天跟大家分享的主题是"BAPV BIPV光伏建筑一体化的应用及发展。

我的分享主要分这三个部分,第一个部分想要跟大家分享的是两张图一个分布图,第一张图是全球光照资源的情况,以赤道为基准线往南北回归线依次排列开来就是它的光照资源,是从比较丰富到相对减弱的趋势走向。另外一张图讲的是我们国家光照资源的分布情况,我们国家的光照资源粗略分的话分为四类地区,可以从图中看出来,红色深色的部分是一类地区,渐侧的地区是二类地区,浅蓝色的部分是三类地区,最深色的蓝色的部分是第四类地区,就是四川、四川盆地这个位置。山东省在地图上大家一眼就可以找得到,大部分是处于三类地区,还有一部分是以青岛、日照为基准的三个城市,应该算是二类地区光照的基准线。

另外一个图讲的是BIPV和BAPV在光伏发电里边属于哪种类型。现在都在说光伏发电,它以往的形式分为两种,一种是并网型,一种是离网型,离网型站在设计的角度来说,它是按负荷的类型来分的,它的负荷根据一般普通类照明来说,分为一般负荷和特殊负荷,像现在的燃气管道上用的烟机保护的,包括通信机站用的负荷,它有这种特殊负荷。并网型的相对来说比较简单,现在比较常见,有集中式的和分布式的,集中式的是现在国家政策支持力度比较大的,从2010年到去年为止,基本上以集中式为首的国内光伏电站已经进入了平价时代,现在光伏行业都管它叫光伏+。另外一个是分布式,它其实分两种,在光伏的角度去说,一种是工商业的分布式,在一些工业园区的屋顶上建光伏,还有一种是户用光伏和光伏扶贫,每家每户或者是别墅区的光伏,光伏扶贫就是老百姓的屋顶上去建光伏电站,收入归老百姓所有,是这样的一个扶贫形式。

第二个讲的是分布式能源,专家已经跟大家分享了,我们这边总结的是两个特色,这是一张图表,是我们院里自己画的,分布式能源涵盖了10种类型,目前都在讲的分布式能源,我们院现在是国家推出绿色建筑,这几种能源基本上在建筑上都或多或少的应用。另外一个,目前咱们国内的分布式能源我们了解到,主要采用的就是不并网或者并网不上网的运行方式。还有就是想跟大家分享分布式能源面对我们国家严重缺件的局面,未来分布式能源的前景还是非常可观的,它可以有效的解决我们能源利用效率的问题。

这一页PPT讲的是,我们国家的分布式能源站在专家的角度去说的话,每个人理解的都不太一样,它是有两种表现形式,一种是以传统的燃气可再生能源相互搭配为主的分布式能源的叫法,还有一个是以刚才上一位嘉宾分享的,现有的能源光伏为主的分布式能源的说法,其实他们有一个共同的特点,它们是安装在用户端的,而且是能源循环利用的系统。

接下来进入正题,光伏建筑一体化国外比我们超前将近二十年的趋势,最早叫建筑光伏,简称叫BMPV,BMPV在应用的过程中分为两种形式,一种是以建材为主的,我们常说的BIPV,还有一种是目前应用比较多的,作为传统的光伏组件直接在屋顶上的叫BAPV,它们俩最大的区别一种是建材,一种是传统的放在屋顶上发电的一个构筑物。

这是BIPV和BAPV的发展史,想跟大家分享,最早的时候光伏一体化实际上是在日本提出来的,是1967年,后边最早应用是2003年,它是美国的探测器上,光伏的应用不管是国际市场还是国内市场,最早是在空间探测器或者是空间站上为主慢慢去推广的。另外一个,BIPV跟建筑结合的过程,最早跟建筑结合是在英国曼彻斯特摩天大楼上的应用,引入我们国家最早是在台湾2009年高雄市运会上,后面在我们国家最早涉足这一块的是无锡尚德,应用BIPV这项技术。今年2020在业内,光伏在业内叫BIPV的元年,今年8月份在上海组织的新能源界的展会推出了BIPV的组件。

这个是BAPV的定义,还有它几种形式的应用,安装在现有建筑上的光伏系统,而且它是附着在这个建筑物上的,它有不同的类型,这个是BIPV,是未来的趋势,作为建材还有建筑物的构建跟这个建筑物结合,而且可以跟建筑物形成完美的统一体案例的东西。

下面这张图想跟大家分享目前在光伏建筑结合的方面,几种类型的光伏组件跟建筑结合的图片,主要是以非晶硅,还有CIGS、铜铟镓硒和透明的组件、光伏的组件、柔性的电池。

第二部分想跟大家分享BIPV的应用,最早的时候是1839年发明了光生伏打效应,最早在空间转上做的光伏发电单元。其次就是在国内基站上的应用,可以跟建筑结合的BIPV的屋顶应用。

这个是想跟大家说一说BIPV、BAPV现在并网方式以及结构的形式,包括数据要点:第一种是全额上网;第二种是自发自用,余电上网;第三种是离网(独立)运行;第四种是既可并网又可离网。结构形式,系统设计要点分三个方面,一个是光伏电器系统的设计,光伏组件的设计选型,光伏组件方阵的结构设计,重点是两个部分,一个是结构安全性的设计,还有一个是结构强度,现在既有建筑上屋顶的承重。第三部分想跟大家分享的是组件的设计选型,前面已经说了,光伏BIPV的组件,包括BAPV的组件类型比较多,跟建筑结合要跟建筑形成一体化的话,组件选型也很重要,还有它的安装方式也很重要。

这个是BIPV的一组图片,有立面的,有曲面屋顶的,还有曲面屋顶曝光型的。这个是BAPV的一组组件,第一张图是北京的一个单位,做的很早,2008年时候的一个项目,那时候国内透光型的组件还没有这么多,严谨的来说它这个应该叫BAPV光伏与建筑结合的,是悬在立面上的。其他的也是这样,是不透光的,也不能当建材来用,所以是BAPV与建筑结合的项目。

接下来跟大家分享的是不同类型屋顶的案例分享,第一个是平屋顶,我们现在用的比较多的工业园区屋顶上见得比较多,主要是钢筋混凝土的结构,加上预构件的案例。这个是斜屋顶,北方地区有很多这样的斜屋顶,这个是遮阳板,光伏组件跟遮阳板结合在一起的应用图片。这个是幕墙,我选图片的时候根据它的技术发展趋势选用了不同时期的组件,有早些年的图片,还有的是现在发展的比较好的图片,天棚天幕现在在国内,像我们院在做国家高铁站机场设计的时候,基本上已经都快成为国内设计的标配了,天棚天幕上要上透明的光伏组件。

接下来说一下BIPV、BAPV既然现在这么说,它们的优劣势是什么样子的,应用中存在哪些问题。优势说得比较多,行业内各个部分的人都在说,它隔音、隔热,还可以起到装饰的功能,同时又能节能减排,还能够提供电力,又不占用土地,而且是绿色能源,这是它的优势。跟传统的建材,像传统用的玻璃幕墙来说它的成本还是挺高的,而且产品的转换效率,我不是厂家,我是设计院,这个产品的转换效率对于设计院来说,还是对它持有保守的意见,转型效率能不能保证,能不能用十年、二十年,都是有待于商榷的一个问题。又说到它的寿命、成熟度以及技术的提高,它应用的时候,昨天也跟老专家探讨,目前国内的BIPV虽然这两年很火,行业内验收的标准还是比较缺乏的,我们院马上要跟全国的标委会做一件事情,系统设计的不合理,现在很多光伏项目的设计基本上都是在既有建筑商厂家找到,然后去开发,设计上或多或少会存在一些问题。另外一般前期投资成本回收,目前来说虽然算出来的还行,但是实际上在运行的项目可能也都是有一些瑕疵的。经常有人跟我说,建筑现在特别迫切需要我们这样的角色出现,就是建筑与光伏融合着来做一些设计,所以说在之前的时候建筑与光伏融合没有放到设计的前期,所以才导致它设计中有这样那样的问题。后边我也会说,国家现在也在出台更加关注BIPV放到前期建筑的设计中,针对既有建筑,包括新建建筑,国家现在都是有相关要求的。
最后一个问题是前期规划设计中我们也需要跟在座的各位厂家和各机构领导一块去探索和推动。这张图是系统设计带进来不合理的问题都是在既有建筑商做的,有火烧,路径走线不太好,还有屋顶起火的,我们都没有往上放,酌情选了一些放上的。

这些是BAPV和BIPV跟建筑结合,现在大家都在炒绿色建筑,好像一定要上光伏一样,这张图讲的是绿色建筑的发展史,首先是二十世纪二十年代美国建筑师提出的理念,一直到现在我们国家是2006年提出的中国绿色建筑和评价标准。为什么光伏一定要放在绿色建筑上呢?这张图就很好的解释了这个问题,绿色建筑讲的是四个节能,就是节水、节电、节地、节材,现在绿色光伏这一块在节能降耗、碳排放这一块都完美的决定了这一问题。今年7月份的时候,七部委联合印发了绿色建筑创建行动,也说了新建建筑要在绿色建筑的占比达到70%,我们院现在也在大力的推进超低能耗建筑,就是装配式建筑以及被动式建筑工作的发展。

这张图想跟大家分享光伏+建筑,我们要推它是不是有补贴,因为这个成本很紧张,国家在分布式能源光伏这一块是有补贴的,从三个方面,一个是国家补贴,第二个是自发自用抵销电费,还有一个是脱硫燃煤收购电价,刚才我们也说了它分为工业式的和户用式的,这个是不同的标准。另外一个是在绿色建筑的补贴上也是有相关的政策出来,9月初的时候山东省也出台了绿色建筑的补贴标准。

最后一个想跟大家分享未来的建筑会是什么样子的,现在据测算建筑能耗已经占到全国能耗的三分之一以上,在绿色节能减排这一块也在积极的做一些自己能做的事情,这是全球各国在零能耗建筑的规划上承诺的,就是美国、英国、德国、韩国、日本、丹麦,分别在2020年、2030年都要达到零碳的城市,右边这张图说的是未来全球BIPV市场的发展趋势,光伏建筑一体化未来的发展趋势肯定是一个前景比较光明的行业。也是从政策上来说,今年是"十三五"的收官之年,也是绿色建筑规划的收官之年,绿色建筑要超过50%,所以说我们的任务还是很艰巨的,尤其是对于山东这样的能耗大省来说。最下边是建筑院做的数据,2019年国家的既有建筑大概有800亿平方米,可以安装太阳能光伏电池的建筑大概有30亿平方米,装机容量可以到400GW,现在每年的新增建筑大概有40亿平方米,安装太阳能电池约3亿平方米,装机容量约为40GW,简单测算每千瓦的光伏电站发电是1度电,可以年发电量在4亿度电,每家每户如果可以按一天用五度电来算,大概可以供八千万个家庭使用,什么概念?现在对北京这种超大型的城市来说,大概有2100万的人口相当于3个北京、4个北京,所以说建筑上,建筑一体化未来的前景还是非常光明的。

最后想跟大家说的是我们未来的建筑是什么样的呢,建筑节能,德国的大学就提出了一个正能量建筑的口号,他正能量建筑的三大目标,一个是百分之百使用可再生能源,另外一个是可以实现二氧化碳的零排放,最后一个是降低能源的消耗,同时可以产生能源卖给电网,他在保证自己能源消耗的同时还可以生产能源。

下面是这组数据,推广我们在做,也希望各个厂家有契合点的话可以联合一起去做,推进国内的建筑节能往前发展,能跟上国际的步伐。我的分享就到这里,谢谢大家!

 


 




责任编辑: 江晓蓓

标签: 光伏建筑 一体化

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