BIPV未来发展空间分析-何涛

pBIPV未来发展空间分析 何 涛 教授级高工 中国建筑科学研究院环能院 太阳能应用研究中心主任 国家建筑节能质量监督检验中心 太阳能实验室主任 国际标准化组织太阳能委员会 系统分委会（ ISO TC180 SC4）主席 2020.1.15 北京 首届 BIPV专题技术研讨会 1 2 1. 政策基础 2. 技术经济基础 3. 应用潜力 4. 效益分析 5. 问题与发展方向 6. 建议与思考 目 录 CONTENTS 1 政策基础 3 20151950s 建筑方针 适用、经济、 在可能条件下注意 美观 2016 建筑方针 适用、经济、 绿色、 美观 中共中央、国务院关于进一步加强城市规划建设管理工作的若干意见 2016年 2月 6日 中央城市工作会议 2015年 12月 20日至 21日 2019 绿色建筑评价标准 2019年 3月发布 1 政策基础 4 2016 建筑方针 适用、经济、 绿色、 美观 中共中央、国务院关于进一步加强城市规划建设管理工作的若干意见 2016年 2月 6日 2019 绿色建筑评价标准 2019年 3月发布 （十二）推广建筑节能技术。 提高建筑节能标准，推 广绿色建筑和建材。支持和鼓励各地结合自然气候特 点，推广应用地源热泵、水源热泵、太阳能发电等新 能源技术，发展被动式房屋等绿色节能建筑。完善绿 色节能建筑和建材评价体系，制定分布式能源建筑应 用标准。分类制定建筑全生命周期能源消耗标准定额。 可再生能源发电 是实现“绿色”建筑目标的重要技术手段 5 ◼ 具体目标 ✓ 到 2020 年 ， 城镇新建建筑能效水平比 2015年提升 20， 部分地区及建筑门窗等关键部位建筑节能标准达到 或接近国际现阶段先进水平 。 ✓ 城镇新建建筑中绿色建筑面积比重超过 50， 绿色建材应用比重超过 40。 ✓ 完成既有居住建筑节能改造面积 5 亿平方米以上 ， 公共建筑节能改造 1 亿平方米 ， 全国城镇既有居住建筑中 节能建筑所占比例超过 60。 ✓ 城镇可再生能源替代民用建筑常规能源消耗比重超过 6。 ✓ 经济发达地区及重点发展区域农村建筑节能取得突破 ， 采用节能措施比例超过 10。 ◼ 主要任务 （ 一 ） 加快提高建筑节能标准及执行质量 。 ✓ 加快提高建筑节能标准 。 积极开展超低能耗建筑 、 近零能耗建筑建设示范 ， 提炼规划 、 设计 、 施工 、 运行 维护等环节共性关键技术 ， 引领节能标准提升进程 ， 在具备条件的园区 、 街区推动超低能耗建筑集中连片建 设 。 鼓励开展零能耗建筑建设试点 。 ✓ 开展超低能耗小区 （ 园区 ） 、 近零能耗建筑示范工程试点 ， 到 2020 年 ， 建设超低能耗 、 近零能耗建筑示范项 目 1000 万平方米以上 。 到 2020 年 ， 建设超低能耗 、 近零能耗建筑示范项目 1000 万平方米以上 。 ➢ 建筑节能与绿色建筑发展 “ 十三五 ” 规划 （ 住房城乡建设部 2017 年 2 月 ） 1 政策基础 6 日本 2030建 筑节能路线图 欧美等发达国家相继提出了 2020、 2030年近 /净零能耗建筑发展目标，并开展了技术集成专项研究与示范。 推动建筑迈向近零能耗是全球的发展趋势。 欧盟 20-20-20 英国 2019年公共建筑达到零碳； 德国 2020年 新建建筑达到近零能耗 美国 2030年 达到净零能耗 丹麦 2020年后居住建筑全年 冷热需求降低至 20kWh/m2 韩国 2025年居 住建筑达到零碳 ➢ 超低 /近零能耗建筑发展 1 政策基础 7 ➢ 超低 /近零能耗建筑发展 90’s Initiation of Passive House Concept 90’s-2006 Development of Building Energy Efficiency Codes 2010～ Towards Higher Building Energy Efficiency Standard 从 90年代开始 ， 各气候区的建筑节 能设计标准逐步完成 ， 节能要求随 着标准修编不断提高 。 1986年 ， 建设部与瑞典建筑研究 委员会中瑞 （ 典 ） 科技合作协 议 --利 用 被 动 太 阳 能 技 术 开 展 “ 节能住宅 ” 设计技术研究 住房和城乡建设部和德国交通 、 建设和城市发展部共同签署了 关于建筑节能与低碳生态城市 建设技术合作谅解备忘录 ， 推 动了被动房在中国的进一步发展 。 8 超低能耗建筑 近零能耗建筑 零能耗建筑 产能建筑 大幅降低供暖供冷需求 ， 提高能源设备与系统效率 ， 以更少的能源消耗 提供舒适室内环境的建筑 。 基准建筑能耗 建筑用能需求 可再生能源 最大幅度降低供暖供冷需求 最大幅度提高设备与系统效率 利用可再生能源 以最少的能源消耗 提供舒适室内环境的建筑物 。 最大幅度降低供暖供冷需求 最大幅度提高设备与系统效率 可再生能源全年供能大于等于 建筑物全年全部用能的建筑 。 近零能耗或零能耗建筑基础上 建筑舒适性优异 可再生能源供能量明显大于建 筑能耗 ,多余产能可用于传统 建筑能耗之外的生活 、 生产用 能 。 ◼ 近零能耗建筑技术标准 ◼ 2019年 1月发布 ， 9月起 实施 ◼ 第一部国家标准 ◼ 结合我国已有工程实践 ， 明确了 我国超低能耗建筑 、 近零能耗建 筑 、 零能耗建筑定义 、 以及不同 气候区技术指标及设计 施工 、 运 行和评价技术要点 。 ➢ 超低 /近零能耗建筑发展 9 2011年 11月 7日，德国第一个产能建筑， 可再生能源发电量是用能量的 2倍 Apple Park，屋顶光伏 17MW，满足 75电力需求，其余来自其他可再生能源 CABR近零能耗示范建筑 中德生态园被动房示范工程 山东城建学院超低能耗绿色建筑示范项目 龙湖高碑店列车新城（一期 30万 m2） 海南省环岛旅游公路驿站建设技术导则 青岛市绿色建筑与超低能耗建筑发展专项规划 蚌埠市超低能耗（近零能耗）建筑发展专项规划 10 ➢ 建筑能耗不断降低 ， 可再生能源在建筑能源系统中的作用愈发明显 被动式建筑设计降低负荷 合理的建筑朝向 高性能围护结构 自然采光、通风 高性能设备削减用能需求 供暖空调耗电 照明耗电 通风耗电 可再生能源供能满足用能需求 太阳能供热制冷 太阳能光伏发电 近零能耗建筑的冷 、 热负荷通过被动式设计 、 遮阳 、 热回收等技术实现大幅降低以后 ， 如何满足用电用能需求成为 更关键的技术因素 。 BIPV系统成为实现近零能耗建筑必不可少的一部分 。 11 ➢ 光伏发电效率屡创新高 太阳能单晶硅电池、薄膜 电池、钙钛矿电池效率进 一步提高。 产业化太阳能单晶硅电池 效率超过 21，多晶硅电 池效率达到 19.2 20.3 中国新能源发电分析报告 -2019 12 ➢ 光伏发电经济性改善 Source Yan JY, etc. City-level analysis of subsidy-free solar photovoltaic electricity price, profits and grid parity in China[J]. Nature Energy, 2019, 4709-717 2019年光伏项目竞价中， Ⅰ 类、 Ⅱ 类、 Ⅲ 类资源区的加权平均电价 资源区 项目规模 万 kW 规模占比 指导电价元 /kWh 中标电价元 /kWh 降幅元 /kWh Ⅰ 类资源区 189.922 10 0.4 0.329 0.071 Ⅱ 类资源区 218.4139 12 0.45 0.371 0.079 Ⅲ 类资源区 1043.9956 77 0.55 0.459 0.091 在中国所有的 344个城市，工商业太阳能光伏系统能够以低 于电网供电的成本发电。在其中 22的城市中，并网太阳能 发电系统的发电成本也低于煤电。 2000-2018年光伏发电成本下降超过 90 13 北京某办公建筑 建筑面积 4000m2 楼层数 4 非供暖能耗指标 76.7 kW.h/m2.a ； 民用建筑能耗标准 GB/ T 51161- 2016规定的 约束值 80 kW.h/m2.a 可安装光伏面积 400m2； 提示 GB/ T 51161规定 建筑能耗指标实测值应包括建筑运行中使用的由建 筑外部提供的全部电力 、 燃气和其他 化石能源 ， 并应符合下列规定 1 通过建筑的配电系统向各类电动交通工具提供的 电力 ， 应从建筑实测能耗中扣除 ; 2 3 安装在建筑上的太阳能光电 、 光热装置和风电装 置向建筑提供的能源不应计入建筑实测能耗中 。 14 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 0 5000 10000 15000 20000 25000 30000 1月 2月 3月 4月 5月 6月 7月 8月 9月 10月 11月 12月 kW h 建筑用电量 自电网电量 发电量 并网电量 光伏占建筑用电比例 应用软件模拟分析全年发电与用电量平衡 15 自发自用 ， 余电上网 or 全额上网 2019年 4月 30日，国家发展改革委关于完善光伏发电上网 电价机制有关问题的通知 （ 发改价格〔 2019〕 761号 ） “自发自用、余电上网”的工商业分布式项目，补贴标准 为按照全发电量补贴 0.10元 /度； “全额上网”模式按集中式电站分资源区指导价（ 0.40、 0.45、 0.55元 /度）进行补贴。 北京市商业用电价格在 1.2元 /kWh左右 年发电量 kWh 年耗电量 kWh 用电价格 元 /kWh 暂按平 均价格 建筑年耗 电全部购 自市电 （元） 补贴 （元） 实际电费 （元） 节省比率 自发自用 余电上网 75740 306600 0.85 260610 7574 198482 23.8 全额上网 75740 306600 0.85 260610 34083 226527 13.1 16 潜力分析 1 BIPV发电量对建筑能源系统扰动不大 包含建筑空调、通风、照明、生活热水、电梯、办 公设备以及建筑内供暖系统的热水循环泵电耗、供 暖用的风机电耗等建筑所使用的所有能耗照明耗电 绝大多数为电耗。 除夏季空调能耗外，其他能耗相对稳定 与工作时间相关性强 与太阳辐照相关性也强。 2 屋顶可安装面积与建筑面积比例 4层 建筑 PV满足非供暖能耗的 1/5 15层以下 ➔PV比例 0.07平方米 /建筑面积 既有建筑应用 BIPV潜力 我国既有建筑面积 600亿平米 。 可安装太阳能光伏电池 近 30亿平米，约 400 GWp 新建建筑应用 BIPV潜力 我国每年新建建筑面积 20亿平米 。 可安装太阳能光伏电池 近 1.5亿平米，约 20 GWp 17 BIPV的日发电量占建筑总能耗的比例较低 对建筑内部电网冲击小 以市电做备用电源 少量储能 数小时 可有效实现 就地 、 及时消纳 不强求并网 ， 经济性好 ， 可不依赖补贴 投资回收期 5年 良好的可持续发展前景 简单的总结 为光伏市场带来更大的市场空间 19.6 27 34 42 47 7.7 21 24.4 24 11.4 0 10 20 30 40 50 2015H1 2016H1 2017H1 2018H1 2019H1 GWp 我国组件产量 我国新增装机 Source王勃华 . 光伏行业 2019年上半年回顾与下半年展望 18 1 建筑节能贡献 据统计，我国建筑总耗电量 约 1.4万 亿 kWh。 替代 建筑总耗电量的 10替代标准煤逾 4000万 吨 /年 2 促进产业结构调整和供给侧改革 有效调动科研、制造等各领域的创新积极性，实现高质量发展，促进产业结构调整和供给侧改革。 3 增加就业、稳定增长 按照包含组件、逆变器、安装等系统造价 0.5万元 /kWp计算，新增产业规模可达 1万亿元 涉及从业人员 数百万人 ，是稳增长、促就业的有效方式。 19 欧洲标准 -与建筑结合， 组件能够提供 建筑构件 功能 我国与建筑结合没有明确标准定义 传统 建筑构件应该达到何种技术要求，技术标准体系 已经相对完善 。 墙、柱、门、窗、瓦、 但是 兼具发电功能的构件 ，原有构件标准是否完善，是否完全适用， 还要研究 。 以国家标准 建筑设计防火规范 GB 50016-2014 （ 2018版）为例。 20 1 应 全面 符合 8字方针 适 用 ✓ 与建筑模数协调； ✓ 安全性； ✓ 经济性； ✓ 热工属性； ✓ 通风和负荷影响； ✓ 楼宇控制； ✓ 屋面排水； ✓ 建筑 结构 强电 弱电 供暖空调 给排水 施工 应进一步完善建筑体系中的 标准、检测、认证制度 从特别关注满足国际标准、国际知名机构的检测与认证，转向还要满 足我国特色的工程建设行业的规定和习惯 1、 GB 50000系列，工程建设国家标准，住建部、国家标准委。 2、施工图审查制度 -设计师终身负责制。 4、建筑材料设备的见证取样检测、绿色建材认证、建筑施工验收制度 21 1 应 全面 符合 8字方针 经 济 用 高效、平价的光伏组件实现 经济、可靠的光伏系统 22 1 应 全面 符合 8字方针 美 观 多样化产品 、 与建筑师合作 ， 美观不美观多由建筑师 、投资人和业主决定 ， 不能只是制造商自说自话 。 23 2 转变观念 ◼ 光伏系统的性能化设计 ◆ 建筑可供安装太阳能的面积有限 ◆ 分析温度、入射角修正、负荷等因素影响 ◆ 功率还要和面积和安装位置结合起来，效率、日 /年平均效率或日 /年发电量 23 倾角 月份 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 1 0.61 0.82 0.9 0.94 0.96 0.97 0.97 0.97 0.97 0.97 2 0.79 0.88 0.92 0.95 0.96 0.96 0.97 0.96 0.96 0.95 3 0.89 0.93 0.95 0.96 0.96 0.96 0.96 0.95 0.93 0.89 4 0.94 0.95 0.96 0.96 0.96 0.95 0.94 0.91 0.86 0.78 5 0.96 0.96 0.97 0.96 0.96 0.95 0.92 0.88 0.79 0.65 6 0.96 0.96 0.96 0.96 0.95 0.94 0.91 0.85 0.75 0.55 7 0.97 0.97 0.97 0.97 0.96 0.95 0.92 0.87 0.79 0.62 8 0.96 0.97 0.97 0.97 0.97 0.96 0.95 0.91 0.86 0.75 9 0.94 0.95 0.96 0.97 0.97 0.97 0.96 0.95 0.92 0.88 10 0.88 0.93 0.95 0.96 0.97 0.97 0.97 0.96 0.95 0.94 11 0.76 0.87 0.93 0.95 0.97 0.97 0.98 0.98 0.97 0.97 12 0.46 0.77 0.89 0.94 0.96 0.97 0.98 0.98 0.98 0.98 北京地区不同安装倾角 下 每月入射角影响系数 RIA 24 2 转变观念 ◼ 建筑贡献率 ◆ 以建筑稳定的基本负荷作为主要目标，减少储能，以市电为备用电源； ◆ 公共建筑日间用电为主，具有优势； ◆ 商业电价高，补贴退出，平价或低价水平后，可能是非常好的应用方式。 0.0 5.0 10.0 15.0 20.0 25.0 30.0 35.0 40.0 45.0 50.0 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1月 1日 1月 2日 1月 3日 1月 4日 1月 5日 1月 6日 1月 7日 1月 8日 1月 9日 1月 10 日 1月 11 日 1月 12 日 1月 13 日 1月 14 日 1月 15 日 1月 16 日 1月 17 日 1月 18 日 1月 19 日 1月 20 日 1月 21 日 1月 22 日 1月 23 日 1月 24 日 1月 25 日 1月 26 日 1月 27 日 1月 28 日 1月 29 日 1月 30 日 1月 31 日 建筑耗电（ kWh/天 发电量（ kWh/天 贡献率 25 1 开展示范工程建设 选取典型地区、典型建筑开展示范工作，积累经验，为推广打下基础。 2 开展专项技术研究 对专项技术问题开展技术研究，形成成熟、完整、先进的技术体系。 3 开展标准规范编制 符合我国 建筑行业要求和习惯 的成套技术，标准规范体系，检测认证制度。 4 开展规模化推广 在全国各地有序开展规模化应用，实现我国建筑节能的更高水平发展。 一个对政策依赖性不强，靠市场需求发展起来的行业 必然有广阔的发展空间 以上问题的解决，需要国家的大力支持和产业的不断努力 26 “中国光伏行业协会光电建筑专业委员会”成立 随着光伏发电成本逐年下降 ， 我国光伏市场近年来持续快速发展 ， 而分布式光 伏发电凭借应用场景灵活 、 开发周期短等优势 ， 装机潜力巨大 ， 发展前景广阔 。 同 时近零能耗 、 零能耗等更高节能水平绿色建筑逐步应用和普及 ， 高效 、 智能化的光 伏发电系统成为新时期重要的建筑能源形式 ， 推动我国建筑从传统的耗能用户逐步 转向产能的光电建筑 。 为了促进光伏行业与建筑行业的深度融合 ， 更好地规范 、 引 导光电建筑市场的健康发展 ， 推动相关产品技术创新和质量提升 ， 中国光伏行业协 会拟筹备成立光电建筑专业委员会 ， 并于 2020年 2月 18日举办成立大会 。 敬请关注 27 中国建筑科学研究院有限公司 China Academy of Building Research 1953年成立 ， 全国建筑行业最大的综合性研究和开发机构 ， 我国最早从事建筑节能相关工作的研究机构 。 建筑环境与能源研究院 Institute of Building Environment and Energy 以建筑环境 、 建筑能源 、 建筑节能 、 绿色建筑 、 智能建筑等领域的应用研究和技术开发为主 ， 致力于解决暖通空调 、 建筑声光 热工程中的关键技术问题 。 技术水平在建筑节能应用领域居国内领先地位 ， 是国家建筑节能工作的重要技术支撑单位 。 在建筑节能 、 供暖空调 、 生物医药净化 、 建筑声环境 、 建筑光环境 、 可再生能源建筑应用 、 建筑幕墙门窗等领域有较高知名度 。 28 ◼ 承担国家科技研究项目 ◼ 研究编制国家级标准和规范 ◼ 建筑技术研发 ◼ 建筑设备和产品的设计和制造 ◼ 国家级建筑工程质量监督与检测 ◼ 城乡规划、建筑设计、技术咨询 ◼ 中国建筑节能政策、技术体系咨询 ◼ 北方地区冬季清洁取暖 IBEE科技创新 检测评估 标准 编制 技术 服务 标准与质检 住房城乡建设 部建筑环境与 节能标委会 全国建筑幕墙 门窗标委会 全国建筑节能 标委会 全国暖通空调 及净化设备标 委会 中国工程建设 标准化协会建 筑环境与节能 专委会 全国声学标委 会建声分会 标准化技术 委员会 B 1 B 4 B 3 B 2 国家空调质量监督检验中心 国家建筑幕墙门窗质量监督检验中心 国家太阳能热水器质量监督检验中心 国家建筑节能监督检验中心 国际化 国际标准化组织 /光与照明和建筑环境 设计联席官员 ISO/TC205amp;TC274 国际标准化组织 /建筑环境设计 ISO/TC205 加强学术和标准化工作的国际化 环能院承担 3个 国外机构中国代表、 5个 ISO/TCSC国内技术对口单位工作。 国际标准化组织 /制冷与空调 /空调 和热泵的测评 ISO/TC86/SC6 国际标准化组织 /空气和其他气 体的净化设备 ISO/TC142 国际能源署储能委员会 IEA-ECES 中国国家代表 国际能源署太阳能供热制冷委员 会 IEA-SHC中国国家代表 国际照明委员会 CIE第五分部 室外照明委员会中国代表 国际标准化组织 /太阳能技术委员会 / 太阳能系统分委会 ISO/TC180/SC4/p