太阳能建筑一体化分析

太阳能建筑一体化分析能源系统之间的交互性、 相互依赖性正在增加， 能源系统和其他系统例如建筑围护结构、数据信息系统的整合集成也在增加。能源系统集成包括效率分析、设计和这些交互的控制，以及技术、经济、管理、社会方面的相互依赖性。从多种途径和角度聚焦于能源系统的优化， 我们能更好的理解和利用潜在的协同效益，增加可靠性和性能， 减少费用， 减少环境影响。 本文将从太阳能建筑一体化原则、存在的问题、行业发展前景等多方面进行探讨，并给出相应的建议。一、太阳能建筑一体化应用原则太阳能建筑一体化不是简单的相加，而是根据节能、环保、安全、美观和经济实用的总体要求， 将光热、 光电作为建筑的一种体系进入建筑领域， 纳入建设工程基本建设程序， 同步设计、 同步施工、 同步验收， 与建设工程同时投入使用。同步后期管理， 使其成为建筑有机组成部分的一种理念、 一种设计、 一种工程的总称。其应考虑以下原则。1.1 光热(1) 采用建筑光热一体化技术的建筑所在区域应具备利用太阳能的自然和场地条件。(2) 其设计应纳入建筑规划与建筑设计，统一规划、设计，根据建筑物的使用功能、建筑学设计、建筑结构设计、给排水设计、暖通空调设计、气象条件、介质供应条件，经综合技术经济分析，选择其形式、构造和材料。(3) 其立面分格宜与室内空间组合相适应，不应影响室内功能和视觉，应与建筑外观形式协调。(4) 宜与建筑供水、供暖和供热水体系一体化设计建设。(5) 太阳集热器要求南向安装，设计时应充分利用建筑的屋面、屋脊、南立面、女儿墙、阳台、雨蓬等进行集热器的布置与安装。(6) 光热系统中的设备及介质的总重量，应纳入幕墙和建筑主体结构计算的荷载之中。(7) 太阳热水系统设计应进行经济技术分析，充分考虑客户使用、施工安装和维护要求，符合节约用地、节约用水、环境保护等有关规定。1.2 光伏(1) 绿色建筑设计理念：太阳能建筑一体化设计应以不损害和影响建筑的效果、结构安全、功能和使用寿命为基本原则；同时建筑具有独特的美学形式， PV板的比例和尺度与建筑的功能相吻合， PV 板的颜色和肌理与建筑的整体风格相统一。(2) 传统建筑构造与太阳能工程技术的集成：将光伏应用技术纳入建筑设计全过程，以达到建筑设计美观、实用、经济的要求，巧妙地将光伏系统的各个部件融入建筑之中一体设计， 使太阳能系统成为建筑组成不可分割的一部分， 达到与建筑物的完美结合。(3) 全过程协同控制：要发展光伏与建筑集成化系统，必须与建筑材料、建筑设计、建筑施工等相关方面紧密配合，共同努力，才能成功。(4) 与外围护结构的智能结合：建筑光伏系统集成在外围护结构中时，要考虑绿色建筑的保温、通风、采光、遮阳技术要求，同时考虑光伏系统的特性，使各个系统的协同效益最大化。(5) 生命周期内的社会与经济费用分析：从社会效益和经济效益等方面综合考虑建筑光伏系统的建设成本、运营成本、外部效益。1.3 太阳能与建筑一体化适用对 象(1) 适用于新建绿色建筑，与建筑同步设计、施工。(2) 适用于民用、工业建筑，包括各种建筑结构类型。(3) 适用于进行建筑节能改造、绿色建筑改造项目。二、存在的问题及建议2.1 光热目前持续不景气的宏观经济环境， 调控依旧严格的房产市场等客观因素都给整个光热行业的发展带来了诸多的不利， 另外城市建筑太阳能一体化应用的技术瓶颈也限制了其在大中型城市的推广应用。 但十二五期间绿色城区、 绿色建筑的快速发展， 能效等级的落地实施， 节能惠民补贴的政策等利好消息也在振奋着行业不断向前发展。中国是世界上生产太阳能热水器集热面积最大的国家，但是，目前中国的太阳能热水器只是太阳能光热技术的初级阶段， 普通住宅使用的太阳能热水器还只适用于农村及小城镇市场 , 在大中城市的多高层建筑应用还存在规划设计、 产品研发等诸多问题， 具体在太阳能建筑一体化应用方面， 仍然存在较大的系统集成技术瓶颈， 如建筑一体化中的太阳能平板技术的研发、 太阳能中温水替代常规能源的技术、 太阳能高温水热发电技术的应用等， 将是未来中国太阳能光热行业的发展新趋势。传统太阳能光热行业的竞争主要集中在价格战领域， 很多企业热衷于炒作概念， 缺乏实质性的技术创新和服务创新。 随着市场竞争升级， 国内正在经历一场行业洗牌格局， 太阳能光热行业由价格战向技术战转型成为行业发展的必然趋势，一些企业通过技术战的形式， 站在太阳能光热行业的国际前沿技术角度， 不断研发创新出最先进的技术， 从而引领整个行业的快速转型， 并整体构建中国太阳能光热行业的核心技术竞争力。2.2 光伏虽然光伏建筑一体化有高效、经济、环保等诸多优点，并已在世博场馆和多个示范工程上得以运用，但此类建筑还未进入寻常百姓家，成片使用该技术的民宅社区还很少见。这是由于我国光伏发电与发达国家相比，总体上还存在相当大的差距，这些差距表现在技术水平、产业。2.2.1 技术方面晶体硅高效电池方面，国际发达国家商业化效率已达 20%以上，我国仍处于空白状态；薄膜电池方面，非晶硅 / 微晶硅叠层电池和国际上有差距，国际上已经产业化的碲化镉薄膜和铜铟镓硒薄膜电池， 在我国还没有商业化生产线； 新型电池仍然没有掌握国际上已经产业化的薄膜硅 / 晶体硅异质结电池、高倍聚光电池、 柔性电池的中试和生产技术， 染料敏化电池也需要向实用产品发展。 在全光谱电池、黑硅电池等前沿技术研究方面，也与国际水平存在一定差距。光伏系统方面， 在大型并网光伏电站、 光伏微网、 区域建筑光伏系统及光伏直流并网系统等光伏大规模利用的设计集成、 关键设备、 功率预测和并网技术方面与国外先进技术水平有一定差距，综合利用方面还缺少经验。另外在工程应用方面， 我国还没有建立详尽、 完整、 系统的太阳能资源数据库， 没有针对太阳能的开发和利用资源普查、 精查和分析评估； 太阳能光伏系统的相关标准规范还不完善， 特别是建筑光伏一体化系统设计、 工程验收、 光伏系统的运行、维护和管理规范；尚未建立综合、长效的光伏人才培训体系；尚未建立适应于光伏市场规模、可持续发展的投融资体系和机制。2.2.2 产业方面近几年来， 我国光伏产业发展迅速， 产业规模和技术水平都有相应提高。 但同发达国家相比， 仍存在很大差距， 如太阳能硅材料及关键配套材料国产化程度不高， 品种不全。 我国具有自主知识产权的规模化多晶硅生产工艺研发及装备制造仍处于起步阶段， 在生产成本、 产品质量、 综合利用等方面与国际先进水平仍存在明显差距。 我国太阳电池关键配套材料产业的发展也相对落后， 一些关键配套材料， 如银浆、 银铝浆材料、 TPT背板材料、 EVA封装材料等还大量依赖进口，必须加快技术研发， 提高质量， 实现关键配套材料的国产化， 进一步降低太阳电池生产成本。光伏产业链存在上游小、 下游大的不平衡状态， 产品设备设计水平和制造能力落后。 晶体硅电池部分关键生产设备性能与国际先进水平存在相当差距， 成套生产线自动化程度低； 薄膜电池的关键设备和生产线主要依靠进口。 缺乏国产化整线集成解决方案。 这些差距跟研发基础和工业基础薄弱有关， 企业通过引进消化吸收能够在段时间内建立起现代光伏产业， 但配套的专业材料和设备一时还跟不上。2.2.3 建议要推进太阳能与建筑一体化建设， 要完善政策法规， 应及时出台有关的配套措施， 加大对太阳能和建筑一体化的政策支持力度。 要通过经济杠杆的作用， 调动开发商的积极性。 加强技术研发， 解决光伏电池与建筑结合的安全性和散热性、光热部件的安全性问题， 提供系统集成及智能化程度， 提高其经济效益。 加强人才建设，培养大量相应的建筑设计人才。由于太阳能产业涉及光学、电磁学、机械、 建筑等学科， 对产品开发设计、 太阳能建筑一体化工程施工安装人员的专业素质要求都较高， 专业人才的培养是产业发展的必经之路。 使用全寿命周期成本，对工程进行经济评价和社会评价。 过去， 我们在计算成本时没有把对整个环境的破坏等算进去， 包括对生态环境的影响。 太阳能光伏发电技术还处于前期示范阶段，经济效益可能一般，但社会效益会十分显著，随着社会的发展，这种技术的推广规模将会进一步扩大，经济效益将会得到进一步的提升，并发挥综合效益，消费成本会逐渐降低。 使用全寿命周期低成本的太阳能建筑， 对改善我国能源结构、节约能源、保护环境、实现经济社会的可持续发展、保障能源安全以及建立环境友好型社会都有重要意义。在其推广过程，政府应该给予相关的政策扶持。太阳能本身是不需成本的，随着技术难题的攻克，成本会越来越低。三、前景展望3.1 中国的可持续发展战略我国建筑面积每年以 20 亿 m2的速度增加，预计到 2020 年还将新增 300 亿m2。从数量上讲，建筑能耗已接近全社会总能耗的 1/3 ，并且随着我国城市化进程的加快， 建筑能耗将继续保持增长趋势。 加快可再生能源在建筑领域中的规模化应用，是降低建筑能耗、调整建筑用能结构的主要措施之一。 《可再生能源中长期发展规划》中提出“建设与建筑物一体化的屋顶太阳能并网光伏发电设施，到 2020 年，全国建成 2 万个屋顶光伏发电项目，总容量 100 万 KW。 ”2009 年财政部、住房和城乡建设部下发《关于加快推进太阳能光电建筑应用的实施意见》 ，明确提出“中央财政安排专门基金，对符合条件的光伏建筑应用示范工程予以补助” ，全面启动“太阳能屋顶计划” 。 2012 年 3 月 27 日，中华人民共和国科学技术部以国科发计 [2012]198 号印发《太阳能发电科技发展“十二五”专项规划》 ， 2012 年 9 月 13 日，国家能源局印发《太阳能发电发展“十二五”规划》 。 ， 《关于加快推动我国绿色建筑发展的实施意见》 ( 财建 [2012]167号 ) 均将太阳能建筑一体化技术作为重要方向和途径来实现中国的可持续发展战略，并给出了相当的政策优惠，通过产业投入、财政优惠、标准规范建设来促进中国的太阳能建筑一体化的发展。3.2 中国的经济发展2009 年，中国 GDP总量达到 51.9 万亿元人民币， GDP增长率为 7.8%；全社会固定资产投资完成 36.5 万亿元，同比增长 20.6%；全年全国房地产开发投资7.2 万亿元， 同比增长 16.2%； 改革开放 30 年来， 中国的经济发展取得了举世瞩目的成就，为中国发展太阳能建筑一体化奠定了基础。3.3 中国太阳能产业的发展2012 年，我国太阳能热水器年生产量约为 44730MW，比上年增长约 11%，根据太阳能专业研究机构 Solarbuzz 提供的数据， 2012 年中国光伏装机容量约为4.5GW， 较之 2011 年的 2.89GW增长 55.7%。 在 2013 年初的全国能源工作会议上，国家能源局确立了今年中国光伏发电装机 10GW的目标，年初发布的《国务院关于印发能源发展“十二五”规划的通知》 ( 以下简称《规划》 ) ， “十二五”光伏发电装机容量目标为 21GW。中国光热、光伏产业的发展，为太阳能建筑一体化的发展提供了强大的生产保障。3.4 行业发展前景展望近年来， 我国太阳能技术得到了长足的发展， 而且随着建筑节能减排、 绿色建筑的快速发展， 太阳能建筑一体化的应用迎来了春天。 我国的建筑众多， 建筑构造如果充分考虑环境能源技术并运用既环保又能发电的太阳能建筑组件， 将会有力促进太阳能一体化建筑在我国的发展。 借鉴欧洲、 日本、 美国等国家的经验，在建筑主体的设计前阶段， 将太阳能的利用与建筑设计融合于一体的做法是值得肯定和期待的模式。 太阳能建筑一体化和并网发电最终会成为中国太阳能应用的主要形式，中国未来在太阳能建筑一体化领域的发展空间巨大。我国现有 500亿 m2的建筑中， 130 多亿 m2要进行节能改造。要实现这一目标，必然要采用包括太阳能照明、 太阳能建筑一体化系统 ( 太阳能瓦、 玻璃幕墙等 ) 等节能技术和设备。 太阳能建筑一体化市场发展前景十分广阔。 太阳能技术正从示范工程应用逐步向工程化规模应用发展。