1,前言
能源的緊缺提出了對(duì)可再生能源的需求，而太陽(yáng)能作為一種可以在任何太陽(yáng)存在的地方都可以使用的能源受到廣泛的關(guān)注，它的使用已經(jīng)從最初在邊遠(yuǎn)地區(qū)和缺電地區(qū)的使用，逐漸的轉(zhuǎn)移到發(fā)達(dá)國(guó)家城市的使用；從簡(jiǎn)單的使用和安裝太陽(yáng)電池板，到現(xiàn)在能夠把太陽(yáng)電池板和建筑進(jìn)行比較好的結(jié)合，使得太陽(yáng)能光伏發(fā)電得到更廣闊的發(fā)展空間，“光伏發(fā)電與建筑物集成化”（Building- integrated photovoltaics）的概念在1991年被正式提出[1]。
由于太陽(yáng)光伏發(fā)電可以和建筑很好的結(jié)合，使得其在城市中得到很大的發(fā)揮作用。一般來說將太陽(yáng)電池組件安裝在住房或建筑物的屋頂，引出端經(jīng)過控制器及逆變器與公共電網(wǎng)連接，由光伏方陣及電網(wǎng)并聯(lián)向用戶供電，這就組成了戶用并網(wǎng)光伏系統(tǒng)[2]。它具有調(diào)峰、環(huán)保的功能。另外也可以用太陽(yáng)光伏發(fā)電的玻璃幕墻代替普通的幕墻玻璃，這樣即可以做建材又可以發(fā)電，進(jìn)一步降低光伏發(fā)電的成本，非常獨(dú)特，成為城市里一道美麗的風(fēng)景線。也可以直接用電池組件做建筑材料。比如說將單晶、多晶封裝到瓦狀的電池板中，用來做屋頂
光伏發(fā)電系統(tǒng)主要有兩種：獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)和并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)。在近幾年的光伏建筑體系中，并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)是主要的發(fā)展方向，它可以節(jié)省了蓄電池的費(fèi)用；通過研究理想的最大功率轉(zhuǎn)換追蹤控制技術(shù)，也將降低太陽(yáng)電池并網(wǎng)發(fā)電的成本。太陽(yáng)能光伏并網(wǎng)發(fā)電正由過去的補(bǔ)充式能源向替代式能源發(fā)展。《中華人民共和國(guó)可再生能源法》的規(guī)定，國(guó)家鼓勵(lì)發(fā)展可再生能源，每個(gè)地區(qū)的電網(wǎng)公司應(yīng)當(dāng)無條件地將當(dāng)?shù)乜稍偕茉窗l(fā)的電全額高價(jià)“收編”到電網(wǎng)，并將其成本在整個(gè)電網(wǎng)中平攤，最終由電力消費(fèi)者擔(dān)負(fù)。我國(guó)并網(wǎng)光伏分額約占總光伏市場(chǎng)的4％左右。光伏建筑的并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)一般都是示范的項(xiàng)目，真正的商業(yè)化的運(yùn)作還極少。
2 國(guó)內(nèi)外太陽(yáng)能光伏建筑一體化的發(fā)展情況
近年來，光伏建筑物一體化已經(jīng)成為研究開發(fā)的熱點(diǎn)，也出現(xiàn)了大量的成功示范工程并開始大規(guī)模采用。光伏發(fā)電與建筑相結(jié)合具有節(jié)約占地，提高發(fā)電效率，減少輸電線路的投資和損失，替代或部分替代建筑材料等優(yōu)點(diǎn)。
BIPV系統(tǒng)按照光伏系統(tǒng)和建筑結(jié)合形式主要可以分為：（1）光伏屋頂結(jié)構(gòu)（PV-ROOF），太陽(yáng)能屋頂發(fā)電，在整個(gè)BIPV中，屋頂發(fā)電占3/4。這主要是因?yàn)槲蓓斢懈嗍芄饷娣e，方便太陽(yáng)電池組件的安裝；（2）光伏幕墻結(jié)構(gòu)（PV- WALL），現(xiàn)代高層建筑，幾乎都是被玻璃幕墻，或者鋁塑幕墻所包裹。所以用太陽(yáng)能幕墻代替原來的幕墻已經(jīng)成為BIPV的一道亮麗的風(fēng)景線[3-4]。BIPV系統(tǒng)一般由光伏陣列（太陽(yáng)電池組件）、墻面或屋頂和冷卻空氣通道、支架等組成。對(duì)于一個(gè)完整的BIPV系統(tǒng)，還應(yīng)該有另外一些設(shè)備負(fù)載、蓄電池、逆變器、系統(tǒng)控制等。與建筑相結(jié)合的光伏系統(tǒng)，可以作為獨(dú)立電源供電或者以并網(wǎng)的方式供電。當(dāng)一個(gè)BIPV系統(tǒng)參與并網(wǎng)時(shí)，可以不需要蓄電池，但需有與電網(wǎng)聯(lián)入裝置，而并網(wǎng)發(fā)電是當(dāng)今光伏應(yīng)用的新趨勢(shì)。將光伏組件安裝在住房或建筑物的屋頂或外墻，引出端經(jīng)過控制器及逆變器與公共電網(wǎng)相連接，由光伏方陣及電網(wǎng)并聯(lián)向用戶供電，這就組成了戶用并網(wǎng)光伏系統(tǒng)。由于其全部或基本不用蓄電池，造價(jià)大大降低，并且除了發(fā)電以外還具有調(diào)峰、環(huán)保和代替某些建材的多種功能，因而是光伏發(fā)電步入商業(yè)應(yīng)用并逐步發(fā)展成為基本電源之一的重要方式。
建筑能耗大約占各國(guó)總能耗的1/3，光伏與建筑結(jié)合可以有效地減少建筑能耗[5]，不論從建筑、技術(shù)或經(jīng)濟(jì)角度出發(fā)，太陽(yáng)能光伏與建筑一體化均有諸多優(yōu)點(diǎn)：（1）可以有效利用圍護(hù)表面（屋頂和墻面），無需額外用地或加建其他設(shè)施，節(jié)省了土地資源這對(duì)于人口密集、土地昂貴的城市建筑有尤為重要；（2）可原地發(fā)電、原地使用，可節(jié)約電站送電網(wǎng)的投資和減少輸電、分電損耗[6-7]；（3）通常夏季由于空調(diào)、制冷等設(shè)備的使用，形成用電高峰，而這時(shí)也是光伏方陣發(fā)電最多的時(shí)期，BIPV系統(tǒng)除保證自身建筑內(nèi)用電外，還可以向電網(wǎng)供電，從而舒緩高峰電力需求，解決電網(wǎng)峰谷供需矛盾，具有極大的社會(huì)效益；（4）由于光伏陣列安裝在屋頂和墻面上，并直接吸收太陽(yáng)能，避免了墻面溫度和屋頂溫度過高，因此可以改善室內(nèi)溫度，并且降低空調(diào)負(fù)荷[8-10]；（5）利用太陽(yáng)能光伏發(fā)電減少了一般由于化石燃料發(fā)電所帶來的嚴(yán)重空氣污染，這對(duì)于環(huán)保要求更高的今天和未來極為重要；（6）在建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)上安裝光伏陣列[11-13]，可推動(dòng)光伏組件的應(yīng)用和批量生產(chǎn)，進(jìn)一步降低其市場(chǎng)價(jià)格；（7）如把光伏電池陣列墻作為建筑物的玻璃幕墻，可減少建筑物的整體造價(jià)。當(dāng)然，對(duì)光伏器件來說，同時(shí)還應(yīng)具有建材所要求的絕熱保溫、電氣絕緣、防水防潮且具有一定強(qiáng)度及剛度，若作為窗戶材料，還要有一定的透明度等。
《京都協(xié)定書》的簽訂標(biāo)志人類正向可持續(xù)發(fā)展的方向努力。西方發(fā)達(dá)國(guó)家已經(jīng)充分觀注到化石能源的短缺和由此帶來的環(huán)境污染對(duì)世界經(jīng)濟(jì)發(fā)展所帶來的壓力，都在大力開發(fā)潔凈的可再生能源。然而真正開始光伏發(fā)電的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的歷史并不算太長(zhǎng)，產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)相對(duì)其他成熟能源工業(yè)非常薄弱，因此，為了扶持和促進(jìn)光伏產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，很多國(guó)家都制定了相關(guān)的激勵(lì)政策用于鼓勵(lì)產(chǎn)業(yè)界以及科技界對(duì)光伏產(chǎn)業(yè)的投入。在太陽(yáng)能光伏利用方面，發(fā)達(dá)國(guó)家以光伏建筑一體化并網(wǎng)發(fā)電為基本形式，對(duì)太陽(yáng)能的推廣十分奏效。
德國(guó)政府于2000年首先頒布《可再生能源法》，2001年光伏發(fā)電在德國(guó)國(guó)內(nèi)的安裝量達(dá)到2000年的230%，2003年又公布《可再生能源促進(jìn)法》，由此引發(fā)了德國(guó)光伏發(fā)展的新一輪高峰期，2004年德國(guó)光伏發(fā)電總量達(dá)到501GWh，可再生能源發(fā)電占總發(fā)電量的9.3%。德國(guó)、日本光伏推廣模式都非常成功，值得借鑒。這兩個(gè)國(guó)家發(fā)展的基本思路是將晶體硅太陽(yáng)電池作為主導(dǎo)產(chǎn)品，并采用屋頂計(jì)劃和并網(wǎng)發(fā)電的基本形式，發(fā)展的主要推動(dòng)力是政府的光伏發(fā)電補(bǔ)貼政策和銀行貸款的激勵(lì)機(jī)制。如德國(guó)政府帶頭利用太陽(yáng)能，像柏林的議會(huì)大廈、柏林火車站等許多公共設(shè)施與場(chǎng)所，都大量采用光伏發(fā)電設(shè)備。
而我國(guó)的香港、深圳等城市也在公共建筑上安裝光伏示范系統(tǒng)，如香港科技園、深圳園博會(huì)等。其中深圳園博會(huì)光伏功率達(dá)到1MW規(guī)模，是目前我國(guó)最大的光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)。
國(guó)外著名BIPV光伏建筑
3 我們的工作
林洋新能源有限公司于2006年中期，從美國(guó)GT Solar公司引進(jìn)了BIPV光伏玻璃幕墻生產(chǎn)線一條。目前可以生產(chǎn)尺寸大小：長(zhǎng)寬3.3m×2.5m、厚度4~20mm的雙面玻璃光伏組件。目前該型BIPV光伏玻璃幕墻生產(chǎn)線全世界只有兩條，另外一條在英國(guó)。
涂助焊劑設(shè)備
林洋新能源有限公司于2007年初開始研究大面積低彎曲超薄型雙面照光太陽(yáng)能電池的制作方法。我們?cè)谝槐⌒蚉硅片上，使用N雜質(zhì)擴(kuò)散工藝制備N型表面摻雜層，用以形成發(fā)射區(qū)或表面場(chǎng)。利用絲網(wǎng)印刷工藝將含鋁漿料按預(yù)設(shè)圖形壓印在硅片表面上，再在其后的燒結(jié)工藝中將鋁作為摻雜物質(zhì)擴(kuò)散進(jìn)硅片中，以此制備成預(yù)設(shè)的P型摻雜區(qū)域，用以形成發(fā)射區(qū)或表面場(chǎng)。硅片的表面可以是制成絨面狀的或沒有制成絨面狀的，并在正反兩表面都覆蓋有氮化硅或氧化硅等一層或復(fù)層介電物質(zhì)用以形成減反射和鈍化膜。金屬電極的制備工藝采用成熟的絲網(wǎng)印刷技術(shù)將相應(yīng)的金屬漿料按預(yù)設(shè)圖形分別壓印在硅片的正反表面上，再在其后的燒結(jié)工藝中形成導(dǎo)電電極并和硅片表面預(yù)設(shè)區(qū)域形成電導(dǎo)接觸。這種新型制作方法只在電池背面的局部區(qū)域使用了金屬化，可實(shí)現(xiàn)電池的雙面照光，減少大面積超薄型硅片的彎曲，并利用氮化硅或氧化硅薄膜對(duì)電池的背表面作鈍化而提高了高轉(zhuǎn)換效率。
雙面照光太陽(yáng)電池組件可以作為一種新型建筑材料用于光伏建筑一體化，具有采光面積大、發(fā)電功率峰值分布較寬、外形新穎美觀等優(yōu)點(diǎn)。
4 光伏建筑一體化未來展望
本世紀(jì), 能源短缺和環(huán)境污染兩大問題對(duì)世界經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的影響十分突出。大力推廣太陽(yáng)能、風(fēng)能等可再生潔凈能源是解決這兩大難題最有效的方法之一。太陽(yáng)能是清潔、安全、取之不盡的可再生能源，充分開發(fā)利用太陽(yáng)能是世界各國(guó)政府可持續(xù)發(fā)展的能源戰(zhàn)略決策。利用太陽(yáng)能光伏發(fā)電近期可解決特殊應(yīng)用領(lǐng)域的需要，作為常規(guī)能源的補(bǔ)充；遠(yuǎn)期將大規(guī)模應(yīng)用，逐步替代常規(guī)化石能源。據(jù)權(quán)威預(yù)測(cè)，到2030年光伏發(fā)電在世界總發(fā)電量中將占到5-10％。
近幾年在一些發(fā)達(dá)國(guó)家“零能房屋”得到了一定的發(fā)展，即完全由太陽(yáng)能光斷轉(zhuǎn)換裝置提供建筑物所需要的全部能源消耗，真正做到清潔、無污染，它代表了21世紀(jì)太陽(yáng)能建筑的發(fā)展趨勢(shì)，許多國(guó)家的政府（如美國(guó)，德國(guó)）都指定了太陽(yáng)能在國(guó)家總能源消耗中的所占比例應(yīng)超過20％的計(jì)劃。發(fā)達(dá)國(guó)家光伏項(xiàng)目的成功實(shí)施也為我國(guó)的光伏發(fā)展提供了許多值得借鑒的經(jīng)驗(yàn)，對(duì)德國(guó)和日本等國(guó)的可再生能源的政策和技術(shù)進(jìn)行深入的了解，對(duì)我國(guó)太陽(yáng)能光伏產(chǎn)業(yè)的發(fā)展具有十分重要的意義。由于目前國(guó)內(nèi)還不能有償并網(wǎng)，導(dǎo)致我國(guó)的太陽(yáng)能光伏發(fā)電市場(chǎng)發(fā)展遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于德國(guó)、日本、美國(guó)等發(fā)達(dá)國(guó)家。2006年1月1日，《中華人民共和國(guó)可再生能源法》正式實(shí)施。該法案將太陽(yáng)能發(fā)電并網(wǎng)合法化，并規(guī)定了電網(wǎng)必須收購(gòu)太陽(yáng)能電力，這將給中國(guó)的新能源產(chǎn)業(yè)，尤其是太陽(yáng)能光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)打開國(guó)內(nèi)市場(chǎng)的大門。
從發(fā)展觀念和經(jīng)濟(jì)實(shí)力分析來看，在太陽(yáng)能光伏示范推廣方面，上海、江蘇和廣東有望像發(fā)展經(jīng)濟(jì)和高技術(shù)產(chǎn)業(yè)一樣走在國(guó)內(nèi)的前面。在世界自然基金會(huì)和上海市經(jīng)委的支持下，上海交通大學(xué)崔容強(qiáng)教授根據(jù)上海的情況，因地制宜的制定了“上海十萬個(gè)太陽(yáng)能屋頂計(jì)劃”。
2008北京 奧運(yùn)會(huì) 、2010年上海世博會(huì)及2010年廣州亞運(yùn)會(huì)等，都應(yīng)該成為我國(guó)太陽(yáng)能利用大規(guī)模示范的理想場(chǎng)所，若干個(gè)5-10MW的光伏發(fā)電規(guī)模無論如何應(yīng)該能在3-5年內(nèi)能夠?qū)崿F(xiàn)。通過大規(guī)模的工程示范，既可充分展示我國(guó)太陽(yáng)能技術(shù)的水平，也能從中發(fā)現(xiàn)與發(fā)達(dá)國(guó)家的發(fā)展差距，為大規(guī)模利用太陽(yáng)能積累實(shí)際經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)數(shù)據(jù)，這對(duì)我國(guó)太陽(yáng)能企業(yè)的發(fā)展是非常重要的。
參 考 文 獻(xiàn)
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陳維1，2，沈輝2， 褚玉芳3，云飛1，黃龍星1
（1．江蘇林洋新能源有限公司；2.中山大學(xué)太陽(yáng)能系統(tǒng)研究所;
3.宜春學(xué)院物理科學(xué)與工程技術(shù)學(xué)院）
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