在21世紀的新能源技術(shù)中有兩大能源優(yōu)先發(fā)展：太陽(yáng)光伏發(fā)電與核聚變。太陽(yáng)光伏發(fā)電是到目前為止最長(cháng)壽、最清潔的發(fā)電技術(shù)。光伏發(fā)電對世界能源需求將會(huì )做出重大貢獻的兩個(gè)領(lǐng)域是提供住戶(hù)用電和用于大型中心電站的發(fā)電。前者將對現代建筑的發(fā)展產(chǎn)生重大的影響。太陽(yáng)光伏發(fā)電系統只涉及到半導體封裝器件，不消耗常規能源，無(wú)運動(dòng)機械部件，無(wú)污染，無(wú)噪聲，維護方便，發(fā)電容量可任意選擇。

　　光伏—建筑一體化（BIPV）提出了“建筑物產(chǎn)生能源”的新概念，即建筑物與光伏發(fā)電的集成化，在建筑物的外圍護結構表面上布設光伏陣列產(chǎn)生電力。

　　BIPV系統可以劃分為兩種形式：光伏屋頂結構（PV�睷OOF）和光伏墻結構（PV�瞁ALL）。BIPV系統一般由光伏陣列（電池板）、墻面（屋頂）和冷卻空氣流道、支架等組成。

　　對于一個(gè)完整的BIPV系統，還應該有另外一些設備：負載、蓄電池、逆變器、系統控制、濾波保護等裝置。當一個(gè)BIPV系統參與并網(wǎng)時(shí)，則不需蓄電池，但需有與電網(wǎng)的聯(lián)入裝置。

　　一　光伏—建筑一體化（BIPV）的形式與特點(diǎn)

　　在80年代，光伏地面系統除大量用于偏僻無(wú)電地區、游牧家庭、航海燈塔、孤島居民供電以及某些特殊領(lǐng)域外，已開(kāi)始進(jìn)入一般單獨用戶(hù)、聯(lián)網(wǎng)用戶(hù)和商業(yè)建筑。進(jìn)入90年代后，隨著(zhù)常規能源的日益枯竭而引起的發(fā)電成本上升和人們環(huán)境意識的日益增強，一些國家紛紛開(kāi)始實(shí)施、推廣BIPV系統。

　　光伏與建筑的結合有兩種方式：一種是建筑與光伏系統相結合；另外一種是建筑與光伏器件相結合。

　　1　建筑與光伏系統相結合

　　把封裝好的的光伏組件（平板或曲面板）安裝在居民住宅或建筑物的屋頂上，再與逆變器、蓄電池、控制器、負載等裝置相聯(lián)。光伏系統還可以通過(guò)一定的裝置與公共電網(wǎng)聯(lián)接。

　　2　建筑與光伏器件相結合

　　建筑與光伏的進(jìn)一步結合是將光伏器件與建筑材料集成化。一般的建筑物外圍護表面采用涂料、裝飾瓷磚或幕墻玻璃，目的是為了保護和裝飾建筑物。如果用光伏器件代替部分建材，即用光伏組件來(lái)做建筑物的屋頂、外墻和窗戶(hù)，這樣既可用做建材也可用以發(fā)電，可謂物盡其美。對于框架結構的建筑物，可把其整個(gè)圍護結構做成光伏陣列，選擇適當光伏組件，既可吸收太陽(yáng)直射光，也可吸收太陽(yáng)反射光。目前已經(jīng)研制出大尺度的彩色光伏模塊，可以實(shí)現以上目的，還可使建筑外觀(guān)更具魅力。

　　把光伏器件用做建材，必須具備建材所要求的幾項條件：堅固耐用、保溫隔熱、防水防潮、適當的強度和剛度等性能。若是用于窗戶(hù)、天窗等，則必須能夠透光，就是說(shuō)既可發(fā)電又可采光。除此之外，還要考慮安全性能、外觀(guān)和施工簡(jiǎn)便等因素。

　　用光伏器件代替部分建材，在將來(lái)隨著(zhù)應用面的擴大，光伏組件的生產(chǎn)規模也隨之增大，則可從規模效益上降低光伏組件的成本，有利于光伏產(chǎn)品的推廣應用，所以存在著(zhù)巨大的潛在市場(chǎng)。

　　從建筑、技術(shù)和經(jīng)濟角度來(lái)看，光伏—建筑一體化有以下諸多優(yōu)點(diǎn)：①聯(lián)網(wǎng)系統光伏陣列一般安裝在閑置的屋頂或墻面上，無(wú)需額外用地或增建其他設施，適用于人口密集的地方使用。這對于土地昂貴的城市建筑尤其重要。②可原地發(fā)電、原地用電，在一定距離范圍內可以節省電站送電網(wǎng)的投資。對于聯(lián)網(wǎng)戶(hù)用系統，光伏陣列所發(fā)電力既可供給本建筑物負載使用，也可送入電網(wǎng)。在陰雨天、夜晚或光強很小的時(shí)候，負載可由電網(wǎng)供電。由于有光伏陣列和公共電網(wǎng)共同給負載供應電力，增加了供電的可靠性。③夏季，處于日照時(shí)，由于大量制冷設備的使用，形成電網(wǎng)用電高峰。而這時(shí)也是光伏陣列發(fā)電最多的時(shí)候。BIPV系統除保證自身建筑用電外，還可以向電網(wǎng)供電，從而緩解高峰電力需求。④由于光伏陣列安裝在屋頂和墻壁等外圍護結構上，吸收太陽(yáng)能，轉化為電能，大大降低了室外綜合溫度，減少了墻體得熱和室內空調冷負荷，既節省了能源，又利于保證室內的空氣品質(zhì)。 ⑤避免了由于使用一般化石燃料發(fā)電所導致的空氣污染和廢渣污染，這對于環(huán)保要求嚴格的今天與未來(lái)更為重要。⑥由于光伏電池的組件化，光伏陣列安裝起來(lái)很簡(jiǎn)便，而且可以任意選擇發(fā)電容量。⑦在建筑圍護結構上安裝光伏陣列，可以促進(jìn)PV部件的大規模生產(chǎn)，從而能夠進(jìn)一步降低PV部件的市場(chǎng)價(jià)格，這對于BIPV系統的廣泛應用有著(zhù)極大的推動(dòng)作用。

　　二　BIPV系統的發(fā)展趨勢

　　在能源和環(huán)保壓力的促進(jìn)下，太陽(yáng)能光伏技術(shù)已逐步成為國際社會(huì )走可持續發(fā)展道路的首選技術(shù)之一。事實(shí)已經(jīng)證明，對于幾kW以下的系統，采用太陽(yáng)光伏發(fā)電是最為理想的。光伏（PV）技術(shù)除傳統的單獨用戶(hù)及特殊領(lǐng)域應用外，正在向高水平和大規模方向發(fā)展。BIPV的聯(lián)網(wǎng)發(fā)電已成為近年來(lái)PV應用的主要方向和熱點(diǎn)。聯(lián)合國能源機構最近發(fā)布的調查報告顯示，BIPV將成為21世紀的市場(chǎng)熱點(diǎn)，太陽(yáng)能建筑業(yè)將是21世紀最重要的新興產(chǎn)業(yè)之一。各國一直在通過(guò)改進(jìn)工藝、擴大規模、開(kāi)拓市場(chǎng)等，大力降低光伏電池的制造成本和提高其發(fā)電效率。

　　近年來(lái)，世界光伏市場(chǎng)發(fā)生了很大變化：由過(guò)去的農村獨立運行（提水、照明等）和通訊設備、衛生保健、導航浮標等領(lǐng)域轉向并網(wǎng)發(fā)電和與建筑物結合的常規供電；開(kāi)始由作為補充性能源逐步向替代性能源過(guò)渡�，F在分別介紹一下不同國家的發(fā)展情況。

　　1　美國

　　1993年6月，美國能源部和國立再生能源實(shí)驗室簽定五年合同，實(shí)施“PV：BONUS”計劃，耗資2 500萬(wàn)美元發(fā)展與建筑相結合的光伏產(chǎn)品，即建筑幕墻光伏器件和大型屋頂光伏組件等。

　　為了促進(jìn)美國光伏產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，降低光伏發(fā)電成本以及節約能源和保護環(huán)境，美國前總統克林頓1997年6月26日在聯(lián)合國環(huán)境與發(fā)展特別會(huì )議上宣布美國將實(shí)施“百萬(wàn)太陽(yáng)能屋頂”計劃，到2010年要在全國范圍的住宅、商業(yè)建筑、學(xué)校和聯(lián)邦政府辦公樓屋頂上安裝100萬(wàn)套太陽(yáng)能系統，包括光伏系統和太陽(yáng)能集熱器，可以供應電力和熱水。為此，1998財政年度美國政府的光伏研究經(jīng)費增加了30％。

　　2　日本

　　日本很重視光伏與建筑相結合的技術(shù)。20世紀90年代，政府資助一些大學(xué)、研究所和公司進(jìn)行開(kāi)發(fā)研究。如三洋電氣公司推出了幾種非晶硅電池與建筑材料相結合的產(chǎn)品（三洋公司在非晶體太陽(yáng)電池技術(shù)方面是世界一流的）：一種是做成曲線(xiàn)形瓦片形狀，每片面積為305平方厘米、輸出功率2.7 WP，價(jià)格比較昂貴；另一種是90cm×35cm的平板非晶硅電池組件，組件背面有“腳”便于安裝，一般用做屋頂材料。三洋電氣公司還推出了半透明和不透明的非晶硅玻璃組件，用于商業(yè)建筑物的垂直幕墻。其半透明組件的透光率為30％，既可作為窗戶(hù)采光用，又可用于發(fā)電（目前德國也有類(lèi)似產(chǎn)品）。以上光伏組件已安裝在三洋電氣公司、Fsukasa電力公司等辦公樓建筑物上。

　　1997年，通產(chǎn)省又宣布執行“七萬(wàn)屋頂”計劃，安裝了37 MWP屋頂光伏系統。該計劃使日本成為該年度世界最大的光伏組件市場(chǎng)。日本政府計劃到2000年安裝400 MW、2010年安裝4 600 MW光伏發(fā)電系統。

　　1998年，日本三家公司（清水建筑、夏普、川崎制鐵）合作研制一種新型建筑材料，即把太陽(yáng)能電池安裝在建筑材料里，并按需要做成三種，用做屋頂和外墻。

　　3　德國

　　1990年首先開(kāi)始實(shí)施“一千屋頂計劃”，在私人住宅屋頂上推廣容量為1～5 kWP的戶(hù)用聯(lián)網(wǎng)光伏系統。

　　在光伏器件與建筑相結合方面，ASE所屬幾家公司分別推出了多種光伏組件，其中有大尺寸（1.5 m×2.5m）的無(wú)邊框非晶硅組件，每塊組件功率可達360Wp，可用于垂直外墻和傾斜屋頂；也推出了尺寸為1 m×0.6m的非晶硅不透明組件，可分別用于屋面、垂直幕墻和窗戶(hù)。

　　目前世界上最大的太陽(yáng)能屋頂光伏系統安裝在新慕尼黑貿易展覽中心。

　　4　印度

　　印度近年來(lái)大力推廣應用太陽(yáng)能，已取得了很大成績(jì)。在發(fā)展中國家，印度的光伏產(chǎn)業(yè)及應用市場(chǎng)居領(lǐng)先地位；據報道，目前已成為繼美國之后的第二大單晶硅太陽(yáng)能電池生產(chǎn)國。全國已有40萬(wàn)套光伏系統用于多種應用領(lǐng)域。并且，政府正在組織一些研究和生產(chǎn)機構開(kāi)展光伏器件與建筑相結合的研究開(kāi)發(fā)。

　　1997年12月18日印度政府宣布，到2002年要在全國范圍內推廣150萬(wàn)套太陽(yáng)能屋頂。

　　5　中國

　　中國的太陽(yáng)能光伏技術(shù)也具有了一定的規模。據統計，截止1997年底，我國已完成并正常使用的太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統裝機容量為10～15MW，主要用于邊遠地區居民的供電。隨著(zhù)光伏發(fā)電領(lǐng)域的轉變，我國的BIPV系統的研究與開(kāi)發(fā)已取得了很大的發(fā)展�！熬盼濉逼陂g我國在深圳、北京分別成功建成17kWp、7kWp光伏發(fā)電屋頂并實(shí)現并網(wǎng)發(fā)電。在世界銀行捐贈及雙邊或多邊技術(shù)合作的支持下，預計我國光伏市場(chǎng)年銷(xiāo)售量將以20％的年增長(cháng)速度發(fā)展，到2010年可望超過(guò)10MW.

　　最近獲悉，香港特區政府為支持環(huán)保工業(yè)，香港工業(yè)署日前撥款170萬(wàn)港元給香港理工大學(xué)，建立第一座“光伏建筑”實(shí)驗系統，以太陽(yáng)能為大廈提供部分電力。

　　有資料對1984～1994年間的光伏需求進(jìn)行了統計�煵�對到2010年可以安裝PV的容量進(jìn)行了預測，結果如表1所示。

　　緊緊圍繞降低光伏發(fā)電成本的各種研究開(kāi)發(fā)工作一直在發(fā)達國家緊張地進(jìn)行。在光伏系統方面，目前已開(kāi)發(fā)出帶微型逆變器的光伏組件，這將給光伏系統安裝及與建筑集成帶來(lái)革命性的變化。

　　BIPV的開(kāi)發(fā)是目前世界上大規模利用光伏技術(shù)發(fā)電的一大研究熱點(diǎn)，西方發(fā)達國家都在作為重點(diǎn)項目積極進(jìn)行。除了在屋頂安裝光伏電池板外，已推出了把光伏電池裝在瓦片內的產(chǎn)品。

　　在現代飛速發(fā)展的智能建筑（IB）中，樓宇自動(dòng)化系統（BAS）是一個(gè)重要組成部分。對于BIPV系統，其本質(zhì)上是屬于樓宇設備的范疇，但在目前關(guān)于BAS的資料文獻中還沒(méi)有被納入其中。筆者認為，BIPV系統應當納入BAS.未雨綢繆，在實(shí)際建筑施工中應當預留光伏陣列的鋪設裝置；在綜合布線(xiàn)系統（PDS）中，應當預設光伏設備的接入端口和線(xiàn)路匣，為以后光伏組件與樓宇設備的結合作準備。隨著(zhù)光伏組件的廣泛應用和價(jià)格大幅度下降，未來(lái)實(shí)現智能化的建筑物必定要配裝BIPV系統，同時(shí)這也是對IB內容的一個(gè)重要補充。

　　可以預計，光伏與建筑相結合是未來(lái)光伏應用中最重要的領(lǐng)域之一，其發(fā)展前景十分廣闊，并且有著(zhù)巨大的市場(chǎng)潛力。

　　由于價(jià)格、法規等因素，BIPV系統在短期內還難以大規模普及，但隨著(zhù)常規能源的日益枯竭、人們環(huán)保意識的日益提高，以及由此促進(jìn)的制造工藝的革新和技術(shù)的發(fā)展，BIPV一定會(huì )展現出強大的生命力。

袁旭東　魏湘淵