作為建筑與節(jié)能有機(jī)結(jié)合的形式之一，光伏建筑一體化(BIPV)正在從概念走向現(xiàn)實(shí)。越來(lái)越多的人意識(shí)到，將光伏組件與建筑材料融于一體，會(huì)為光伏產(chǎn)業(yè)和建筑行業(yè)帶來(lái)共贏，并將引領(lǐng)城市綠色發(fā)展。
日前，由國(guó)家能源集團(tuán)牽頭實(shí)施的銅銦鎵硒薄膜光伏建筑一體化(CIGS-BIPV)技術(shù)與應(yīng)用研究取得重大突破。該科技創(chuàng)新項(xiàng)目在世界上首次高度集成了銅銦鎵硒薄膜光伏建筑一體化裝配技術(shù)、光伏光熱太陽(yáng)能綜合利用、直流電供電系統(tǒng)、智能樓控系統(tǒng)、自動(dòng)化控制系統(tǒng)、大數(shù)據(jù)、云平臺(tái)等多項(xiàng)技術(shù)，將銅銦鎵硒光伏技術(shù)與建筑工程深度融合，實(shí)現(xiàn)了真正意義上的光伏建筑一體化，讓城市建筑由能源消耗者向能源生產(chǎn)者轉(zhuǎn)變。
從“初級(jí)版”到“高級(jí)版”光伏建筑真正實(shí)現(xiàn)一體化
根據(jù)國(guó)家住建部有關(guān)數(shù)據(jù)，我國(guó)建筑能耗約占全社會(huì)總能耗的30%。作為建筑節(jié)能重要的應(yīng)用形式，光伏建筑一體化具有綠色節(jié)能、減少碳排放，提升建筑美學(xué)、替代部分建筑材料、降低建筑物造價(jià)、提高用電效率、節(jié)約土地資源、減少大氣和固廢污染、保護(hù)生態(tài)環(huán)境等優(yōu)勢(shì)。
但是當(dāng)前的光伏建筑一體化項(xiàng)目尚為“初級(jí)版”，大多是將太陽(yáng)能光伏組件以光伏幕墻形式安裝于建筑物外立面，并未將光伏組件作為建筑物整體的一部分有機(jī)地集成進(jìn)建筑物中，沒(méi)有有效結(jié)合被動(dòng)式設(shè)計(jì)與主動(dòng)式設(shè)計(jì)以及利用系統(tǒng)集成的觀念，建筑物的自動(dòng)化系統(tǒng)也基本未能有效運(yùn)行。
在技術(shù)的革新中，功率衰減少、壽命周期長(zhǎng)、弱光發(fā)電性能好以及外觀一致性好的銅銦鎵硒薄膜太陽(yáng)能電池進(jìn)入了人們的視野。“近年來(lái)，銅銦鎵硒薄膜太陽(yáng)能電池的研究與產(chǎn)業(yè)化進(jìn)展迅速，轉(zhuǎn)換效率不斷刷新世界紀(jì)錄，當(dāng)前實(shí)驗(yàn)室最高轉(zhuǎn)換效率紀(jì)錄已達(dá)到22.9%。”國(guó)家能源集團(tuán)綠色能源與建筑研究中心湯洋博士向記者介紹說(shuō)。
銅銦鎵硒薄膜光伏建筑一體化(CIGS-BIPV)依托銅銦鎵硒(CIGS)薄膜光伏組件產(chǎn)品優(yōu)勢(shì)，高度集成多項(xiàng)先進(jìn)技術(shù)，將銅銦鎵硒光伏技術(shù)與建筑工程深度融合。該技術(shù)將集成了銅銦鎵硒薄膜光伏組件的建筑物作為一個(gè)整體來(lái)設(shè)計(jì)施工，讓光伏組件成為建筑物不可分割的一部分———比如一堵墻，既起到遮風(fēng)擋雨、保溫隔熱、承重等建筑功能，又成為最具發(fā)展空間的分布式能源形式。
在此基礎(chǔ)上，該技術(shù)對(duì)被動(dòng)設(shè)計(jì)和主動(dòng)太陽(yáng)能系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化，優(yōu)化控制供熱、通風(fēng)、空氣調(diào)節(jié)，對(duì)自然采光、光伏發(fā)電、光熱利用、直流供電、智能微電網(wǎng)、自動(dòng)化系統(tǒng)進(jìn)行全面集成，對(duì)建筑物的設(shè)計(jì)與運(yùn)行進(jìn)行完整集成與優(yōu)化，保證建筑物的各項(xiàng)舒適性指標(biāo)，做到真正意義上的光伏建筑一體化，可被視為光伏建筑一體化的“高級(jí)版”。
“五位一體”引領(lǐng)創(chuàng)新能源與建筑發(fā)生深刻變革
為了有效抓住銅銦鎵硒薄膜太陽(yáng)能電池產(chǎn)業(yè)爆發(fā)前的戰(zhàn)略機(jī)遇期，讓銅銦鎵硒薄膜太陽(yáng)能電池產(chǎn)業(yè)盡快在國(guó)內(nèi)落地生根、開(kāi)花結(jié)果，實(shí)現(xiàn)大規(guī)模商業(yè)化普及應(yīng)用，國(guó)家能源集團(tuán)于2017年將銅銦鎵硒薄膜太陽(yáng)能發(fā)電產(chǎn)業(yè)作為企業(yè)戰(zhàn)略性新興發(fā)展產(chǎn)業(yè)，并啟動(dòng)了銅銦鎵硒薄膜光伏建筑一體化項(xiàng)目。
“銅銦鎵硒薄膜太陽(yáng)能發(fā)電的效率有較大的提升空間，成本會(huì)逐步降低，同時(shí)，其在光伏建筑一體化的應(yīng)用上具有無(wú)可替代性。”國(guó)家能源集團(tuán)總經(jīng)理、中國(guó)工程院院士凌文對(duì)記者表示。
目前，國(guó)家能源集團(tuán)已構(gòu)建完成CIGS薄膜太陽(yáng)能發(fā)電技術(shù)研發(fā)、高端裝備制造、高效組件生產(chǎn)、大規(guī)模地面電站、光伏建筑一體化的“五位一體”發(fā)展創(chuàng)新平臺(tái)體系，形成了完整的技術(shù)和產(chǎn)業(yè)戰(zhàn)略布局。
為了解決CIGS薄膜太陽(yáng)能發(fā)電技術(shù)與建筑一體化在國(guó)產(chǎn)化和市場(chǎng)推廣中面臨的電力技術(shù)、建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、工程項(xiàng)目實(shí)施、標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范、綜合成本等一系列問(wèn)題，國(guó)家能源集團(tuán)還承擔(dān)了國(guó)家住建部“CIGS太陽(yáng)能薄膜發(fā)電技術(shù)在光伏建筑一體化中的應(yīng)用研究”課題和多個(gè)示范項(xiàng)目的研發(fā)任務(wù)。
與此同時(shí)，國(guó)家能源集團(tuán)對(duì)課題研究任務(wù)進(jìn)行分解，下設(shè)了CIGS建筑一體化組件研究等10個(gè)子課題。在北京、江蘇、廣東、海南、四川等省市落地的6個(gè)實(shí)體示范項(xiàng)目，也將于今年下半年到明年上半年陸續(xù)完工，形成系統(tǒng)完整的子課題族和示范項(xiàng)目群。
可以預(yù)見(jiàn)，銅銦鎵硒薄膜光伏建筑一體化(CIGS-BIPV)在建筑行業(yè)的廣泛推廣應(yīng)用，將會(huì)產(chǎn)生巨大的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益，也將帶來(lái)一場(chǎng)能源與建筑的深刻變革。在能源領(lǐng)域，將推動(dòng)分布式綠色清潔能源的普及使用，讓建筑由能源消耗者轉(zhuǎn)變?yōu)槟茉瓷a(chǎn)者，使城市由能源消費(fèi)型城市向能源生產(chǎn)型城市轉(zhuǎn)變；在建筑領(lǐng)域，將逐步轉(zhuǎn)變建筑發(fā)展方向，使綠色、清潔、裝配一體的觀念深入人心，重構(gòu)城市肌理與城市氣質(zhì)，增加城市的豐富度與多樣性。
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