光伏建筑一体化(BIPV)的本质属性

BIPV的优缺点

BIPV的优点

BIPV发展如此迅猛，与它本身具有很多优点密不可分，总结起来主要有以下几点:

（１）绿色能源光伏建筑一体化利用的是太阳能发电，太阳能作为最清洁干净的可再生能源，不会对生态环境造成污染。在对 BIPV 组件进行的生命周期评估中，模拟数据表明 BIPV 组件从获取原材料，生产、使用直至废弃的整个过程的年度碳排放量远远低于传统能源发电，并且随着光伏储能系统的技术成熟，相信能够进一步降低 BIPV 的碳排量。

（２）自给自足减少输电过程中的损耗，BIPV 的使用将提高建筑物的整体能源效率，就地发电可以最大限度地减少输配电损耗，提高电力输出效率，最终降低太阳能发电的成本。

（３）空间利用率高与安装面积有限的传统太阳能电池板 (BIPV) 不同，BIPV 系统不需要额外的土地面积，因为它们取代了传统的建筑材料，充分利用了建筑物外表面的空间，让更多的建筑类型能够使用太阳能发电。

BIPV的不足

虽然近年来 BIPV 产业发展迅猛，国家和地方也出台了很多支持政策，但总体来看，其商业化程度仍然不是很高，仅占光伏应用的1%~3%。造成这种困境的原因如下:

（１）供需不匹配

BIPV最常见的问题是供需不匹配问题，太阳辐射在中午达到峰值时所产生的太阳能最高，然而由于人们现代生活的用电模式，午时的用电率 一般较低，用电高峰期是在太阳能不再可用的日落之后，这导致了当用电需求较高时，仅仅依靠太 阳能无法满足生产生活需求，当用电需求较低时，额外的电力被输送到电网中,从而造成供需不匹 配，形成鸭子曲线，研究表明为了弥补用电高峰期的需求，电网供电无法灵活响应太阳能供应的快速起伏，关闭和重新启动发电机不仅在经济上不可行，而且会产生额外的碳排放。

（２）日常维护困难

在空气污染严重地区，灰尘积累成了影响光伏组件性能的一个重要因素，使用传统的人力很难解决这个问题，因为 BIPV 的大小、阵列或建筑物高度的变化会使得清洁工作更为复杂。目前市面上很少有除尘机器人能够很好的解决 BIPV 组件清洁的问题，BIPV 专用的清洁工具需要在设计阶段考虑实际操作、能耗、滑动等因素，同时，BIPV 作为建筑物的构件，一旦出现问题，维修过程会影响建筑物的正常使用，因此对 BIPV 组件或系统运行的稳定性要求极高，目前的制造水平还有待提高.

（3）削弱建筑防火性

在对BIPV系统进行的耐火试验和玻璃破碎试验中，分别测试了 BIPV 作为建筑物不同组成部分的耐火特性，结果表明当 BIPV 作为屋顶和幕墙时有较高的火灾风险，这是因为接线盒和串接器中的电弧是极度易燃的，一旦暴露于建筑物外部的火源将会造成严重后果。

（４）相应规范不完善

在国际规范 IEC63092 里涵盖了与 BIPV 相关的电气技术、结构以及安全的要求，但由于缺少实际设计中的指导建议以及 BIPV/ T（Building Integrated Photovoltaic/Thermal）和供暖通风与空气调节 HVAC（Heating，Ventilation and Air Conditioning）集成的相关信息，造成的“灰色地带” 可能存在未意识到的隐患。目前常用的BIPV 测试是由IEC（International Electrical Technical Commission，IEC61215）和UL（Underwriter Laboratories Inc ,UL（Underwriter Laborato-ries Inc，UL 1703）规定的。然而，一些重要的测试，比如冲击、推力、温度循环和火灾危险性测试没有包括在 IEC61215 中；又比如紫外线和低辐照度测试没有包括在 UL1703 中。

（５）建造成本较高

光伏建筑较一般建筑来说建造成本较高，这是造成该技术在我国发展困难的主要因素。从光伏发电的电价成本来看，除政府补贴收入外，还受到装机成本、光照条件、投资回收期和运营维护费用等因素的影响，另外，大多数已经投入使用的 BIPV 系统都是根据建筑物独特的特征定制设计的，比如建筑的类型、位置、方向、气候等。对于之后的设计，现有系统无法作为参考或套用，这也增加了设计成本。

未来展望

（１）规范化

光伏组件在实际设计施工过程中涉及多个技术环节，每个环节都需要对应的标准。若同时考虑回报率和一体化水平的因素，则需要谨慎制定一套标准来实现，现阶段，我国在 BIPV 方面还处于高速发展阶段，缺乏完善的体系与规范、标准。要解决这些问题，应当结合实际情况制定可供参考的标准。除了 2.2 节提及的规范外，还有一些其他的规范，如 EN50583 是光伏在建筑中应用的标准,，以及IEC61730 为光伏模块的安全认证标准，未来可在这些现有规范的基础上结合实际施工制定更完善的行业标准，并且可通过定向培养专业的设计师以及现场施工人员使建设 BIPV 系统更加安全。

（２）信息化

光伏建筑设计需要考虑阴影与遮蔽的问题，相关研究表明，光伏热斑对光伏电池的影响严重，即使有小部分被遮蔽也能造成很高的能量损失，由于城市中的建筑物往往比较密集，所以阴影与遮蔽是不得不考虑的问题，为了解决此问题，安装前必须对周围环境进行考察，为了防止出现阴影等情况，应仔细确定安装光伏组件的地点，目前PVSOL，RETScreen，PVSystem 等光伏设计软件已能结合不同地区的天气日照信息计算出组件的z佳斜角，然而 BIPV 的计算需要更多考虑周边环境带来的影响，相信随着信息化平台的优化，在未来 BIPV 亦可结合BIM（Building Information Mode-lling） 和GIS（Geological Information System）设计出更精准的模型，例如在建筑立面上的z佳布置地点、最优角度和朝向、经济可行性等。

（３）普及化

BIPV 发展的最大阻碍是其高昂的成本，BIPV 系统的初始成本包括逆变器、储能系统或电网计量连接设备、故障保护、布线等成本，以及设计和安装的费用，相信未来随着技术逐渐成熟，BIPV 的设计以及产品的标准化会降低成本费用。另外，能获得一个光伏发电上网的固定电价也能使成本降低，BIPV 在实际工程中的应用亦会更普及。

（４）完善的配套设施

将 BIPV 作为产品投入市场并得到广泛使用首先需要建立完善的配套维护设施和方案，例如清洁机器人、检修设备、故障应急预案等。建议制造商根据他们的目标市场开发相关产品，并且光伏组件作为建筑的一部分最终旨在服务于人，节能环保的同时也要保证居住舒适度，比如在组件故障时如何通过储备供电方案不影响居民正常用水用电也是需要考虑的。