1,前言
能源的緊缺提出了對可再生能源的需求，而太陽能作為一種可以在任何太陽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)國家城市的使用；從簡單的使用和安裝太陽電池板，到現(xiàn)在能夠把太陽電池板和建筑進(jìn)行比較好的結(jié)合，使得太陽能光伏發(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)，也將降低太陽電池并網(wǎng)發(fā)電的成本。太陽能光伏并網(wǎng)發(fā)電正由過去的補(bǔ)充式能源向替代式能源發(fā)展。《中華人民共和國可再生能源法》的規(guī)定，國家鼓勵發(fā)展可再生能源，每個地區(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“收編”到電網(wǎng)，并將其成本在整個電網(wǎng)中平攤，最終由電力消費(fèi)者擔(dān)負(fù)。我國并網(wǎng)光伏分額約占總光伏市場的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 國內(nèi)外太陽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），太陽能屋頂發(fā)電，在整個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（太陽電池組件）、墻面或屋頂和冷卻空氣通道、支架等組成。對于一個完整的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BIPV系統(tǒng)參與并網(wǎng)時，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。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，而這時也是光伏方陣發(fā)電最多的時期，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]，可推動光伏組件的應(yīng)用和批量生產(chǎn)，進(jìn)一步降低其市場價格；（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。當(dāng)然，對光伏器件來說，同時還應(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，產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)相對其他成熟能源工業(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，很多國家都制定了相關(guān)的激勵政策用于鼓勵產(chǎn)業(yè)界以及科技界對光伏產(chǎn)業(yè)的投入。在太陽能光伏利用方面，發(fā)達(dá)國家以光伏建筑一體化并網(wǎng)發(fā)電為基本形式，對太陽能的推廣十分奏效。
德國政府于2000年首先頒布《可再生能源法》，2001年光伏發(fā)電在德國國內(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)了德國光伏發(fā)展的新一輪高峰期，2004年德國光伏發(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、日本光伏推廣模式都非常成功，值得借鑒。這兩個國家發(fā)展的基本思路是將晶體硅太陽電池作為主導(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)展的主要推動力是政府的光伏發(fā)電補(bǔ)貼政策和銀行貸款的激勵機(jī)制。如德國政府帶頭利用太陽能，像柏林的議會大廈、柏林火車站等許多公共設(shè)施與場所，都大量采用光伏發(fā)電設(shè)備。
而我國的香港、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、深圳園博會等。其中深圳園博會光伏功率達(dá)到1MW規(guī)模，是目前我國最大的光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)。
國外著名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。
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能電池的制作方法。我們在一薄型P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。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。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)利用太陽能是世界各國政府可持續(xù)發(fā)展的能源戰(zhàn)略決策。利用太陽能光伏發(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，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)國家“零能房屋”得到了一定的發(fā)展，即完全由太陽能光斷轉(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)太陽能建筑的發(fā)展趨勢，許多國家的政府（如美國，德國）都指定了太陽能在國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)國家光伏項(xiàng)目的成功實(shí)施也為我國的光伏發(fā)展提供了許多值得借鑒的經(jīng)驗(yàn)，對德國和日本等國的可再生能源的政策和技術(shù)進(jìn)行深入的了解，對我國太陽能光伏產(chǎn)業(yè)的發(fā)展具有十分重要的意義。由于目前國內(nèi)還不能有償并網(wǎng)，導(dǎo)致我國的太陽能光伏發(fā)電市場發(fā)展遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于德國、日本、美國等發(fā)達(dá)國家。2006年1月1日，《中華人民共和國可再生能源法》正式實(shí)施。該法案將太陽能發(fā)電并網(wǎng)合法化，并規(guī)定了電網(wǎng)必須收購太陽能電力，這將給中國的新能源產(chǎn)業(yè)，尤其是太陽能光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)打開國內(nèi)市場的大門。
從發(fā)展觀念和經(jīng)濟(jì)實(shí)力分析來看，在太陽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)一樣走在國內(nèi)的前面。在世界自然基金會和上海市經(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“上海十萬個太陽能屋頂計(jì)劃”。
2008北京 奧運(yùn)會 、2010年上海世博會及2010年廣州亞運(yùn)會等，都應(yīng)該成為我國太陽能利用大規(guī)模示范的理想場所，若干個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，既可充分展示我國太陽能技術(shù)的水平，也能從中發(fā)現(xiàn)與發(fā)達(dá)國家的發(fā)展差距，為大規(guī)模利用太陽能積累實(shí)際經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)數(shù)據(jù)，這對我國太陽能企業(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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