太阳能能源产品与建筑物的整合和全城太阳能计划正促使太阳能能源行业与建筑行业进行相互检验。
建筑物外部的两个最基本目的在于:挡风和为住户提供视野。尽管它们可能用于隔音或通风,但许多建筑物外部根本就是无用的结构:或者是业主炫富或炫耀艺术美感的工具,或者仅仅是为了用掉多余的白色瓷砖。当能源行业正处于顶峰状态时,越来越多的建筑,特别是新建筑和改建的绿色建筑,正考虑重新设计其外观来减少太阳能获取和强光,同时降低能源成本。然而,如今有一小部分的开发项目的设计开始趋向于利用太阳光,而且这部分项目的数量还在增长。这些项目将太阳光的利用融入建筑结构,而不是事后诸葛亮——在竣工后另外安装太阳能板。如今,这一图片光伏建筑一体化(BIPV)市场正加速发展,但是仍然面临来自上述两个行业的障碍。

有关太阳能行业的一些数据
据Green Chip Stocks(《可再生能源》)的出版商称,绿色建筑行业价值1.42万亿美元。而且这一数字正在增长。据2009年《美国太阳能行业观测》称,该行业2010年和2011年的年增长率期望值为25%或更多。截止2012年,光伏市场的年增长值预计将达到320亿美元。并且,据NanoMarkets预测,BIPV将在该市场中占据41亿美元的份额。
大部分太阳能发电的增长将出现在欧洲和美国的住宅房地产行业,而技术突破和大规模发展将出现在亚洲,其中韩国、日本和中国将起到带头作用。随着新老公司纷纷与BIPV建立伙伴合作,每个人都加入到这场浪潮之中,例如,Dysol与清华大学在去年11月发表宣布进行合作。据PV零件生产商Schott预测,截止2050年,太阳能发电将与其它发电形式处于同等重要或更为重要的地位,而至2100年,太阳能发电所将占据的市场份额将超过其它发电形式的总和。
图片光伏建筑一体化(BIPV)
太阳能能源与已竣工建筑的整合并非是新鲜事。这一概念自1993年起就成为的“IEA’s(国际能源协会)光伏电源服务项目”的一个目标(IEA-PVPS.org)。在其1999年的专题研讨会上,亚洲代表团仅有中国(香港)和日本出席。在那时,IEA PVPS第七特别工作组(建筑物一体化)调查研究了太阳能能源市场、建筑行业需求和PV制造发展,以制定出一项行动计划来更好地整合以上三个因素。绿色建筑和能源行业由此开始蓬勃发展。
第七特别工作组后来变成了为第十特别工作组(城市一体化),并在2009年发表声明表示“PV行业已经采取重大努力来满足终端客户的需求”。然而,评论家表示,劣势与潜力相比是非常之小的。“不像电子工业那样,其终端用途是多种多样的,而绝大部分太阳能模块制造商的目标都是少数几种相同的应用:公用事业设备、商业和住宅装备。”分析家Johanna Schmidtke表示。
09年十月在香港举行的世界光伏会议上(与一场电子产品展同时举行),部分组织方与代表团倾向于建筑行业买家。事实并非如此而已。组织方认为,这一事件是双方交流的“第一步”,没有这一步,先前的创新将无用武之地。第十特别工作组继续表示,尽管在竞争激烈的市场中,制造商有所退缩,但是“必须要有政策导向和市场结构方面的考虑,以鼓励建造商向他们的顾客提供BIPV产品”。他们认为,不仅仅是PV制造商和供应商应该更多地考虑其产品在建筑上的应用。如果业主、开发商和运营商对于在建筑物中使用可选择能源资源有所奖励,那么将他们将鼓励工程师和建筑师优先选择使用BIPV。
进料关税
一种亚洲部分政府正越来越多地运用的、鼓励可再生能源生产的机制是进料关税。如在台湾,政府要求公用事业机构向可再生能源供应商支付利息以使其能为电网提供能源。全球范围内共有40多种进料机制,韩国和日本都建立了有益于太阳能供应商的机制。
IEA表示,“至2008年底前,韩国累计已安装的PV系统能源上升至357.5 MW。2008年期间,PV能源安装量达到276MW,是2007年市场量的6倍,这大部分是由优惠的进料关税计划推动的”。中国目前设有风能关税,且于去年八月宣布了一项太阳能农场的进料关税计划。有一些小型试验工程正在进行中,但是政策仍不明朗。印度已宣布进行大规模的太阳能能源进料计划,包括对于屋顶的大量投资,为更尖端的BIPV计划开启门路。
尖端计划需要尖端科技。例如,阿拉诺德太阳能(Alanod-Solar)项目为一系列太阳能技术提供太阳能反射或吸收配件。领导阿拉诺德太阳能项目的Frank Schoonen表示,一系列的太阳能技术“已经”“确定地”用于大规模开发项目中。“全世界范围内,已经有一些工程是利用太阳能为大型制冷制热系统供电,或是直接向公共电网出售能源用于房屋开发。在证明其高效和节能的特性后,这些应用将越来越受到重视,甚至将更广泛地应用于消费者、城市和国家层面上的更多工程。”
如何做到?
有许多能够实现BIPV的方式,而且“我们在太阳能行业看到了创新和融资以令人炫目的速度发展”,Schoonen表示。硬质的、有弹性的和薄型膜片制成的平坦或略有角度的装备特别常见于住宅区或停车场屋顶。PV屋顶瓷砖和建筑物外墙解决方案——如果还称不上被广泛应用的话——已经出现了更多的BIPV创新动作。
透明或彩色玻璃和非透明外部材料组合起来,通过对PVs与、装饰性或功能性建筑材料的整合,可提供遮阳、降低热量消耗或太阳能获取,以及发电等。弹性薄膜格式同样适用于遮阳和遮棚。此外,除光伏之外还有几种太阳能发电模式。密集式太阳热能技术和其它尖端技术可黏贴、喷涂,甚至印刷在现有材料上,并呈现与大理石、钢和人工合成材料相似的或更好的表面。
建筑师的职责
建筑师在拉近这两个行业的过程中起到重要作用,但是产品的生硬特性,或是需要能有效运用的大量的技术知识造成了现实和心理的两重障碍。正如1999年IRAPVCS工作室总结的那样,“鼓励不情愿的客户(建筑物业主)比鼓励建筑师安装PV来得容易。建筑师通常不参与现有建筑和翻新工程,所以业主和电气工程师更为重要”。大量类似的产品已经进入市场以应对这些挑战。例如,“抱着打破在建筑设计中考虑使用PV时常常出现的审美障碍的目的”,玻璃专家Romag已经开发了一种供建筑师和那些参与PV系统设计的人们使用的技术。
实用性是另一个需考虑的情况。Schott因此提供特别针对整合所设计的产品,如国际标准合规、耐用性、成本、使用期限以及在低光条件下的使用表现。在亚洲,利用太阳能来应对制冷和空调成本问题的系统设备具有很大的吸引力。Schoon表示,相对而言,当使用铝制镜时,小型密集太阳能源(CSP)系统会较为轻便,因此这类系统可在无需进行扩展结构工作的情况下可安装在现有的建筑物屋顶上。Hoste表示,“大多数太阳能系统,无论是发射性质的(如CSP)或吸收性质的(PV),都需要较多的安装空间。房屋、大厦或工厂的屋顶可以提供这一空间,且无需过多担心阴影会降低系统的效率,否则对于物业空间的担忧将成为一个问题。在这方面,轻型的铝制材料和系统就起到重要的作用”。Host指出,全球对能量的需求仅需一个撒哈拉沙漠4%大小的太阳能农场即可满足。
尚未革命
尖端BIPV系统的高级形象出现在亚洲。由SOM设计的广东明珠塔是第一座真正的零能源建筑物(部分失败,因其不能向能源输回电网),拥有完全整合了PV的精密外部结构。位于Gihung区的三星工程与建筑技术机构(SIECT),在其南面外墙和屋顶装有PV电池,这在韩国是首例。设计时采用了特别的方式,使得PV模块在夏季为建筑物遮阳,从而减少制冷负载,同时允许太阳能源在凉爽的季节照射建筑物,并允许日光的传输。据研究人员表示,在七月,SIECT大厦的电力需求的PV份额一般达到10%。在中东,巨大的MASDAR工程正以一种令人吃惊的狂热方式进行建筑物与可再生能源的整合——该国的主要出口是全世界最为渴望的燃料。这一趋势虽然缓慢但正仍在增长。
那些还没有在大楼中增加或整合PV的业主并不是因为还没有相应的技术。事实上,是数量众多的技术和源源不断的创新令人困惑。在一次对RFP杂志前杜邦CEO Chad Holiday的采访中,他表示,太阳能在真正投入使用前仍然需要一次创新飞跃。Schoonan表示“当你关注许多太阳能技术时,你发现它们是建立在已存在多年的技术上的:斯特灵技术、定日镜、可反光表面——这些经过证实的技术联合起来便可引领创新和新应用……我当然希望看到创新的飞跃,但是我认为太阳能成为普遍现象并不是势在必行的。仍然存在需要人们努力解决的挑战——贮存就是其中之一。但是我认为关键部分和配件已经到位,而且与日俱增的改善将帮助我们更快地达到目的”。
Schoonan表示“最大的绊脚石之一就是意识和教育。如果人们能够更好的意识到有哪些可利用的技术,以及相关的益处和投资回收期,这将是一条通向有意义合作的长远道路……中端技术,如智能网络,同样是重要的一步”。在太阳能和建筑行业真正整合之前,FMs和建筑师需要与一些工程师共同工作,并听明白炒作中容易被忽视的声音,或这是否是一架柴油发动机发出的轰鸣声?这样想,如果拥有世界上最高碳足迹的中东城市正向BIPV转型,应该吗?
“世界能源系统正处于十字路口。当前全球的能源供应与消耗趋势明显是不可持续的……我们需要的是一场能源革命。”
——国际能源协会世界能源展望,2008年11月





