為什么BIPV得不到大規(guī)模應(yīng)用？

　　在過去十年中，光伏的快速增長達(dá)到了每年安裝的約100GWp的全球市場，這意味著每年生產(chǎn)和銷售約350至4億個(gè)太陽能組件。但是，將它們集成到建筑物中仍然是一個(gè)利基市場。根據(jù)歐盟Horizon 2020研究項(xiàng)目PVSITES的最新報(bào)告，2016年僅約2％的已安裝PV容量被集成到建筑中。當(dāng)認(rèn)為70％以上的能源消耗時(shí)，這一微不足道的數(shù)字尤其引人注目。世界范圍內(nèi)生產(chǎn)的二氧化碳都消耗在城市中，所有溫室氣體排放中約有40％到50％來自城市地區(qū)。

　　為了應(yīng)對這一溫室氣體挑戰(zhàn)并促進(jìn)現(xiàn)場發(fā)電，歐洲議會和理事會于2010年引入了關(guān)于建筑物能源性能的指令 2010/31 / EU，其概念為“近乎零能耗的建筑物（NZEB）”。該指令適用于2021年以后建造的所有新建筑物。對于要容納公共機(jī)構(gòu)的新建筑物，該指令已于今年年初生效。

　　沒有指定要達(dá)到NZEB狀態(tài)的具體措施。建筑業(yè)主可以考慮能源效率的各個(gè)方面，例如保溫，熱回收和節(jié)電概念。但是，由于建筑物的整體能量平衡是監(jiān)管的目標(biāo)，因此，要達(dá)到NZEB標(biāo)準(zhǔn)，建筑物內(nèi)或建筑物周圍的有功電能生產(chǎn)必不可少。

　　潛力與挑戰(zhàn)

　　毫無疑問，PV的實(shí)施將在未來建筑物的設(shè)計(jì)或現(xiàn)有建筑物基礎(chǔ)設(shè)施的改造中發(fā)揮重要作用。NZEB標(biāo)準(zhǔn)將是實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的一個(gè)驅(qū)動力，但并不孤單。建筑物集成光伏（BIPV）可用于激活現(xiàn)有區(qū)域或表面以生產(chǎn)電力。因此，不需要額外的空間即可將更多的PV帶入市區(qū)。集成光伏發(fā)電產(chǎn)生的清潔電力潛力巨大。正如Becquerel研究所在2016年發(fā)現(xiàn)的那樣，德國的BIPV發(fā)電在總電力需求中的潛在份額超過30％，對于更多的南部國家（如意大利）甚至約為40％。

　　但是，為什么BIPV解決方案在太陽能業(yè)務(wù)中仍然只發(fā)揮邊際作用？迄今為止，為什么很少在建設(shè)項(xiàng)目中考慮它們？

　　為了回答這些問題，德國Helmholtz-Zentrum柏林研究中心（HZB）去年組織了一次研討會并與BIPV所有領(lǐng)域的利益相關(guān)者進(jìn)行了交流，從而進(jìn)行了需求分析。結(jié)果表明，并不是缺乏技術(shù)本身。

　　在HZB研討會上，來自建筑業(yè)的許多人都在執(zhí)行新建或翻新項(xiàng)目，他們承認(rèn)在BIPV的潛力和支持技術(shù)方面存在認(rèn)知差距。大多數(shù)建筑師，規(guī)劃師和建筑所有者根本就沒有足夠的信息將光伏技術(shù)集成到他們的項(xiàng)目中。結(jié)果，對BIPV的保留很多，例如誘人的設(shè)計(jì)，高昂的成本以及令人望而卻步的復(fù)雜性。為了克服這些明顯的誤解，必須將建筑師和建筑商所有者的需求擺在首位，并且將對這些利益相關(guān)者如何看待BIPV的理解作為重點(diǎn)。

　　功能與風(fēng)格

　　BIPV的特征在于，太陽能模塊是建筑表皮不可或缺的一部分，因此成為多功能建筑元素。除了發(fā)電以外，該組件現(xiàn)在還必須承擔(dān)建筑外墻的其他功能。

　　傳統(tǒng)屋頂裝置的最知名替代品是太陽能組件，該太陽能組件在功能上和美學(xué)上都直接集成在屋頂上。因此，這些組件不僅可以發(fā)電，而且還可以充當(dāng)屋頂，以防風(fēng)雨。如果可見，則在傾斜的屋頂情況下，太陽能組件也會影響建筑物的外觀。常規(guī)屋頂元件的多樣性還需要形狀，顏色和外觀具有高度可變性的PV有源元件。需要大面積，均質(zhì)的玻璃-玻璃模塊，以及小型系統(tǒng)，例如屋頂瓦片，其形狀和顏色與常規(guī)屋頂瓦片完美匹配。

　　類似的標(biāo)準(zhǔn)對于用作外墻元素的太陽能組件也有效，但是在這里，美學(xué)品質(zhì)尤為重要。有各種類型的PV活性立面。作為通風(fēng)冷立面安裝的太陽能組件可以很容易地替換通風(fēng)幕墻的傳統(tǒng)元件。但是也可以將解決方案用作溫暖的立面元素，例如直接粘貼到立面上。除了具有防風(fēng)雨功能外，隔熱層或隔音層是PV主動立面元素可以提供的其他屬性。

　　關(guān)于立面元素的美學(xué)功能，市場上已經(jīng)有不同的概念。彩色組件的范圍從無煙煤/黑色到灰色，藍(lán)色，綠色，黃色甚至“金色”。例如，可以通過使用包含納米層結(jié)構(gòu)的特殊前玻璃來實(shí)現(xiàn)這些顏色。重要的是，這種類型的模塊的功率輸出不會被過分降低，與具有透明前玻璃的傳統(tǒng)模塊相比，其初始功率輸出可達(dá)到80％以上。

　　替代使用這種特殊的前玻璃是陶瓷印刷。該技術(shù)實(shí)現(xiàn)了均勻的顏色以及架構(gòu)師喜歡的另一個(gè)功能：可以在模塊頂部打印幾乎任何結(jié)構(gòu)或圖片的潛力。實(shí)際上，此功能可使觀察者幾乎看不到組成模塊的太陽能電池。但是，這種打印確實(shí)會更強(qiáng)烈地影響最終功率輸出。但是由于太陽能電池幾乎完全不可見，該技術(shù)也可以應(yīng)用于高功率晶體模塊，因此可以用作具有高美學(xué)價(jià)值和高功率的建筑元素。

　　創(chuàng)建彩色BIPV元件的第三種技術(shù)是使用彩色箔。這項(xiàng)技術(shù)的成本更低，更重要的是，它幾乎允許任何顏色。由于此功能，瑞士電子和微技術(shù)中心（CSEM）的研究人員能夠開發(fā)白色太陽能電池組件。原則上，這種發(fā)展可以“激活”世界上大量存在的常規(guī)白色立面。

　　將太陽能電池或模塊集成到遮光元件中是一種將防曬和能源生產(chǎn)結(jié)合起來的有吸引力的方法。例如，這可以通過使用具有非常薄，均勻覆蓋的活性光伏材料的玻璃來實(shí)現(xiàn)。諸如有機(jī)半導(dǎo)體（OPV），CIGS（銅銦鎵硒化物/亞硫酸鹽）或薄膜硅之類的薄膜技術(shù)非常適合此類應(yīng)用。

　　替代地，如果將結(jié)晶硅電池布置成玻璃-玻璃模塊中的圖案或在電池之間具有較大間隙，則也可以通過使用結(jié)晶硅電池來實(shí)現(xiàn)半透明。此概念與立式玻璃幕墻一起用于頭頂安裝的系統(tǒng)中。它也可以安裝在可移動的遮陽裝置中，以減少一天中的某些時(shí)間的日照。

　　所有這些方法都證明了BIPV太陽能模塊可以提供附加功能并解決美學(xué)問題的方式，從而使它們對建筑師更具吸引力。但是，與常規(guī)的產(chǎn)量優(yōu)化模塊相比，它們還伴隨著一定程度的功率輸出降低。盡管存在功率損耗，但美學(xué)和功能優(yōu)勢仍使它們對建筑行業(yè)具有吸引力，而建筑行業(yè)對發(fā)電優(yōu)化的重視程度則大大降低。鑒于此，BIPV元素應(yīng)相對于常規(guī)的非電活動建筑元素進(jìn)行基準(zhǔn)測試。

　　改變心態(tài)

　　BIPV在許多方面與傳統(tǒng)的屋頂太陽能系統(tǒng)不同，傳統(tǒng)的屋頂太陽能系統(tǒng)既不需要多功能，也沒有考慮美學(xué)方面。如果開發(fā)用于集成到建筑元素中的產(chǎn)品，制造商需要重新考慮。建筑師，建筑商以及建筑物的使用者最初期望在建筑物表皮中實(shí)現(xiàn)常規(guī)功能。從他們的角度來看，發(fā)電是一種附加財(cái)產(chǎn)。除此之外，多功能BIPV元素的開發(fā)人員還必須考慮以下方面：

　　為尺寸，形狀，顏色和透明度可變的太陽能活性建筑元件開發(fā)具有成本效益的定制解決方案；

　　制定標(biāo)準(zhǔn)并具有價(jià)格吸引力（理想情況下可用于已建立的規(guī)劃工具，例如建筑信息模型（BIM）；

　　通過建筑材料和能量產(chǎn)生元素的組合將光伏元素整合到新穎的立面元素中；

　　抵御臨時(shí)（局部）陰影的高彈性；

　　長期穩(wěn)定性和功率輸出的長期穩(wěn)定性和退化，以及外觀（例如顏色穩(wěn)定性）的長期穩(wěn)定性和退化；

　　制定監(jiān)測和維護(hù)概念，以適應(yīng)現(xiàn)場的具體情況（考慮安裝高度，更換有缺陷的模塊或立面元素）；

　　并符合安全（包括防火），建筑法，能源法等法律要求。

　　法規(guī)遵從問題對所有利益相關(guān)者都是一個(gè)挑戰(zhàn)。建筑法規(guī)和能源行業(yè)的法規(guī)通常都很大程度上取決于當(dāng)?shù)胤ㄒ?guī)。它們不僅在各個(gè)國家之間是不同的，而且在不同的州，城市甚至地方社區(qū)中常常經(jīng)常彼此顯著偏離。但是，不僅需要適應(yīng)太陽能產(chǎn)業(yè)。

　　建筑業(yè)必須意識到其對整個(gè)社會的責(zé)任。新建筑和裝修項(xiàng)目都必須明確考慮能耗和現(xiàn)場發(fā)電。建筑設(shè)計(jì)師和參與施工的人員必須愿意使用提供額外發(fā)電功能的新材料和新元素。他們還需要接受其常規(guī)計(jì)劃過程中的更改，因?yàn)楸仨氃诟拍铍A段就考慮電氣方面。

　　縮小差距

　　將光伏發(fā)電整合到建筑物中對所有利益相關(guān)者都是一個(gè)挑戰(zhàn)。不僅存在關(guān)于技術(shù)和可能性的知識，而且文化之間也存在差距。為了彌合這些差距，必須在建筑世界和能源世界之間架起一座橋梁。挑戰(zhàn)必須由所有人管理：建筑師和規(guī)劃師；材料和組件制造商；以及研發(fā)部門。這些挑戰(zhàn)通常對所有參與者都是新挑戰(zhàn)，并受到現(xiàn)有偏見的影響。這些是多方面的挑戰(zhàn)，從本質(zhì)上講，它們只能在接受思想轉(zhuǎn)變后才能共同應(yīng)對。