一文搞懂光伏建筑一体化（BIPV）：现状、前景与挑战

一、光伏建筑一体化的时代使命

现在全球的能源形势可严峻了，咱们国家也不例外。在咱们国家的能源消费结构里，化石能源还是占大头，但它带来的问题不少，像环境污染、碳排放超标，对全球气候影响可大了。为了实现可持续发展，大力发展可再生能源就变得特别重要。建筑行业是能源消耗的 “大户”，在建筑领域拓展可再生能源的利用，降低对化石能源的依赖，对国家的可持续发展战略来说，是关键的一环。

太阳能就很不错，它取之不尽、用之不竭，使用过程中还不会污染环境，简直是能源界的 “宝藏”。这些年，各种太阳能光热、光电技术纷纷涌现，光伏建筑一体化（BIPV）技术更是备受关注。BIPV 就是把光伏构件和建筑巧妙地结合在一起，充分利用建筑物的表面空间来发电，既环保又实用，发展前景十分广阔。接下来，咱们就好好了解一下 BIPV 的应用现状、优缺点，还有未来的发展趋势。

二、光伏建筑一体化的应用现状

（一）BAPV 与 BIPV：两种模式的差异

在光伏系统里，根据和建筑结合方式的不同，可以分成 BAPV 和 BIPV 这两大类。

BAPV，也就是光伏方阵与建筑的结合，简单说就是在已经建好的建筑物表面安装光伏发电设备。这就好比给建筑 “穿” 了一件光伏发电的 “外衣”，建筑物就像是这个 “外衣” 的支架，起支撑作用。BAPV 的好处是改造起来比较容易，投资成本也低，施工要求不算高。但它也有缺点，比如安装之后可能不太美观，会影响建筑整体的视觉效果，要是安装得不好，还可能对室内环境产生负面影响。而且很多建筑一开始设计的时候没考虑装光伏系统，后期再安装，就会面临重复施工的问题，浪费建筑材料不说，还可能给建筑结构增加额外的荷载。

BIPV 则更高级一些，它是把太阳能光伏发电方阵直接安装在建筑的围护结构外表面，让光伏组件成为建筑不可分割的一部分，就像是建筑的 “有机细胞” 一样。这时候，光伏组件可不只是能发电，还能像建筑材料一样，承担起建筑结构的功能，同时还能满足建筑美学的要求，让建筑看起来更时尚。不过，BIPV 对光伏组件的要求比较高，设计和施工的难度也更大，技术研发方面的挑战不少。但从长远来看，BIPV 的发展潜力巨大。

（二）BIPV 的多样安装形式

BIPV 的安装形式多种多样，可以根据客户的需求，部分或者整体替换建筑物的某个构件。具体采用哪种形式，得综合考虑地区的气候条件、建筑物自身的结构特点，还有光伏组件的性能。而且，BIPV 系统还很灵活，发电多的时候，可以用储能系统把多余的电存起来，或者把电输送到电网里；发电不够的时候，就从电网取电，满足建筑物的用电需求。

 

光伏幕墙：建筑的 “发电外衣”：把光伏组件当作建筑玻璃幕墙来用，好处可多了。它不仅能让建筑保持原有的功能、安全和美观，还能全年发电供电。在供暖季节，它产生的热空气能减少建筑的热负荷，让室内更暖和；在非供暖季节，又能产生热水，满足家庭的日常用水需求。而且，光伏组件里的水循环还能给光伏幕墙降温，让整个系统一直保持高效运行。像北京世园会中国馆、嘉兴火车站的光伏幕墙，就是很好的例子，既实用又美观。

光伏屋面：屋顶上的 “发电站”：把光伏构件铺在屋顶，就形成了光伏屋面，主要有两种形式。一种是常规分布式光伏屋面，就是在已经建好的屋面上铺设太阳能板；另一种是瓦片式光伏屋面，用太阳能瓦片替换掉传统的瓦片，这样光伏发电系统就直接成了屋面的一部分，既能发电，又能起到普通瓦片的结构支撑作用，一举两得。

其他形式：灵活多变的发电 “助手”：除了光伏幕墙和光伏屋面，BIPV 还有很多其他的应用形式，比如百叶窗式、窗间式、遮阳棚式光伏发电系统等。这些形式都很灵活，可以根据不同的气候条件、建筑物特点和业主的要求来选择，目的就是综合考虑发电效率、碳排放等因素，找到综合收益最大的方案。

 

（三）BIPV 的研究现状：探索前行

目前，大家对 BIPV 的研究主要集中在几个方面。

一方面是关注 BIPV 组件作为建筑结构构件时，出现裂缝会对发电系统有什么影响。想象一下，如果光伏组件裂了，那发电肯定会受影响，所以得研究怎么避免裂缝，或者裂缝出现后怎么处理。

另一方面，在城市里，高楼大厦很多，云层、雾霾，还有周围建筑物的遮挡，都会影响光照，让 BIPV 的实际输出效率和理论计算值不一样。所以，研究人员就得想办法解决这个问题，提高发电效率的准确性。

还有，BIPV 组件的温度也很重要。温度太高或者太低，都会影响组件的效率和使用寿命。所以，得想办法让组件保持在合适的温度范围，延长它的工作寿命，增加发电量。

在余电存储方面，也有很多研究。现在有很多不同的材料可以用来存储余电，像电池、相变材料等。但是，这些材料在使用过程中会有一些问题，比如电池可能会有电解质泄漏、毒性释放等风险，相变材料可能有腐蚀性、火灾隐患等，所以得找到更好的解决方案。

另外，不同城市的情况不一样，建筑物的高度、周围建筑的密度也不同，适合的 BIPV 类型也不一样。研究发现，在空旷地区的矮建筑，用光伏瓦片和光伏屋顶发电潜力大；在高楼密集的区域，光伏幕墙更有优势。

而且，BIPV 虽然对环境有好处，但也得考虑经济可行性。比如，怎么降低整个混合动力系统在生命周期内的电力消耗成本，怎么延长 BIPV 组件的寿命，怎么实现绿色回收等。

最后，为了推动 BIPV 的发展，还得制定适合不同利益相关者的政策。政策支持、深入调查和积极推动，对 BIPV 的发展都很重要。

 

三、BIPV 的优缺点剖析

（一）BIPV 的显著优势

1.绿色能源：环保先锋：BIPV 利用太阳能发电，太阳能可是最清洁的可再生能源，在整个发电过程中，不会对生态环境造成任何污染。对 BIPV 组件进行生命周期评估后发现，它从原材料获取、生产、使用到废弃，整个过程的年度碳排放量比传统能源发电低很多。而且，随着光伏储能技术越来越成熟，BIPV 的碳排放量还能进一步降低，简直就是环保的 “小能手”。

 

2.自给自足：减少损耗：有了 BIPV，建筑物的能源效率能大大提高。它可以就地发电，这样就能最大限度地减少输配电过程中的损耗，提高电力输出效率，降低太阳能发电的成本。就好像是自己家里发电自己用，不用再大费周折从远处输电，既省钱又高效。

3.空间利用：巧妙节能：和传统的太阳能电池板（BAPV）不一样，BIPV 不需要额外的土地面积。它直接利用建筑物的外表面空间，把原本闲置的建筑表面变成了发电的 “阵地”，让更多类型的建筑都能用上太阳能发电，空间利用率大大提高。

（二）BIPV 面临的困境

1.供需不匹配：用电 “时差” 难题：BIPV 最让人头疼的问题之一就是供需不匹配。大家想想，中午太阳辐射最强，这时候 BIPV 产生的太阳能最多，但这个时候人们的用电需求并不高；等到晚上日落之后，用电高峰期来了，太阳能却没了，只能依靠电网供电。这样就导致了供需不平衡，形成了所谓的 “鸭子曲线”。而且，电网供电很难灵活应对太阳能供应的快速变化，频繁地关闭和启动发电机，不仅不划算，还会增加碳排放。

2.日常维护：清洁维修不易：在空气污染严重的地方，灰尘会严重影响光伏组件的性能。但是，BIPV 的清洁工作可不容易，因为它的大小、阵列分布，还有建筑物的高度等因素，都让清洁变得很复杂。现在市面上的除尘机器人很难满足 BIPV 组件的清洁需求，专门的清洁工具在设计阶段又得考虑很多因素。另外，BIPV 是建筑物的一部分，一旦出现问题需要维修，就会影响建筑物的正常使用，所以对它的稳定性要求很高，可目前的制造水平还有待提高。

3.防火隐患：安全的 “小漏洞”：对 BIPV 系统进行耐火试验和玻璃破碎试验后发现，当 BIPV 作为屋顶和幕墙时，存在较高的火灾风险。这是因为接线盒和串接器中的电弧很容易燃烧，要是遇到建筑物外部的火源，后果不堪设想。所以，在使用 BIPV 的时候，防火安全问题一定要重视。

4.规范缺失：行业的 “模糊地带”：虽然国际上有一些和 BIPV 相关的规范，比如 IEC63092 涵盖了电气技术、结构和安全方面的要求，但在实际设计中，这些规范缺少具体的指导建议，在 BIPV/T 和供暖通风与空气调节集成方面的信息也不足，存在一些 “灰色地带”，可能隐藏着安全隐患。而且，一些重要的测试，像冲击、推力、温度循环和火灾危险性测试，在常用的 IEC61215 规范里没有；紫外线和低辐照度测试在 UL1703 规范里也没有，这就给 BIPV 的发展带来了一定的阻碍。

5.成本高昂：发展的 “拦路虎”：和普通建筑相比，光伏建筑的建造成本要高很多，这也是 BIPV 在我国发展困难的主要原因之一。光伏发电的电价成本，除了受到政府补贴的影响，还和装机成本、光照条件、投资回收期、运营维护费用等因素有关。而且，大多数 BIPV 系统都是根据建筑物的独特特征定制设计的，没办法直接参考或套用现有的系统，这就进一步增加了设计成本。

 

四、BIPV 的未来展望

（一）规范化：行业发展的 “指南针”

目前，我国的 BIPV 正处于高速发展阶段，但还缺少完善的体系、规范和标准。在实际设计施工过程中，光伏组件涉及多个技术环节，每个环节都需要相应的标准来规范。未来，我们可以在现有的规范基础上，比如 EN50583、IEC61730 等，结合实际施工情况，制定更完善的行业标准。同时，通过定向培养专业的设计师和现场施工人员，让 BIPV 系统的建设更加安全、规范。

（二）信息化：精准设计的 “助推器”

在光伏建筑设计的时候，阴影和遮蔽是必须要考虑的问题。因为哪怕光伏电池只有一小部分被遮蔽，都会造成很大的能量损失。现在城市里的建筑都很密集，这个问题就更突出了。虽然现在有一些光伏设计软件，能结合天气日照信息计算出组件的最佳斜角，但 BIPV 的计算还需要考虑更多周边环境的影响。未来，随着信息化平台的不断优化，BIPV 可以结合 BIM 和 GIS 技术，设计出更精准的模型，确定建筑立面上的最佳布置地点、最优角度和朝向，还能评估经济可行性。

（三）普及化：成本降低的 “新希望”

现在，BIPV 发展最大的阻碍就是成本太高。BIPV 系统的初始成本包括逆变器、储能系统、电网计量连接设备、故障保护、布线等方面的成本，还有设计和安装的费用。不过，随着技术的不断成熟，BIPV 的设计和产品会越来越标准化，成本也会逐渐降低。而且，如果能有一个稳定的光伏发电上网固定电价，也能让成本降下来，这样 BIPV 在实际工程中的应用就会越来越普及。

（四）完善配套：贴心服务的 “保障伞”

要让 BIPV 在市场上广泛应用，就得建立完善的配套维护设施和方案。比如，研发专门的清洁机器人，方便清洁 BIPV 组件；准备好检修设备，及时发现和解决问题；制定故障应急预案，在出现故障的时候能快速应对。制造商可以根据不同的目标市场，开发相关的产品。同时，还要考虑居民的居住舒适度，比如在组件故障的时候，通过储备供电方案保证居民正常用水用电。

 

五、总结：BIPV 的发展之路

光伏建筑一体化（BIPV）技术，作为可再生能源在建筑领域的创新应用，为我们应对能源和环境挑战带来了新的希望。它有着诸多显著的优点，像利用绿色能源、实现自给自足、提高空间利用率等，这些优势让它在可持续发展的道路上潜力无限。但目前，它也面临着不少问题，比如供需不匹配、维护困难、成本高昂等。

不过，展望未来，随着技术的进步、规范的完善、成本的降低以及配套设施的健全，BIPV 有望克服这些障碍，迎来更广阔的发展空间。我们可以期待，在不久的将来，BIPV 会成为建筑领域的常见应用，让更多的建筑既能遮风挡雨，又能自己发电，为我们的生活提供清洁、可持续的能源，让我们的城市变得更加绿色、环保。