定义
与建筑结合的分布式光伏系统,顾名思义,是指将太阳能光伏发电设备直接集成到建筑物上或作为建筑物的一部分,从而实现就地发电、就近用电的一种分布式能源系统。
它不是简单地把光伏板“放在”屋顶上,而是强调光伏系统与建筑物在物理、电气和美学上的一体化融合,使其成为建筑不可分割的组成部分。
这个概念通常包含两个层面:
分布式光伏:区别于集中式大型地面光伏电站,它规模较小(通常从几千瓦到几兆瓦),安装在用户附近(如工业园区、商业楼宇、居民住宅),发出的电优先满足本地负荷,多余的电可上传电网。
与建筑结合:这是关键。光伏组件不再是后期加装的设备,而是扮演了建筑材料的角色,同时具备发电功能和建筑功能(如遮阳、隔热、防水、装饰、围护等)。
主要形式
根据结合方式和集成度的不同,主要分为两大类:
1. 建筑附加光伏(BAPV - Building-Attached Photovoltaics)
这是常见的形式,指在已有建筑的表面上(主要是屋顶或外墙)后期加装光伏发电系统。光伏组件的主要功能是发电,它不替代原有的建筑结构。
典型例子:
屋顶附加型:在现有平屋顶或斜屋顶上,通过支架和配重块安装光伏阵列。这是普遍的形式。
墙面附加型:在建筑物的外墙(如玻璃幕墙、石材墙面)外安装光伏板。
图片来源:网络,常见的斜屋顶附加光伏系统
2. 建筑集成光伏(BIPV - Building-Integrated Photovoltaics)
这是更高级、更一体化的形式。指在建筑设计施工阶段,就将光伏组件直接作为建筑材料使用,用它来替代部分传统的建筑围护结构。BIPV产品本身就是建筑的一部分。
典型例子:
光伏采光顶/天幕:用透光型光伏组件替代商场中庭、公交站台、阳台顶部的玻璃顶棚,既能发电又能透光遮雨。
光伏幕墙:用光伏组件替代部分或全部的建筑外墙玻璃幕墙、石材或金属板材。它需要满足幕墙的所有力学、密封、隔热和安全性能要求。
光伏遮阳板:将光伏板做成外立面的遮阳百叶,既能发电,又能有效遮挡阳光,降低空调能耗。
光伏瓦/光伏屋面:用专门设计的光伏瓦片直接替代传统的粘土瓦、水泥瓦,整体美观,防水性好。
主要特点与优势
节约土地资源:充分利用建筑物表面,无需额外占用昂贵的土地资源,特别适用于土地紧张的城市区域。
减少输电损耗:分布式“就地消纳”,发电和用电在同一地点或附近,极大减少了电力在电网长距离传输中的损耗。
提升建筑美感:一体化设计(尤其是BIPV)可以使光伏系统与建筑完美融合,甚至成为建筑的亮点,提升科技感和现代感,摆脱传统光伏板“突兀”的形象。
多功能性:除了发电,还能起到隔热、保温、防水、遮阳、采光、隔音等作用,可以降低建筑运行能耗(如空调用电)。
节能减排,践行绿色建筑:直接利用清洁太阳能,减少对化石能源的依赖,降低建筑的碳排放,是绿色建筑、低碳建筑的重要实现手段。
投资效益:节省了部分建筑材料费用(对于BIPV),发出的电能可以节省电费,多余的电还可卖给电网获得收益。
面临的挑战
初始投资成本较高:尤其是BIPV产品,因其定制化、需满足建筑规范,成本远高于普通光伏组件和传统建筑材料。
技术复杂度高:需要光伏技术、建筑技术、结构力学、电气安全等多个领域的跨界融合,对设计师、建筑师和安装商的要求更高。
建筑设计考量:需要考虑建筑物的朝向、倾角、局部阴影遮挡、建筑规范、防火安全、后期维护通道等问题,可能无法实现发电效率化。
标准和规范:行业仍需完善统一的设计、安装、验收和评估标准。
与建筑结合的分布式光伏系统了光伏应用的高级形态和发展方向。它不是简单的能源设备,更是一种新的建筑理念,将建筑物从纯粹的能源消耗者转变为能源生产者(Prosumer),是推动城市向绿色、低碳、智能方向发展的重要力量。随着技术的进步和成本的下降,未来我们将看到更多与建筑完美融合、既美观又高效的光伏系统。
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