建材化的光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)

太陽(yáng)的光線出現(xiàn)在生活中的每一個(gè)地方，人們的生活已經(jīng)離不開(kāi)太陽(yáng)，太陽(yáng)能不僅為植物生長(zhǎng)提供光源，而且也能為人類(lèi)提供能源，現(xiàn)在的光伏發(fā)電就是很大程度上利用了太陽(yáng)能。建材化的光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)才是是未來(lái)增長(zhǎng)潛力最大、發(fā)展前景最好的新能源產(chǎn)業(yè)。

在眾多可再生能源發(fā)電技術(shù)中，光伏發(fā)電是最具備普適性、分布式的發(fā)電技術(shù)，也是最值得期待的一項(xiàng)能源革命技術(shù)。但傳統(tǒng)常規(guī)光伏一般與建筑是分離的，無(wú)法實(shí)現(xiàn)與建筑的高度結(jié)合，更無(wú)法實(shí)現(xiàn)與建材的結(jié)合和替代。

現(xiàn)行光伏組串技術(shù)路線大多以20余塊組件為主，組成一個(gè)串，形成1000V，1500V級(jí)的直流高壓線路進(jìn)入直流匯流箱，再進(jìn)入集中式逆變器或組串式逆變器。在一個(gè)組串過(guò)程中，各組件電壓進(jìn)行疊加，形成一個(gè)疊加的直流側(cè)高電壓。為降低組串過(guò)程損失，避免木桶短板效應(yīng)，因此要求每個(gè)組串內(nèi)組件的工況(發(fā)電運(yùn)行工作參數(shù))盡可能保證一致性。

地面光伏電站應(yīng)該進(jìn)行場(chǎng)地平整，讓每一個(gè)組串的組件盡可能安裝在一個(gè)支架陣列中，同時(shí)，務(wù)必做好日常維護(hù)，檢查熱斑，組串電流偏差，進(jìn)行灰塵清理，以盡量保證組串內(nèi)組件工況的一致性。

但分布式發(fā)電應(yīng)用場(chǎng)景，存在更多的不確定性，加上難以維護(hù)清掃積灰，組串內(nèi)各組件工況的一致性難以保證，因而會(huì)放大地面電站運(yùn)行中存在的孤立或小概率事件發(fā)生。

而建筑光伏一體化BIPV (Building Integrated Photovoltaics) 是應(yīng)用太陽(yáng)能發(fā)電的一種新概念：在建筑維護(hù)結(jié)構(gòu)外表面結(jié)合建筑材料形成光伏與建筑的結(jié)合，光伏發(fā)電提供電力。

目前，在新建建筑中系統(tǒng)集成綠色智能發(fā)電系統(tǒng)建筑，已成為各國(guó)的共識(shí)，也是建筑發(fā)展的趨勢(shì)。建材型光伏，讓光伏融入設(shè)計(jì)、融入建材，融入建設(shè)，成為建筑基本功能的一部分。

根據(jù)這一設(shè)想，建材化的光伏產(chǎn)業(yè)到底有多大呢?是個(gè)小眾市場(chǎng)還是未來(lái)的主流市場(chǎng)呢?我們從現(xiàn)行組件組串技術(shù)應(yīng)用于屋面分布式發(fā)電的主要技術(shù)痛點(diǎn)說(shuō)起。

常規(guī)光伏技術(shù)應(yīng)用于屋頂發(fā)電的技術(shù)痛點(diǎn)：

1、熱斑效應(yīng)：

一串聯(lián)支路的電池組中任意電池如被遮蔽，將被當(dāng)作負(fù)載消耗其他有光照的太陽(yáng)電池組所產(chǎn)生的能量，被遮蔽的太陽(yáng)電池組件此時(shí)會(huì)發(fā)熱。這種效應(yīng)能?chē)?yán)重的破壞太陽(yáng)電池，直接導(dǎo)致失效或著火燃燒。傳統(tǒng)光伏組件技術(shù)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)存在這樣的天然缺陷。

2、PID效應(yīng)：

又稱(chēng)電勢(shì)誘導(dǎo)衰減，是電池組件的封裝材料和其上表面及下表面的材料，電池片與其接地金屬邊框之間在高電壓作用下出現(xiàn)離子遷移，而造成組件性能衰減的現(xiàn)象。PID效應(yīng)是長(zhǎng)期導(dǎo)致組件衰減甚至嚴(yán)重退化的主要原因，由此引起的組件功率衰減有時(shí)甚至超過(guò)50%;導(dǎo)致這一危害的根本原因就是現(xiàn)有的光伏組件在組建發(fā)電網(wǎng)絡(luò)時(shí)是采用串聯(lián)方式，形成20~30余倍的單個(gè)組件電壓，如1000V的直流電壓。

光伏高壓直流拉弧試驗(yàn)視頻記錄，大約到100V直流電壓時(shí)，電弧變成破壞性的拉弧火焰。

3、高壓直流拉?。?/p>

傳統(tǒng)光伏組件采用串聯(lián)方式連接，形成直流側(cè)高壓，目前采用1000V,1500V二個(gè)電壓等級(jí)。該電壓在分布式發(fā)電應(yīng)用場(chǎng)景之中，人與光伏板接觸緊密，從而對(duì)人類(lèi)活動(dòng)構(gòu)成極大的安全威脅。高壓直流也容易拉弧引發(fā)火災(zāi)，該因素約占屋頂分布式光伏發(fā)電火災(zāi)因素的45%。

4、耐候性問(wèn)題：

傳統(tǒng)光伏組件背面為有機(jī)材料在屋頂高溫高濕度的環(huán)境下，耐候性能大大降低，使用壽命低于地面電站場(chǎng)景。

5、獨(dú)立運(yùn)行問(wèn)題：

傳統(tǒng)光伏組件采用串聯(lián)方式連接，導(dǎo)致各光伏組件不能獨(dú)立運(yùn)行，一旦其中一個(gè)組件出現(xiàn)問(wèn)題，串內(nèi)的能量會(huì)聚集到問(wèn)題組件，極易造成火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)。

6、消防問(wèn)題：

傳統(tǒng)光伏組件產(chǎn)品的背面為有機(jī)材料或玻璃，均無(wú)法達(dá)到建筑防火A2級(jí)要求;BIPV產(chǎn)品內(nèi)側(cè)必須是防火耐燃材料，確保符合消防標(biāo)準(zhǔn)。

7、承重問(wèn)題：

傳統(tǒng)的組件產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)力學(xué)設(shè)計(jì)，只能保證一定風(fēng)壓力，從來(lái)沒(méi)有考慮過(guò)人在組件面上的活動(dòng)。但BIPV產(chǎn)品作為建筑材料，必須考慮人在上面的行走活動(dòng)。

8、隱裂風(fēng)險(xiǎn)：

隱裂就是一些肉眼不可見(jiàn)的細(xì)微破裂，晶硅電池片由于其自身晶體結(jié)構(gòu)的特性，很容易破裂，隱裂可以說(shuō)是一種較為常見(jiàn)的電池片自身缺陷。會(huì)導(dǎo)致電池片部分乃至整片失效。傳統(tǒng)產(chǎn)品因?yàn)槲纯紤]人類(lèi)在組件表面的活動(dòng)，因此對(duì)隱裂問(wèn)題是沒(méi)有設(shè)計(jì)控制措施的。BIPV因?yàn)槭苋祟?lèi)日常活動(dòng)影響，采用晶硅電池的BIPV必須考慮隱裂帶來(lái)的風(fēng)險(xiǎn)。

9、電氣安全：

BIPV產(chǎn)品作為建筑材料，其應(yīng)用場(chǎng)景大大有別于傳統(tǒng)組件產(chǎn)品，作為建筑材料已經(jīng)與人類(lèi)生活緊密相連，密不可分，電氣的安全性成為重大的考量。任何高于人類(lèi)需求的安全電壓的BIPV產(chǎn)品都會(huì)給人類(lèi)生活安全構(gòu)成威脅。真正的BIPV產(chǎn)品首先要在電氣電壓安全方面做好徹底的防范保證。安全低壓產(chǎn)品無(wú)疑是最佳解決方案。

10、建筑通用性：

BIPV產(chǎn)品作為建筑材料產(chǎn)品，應(yīng)該與既有建筑維護(hù)結(jié)果充分的銜接，盡量通用一致以實(shí)現(xiàn)既有建筑的大規(guī)模使用。

上述問(wèn)題惡化后導(dǎo)致組件失效，甚至著火燃燒。這也就不難解釋屋面光伏發(fā)電著火概率遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于地面電站的原因。上述缺陷也是導(dǎo)致過(guò)去30多年來(lái)，建筑光伏一體化(BIPV)產(chǎn)業(yè)發(fā)展一直止步不前的根本原因，市場(chǎng)急需創(chuàng)新產(chǎn)品和解決方案出現(xiàn)。

建材化的光伏材料(第二代BIPV)：潛力巨大的產(chǎn)業(yè)

其實(shí)人類(lèi)如果可以全面的做到在建筑物和構(gòu)筑物屋頂大面積的光伏發(fā)電，加上儲(chǔ)能技術(shù)的應(yīng)用，完全可以實(shí)現(xiàn)電力的平穩(wěn)和高質(zhì)量輸出，大面積的代替化石能源。

如果大量的屋頂都安裝光伏發(fā)電或建材化的光伏發(fā)電，其發(fā)電量基本可以大量代替現(xiàn)有的化石能源。建材化光伏發(fā)電+儲(chǔ)能，已經(jīng)成為可以解決人類(lèi)能源革命的技術(shù)路線。

大量的地面光伏電站將成為補(bǔ)充，化石能源的發(fā)電量也將逐步減少，逐漸成為未來(lái)電力能源的配角，清潔的可再生電力能源供給將成為市場(chǎng)主體。

建材化的光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)才是是未來(lái)增長(zhǎng)潛力最大、發(fā)展前景最好的新能源產(chǎn)業(yè)。

對(duì)中國(guó)建材化光伏產(chǎn)業(yè)來(lái)說(shuō)，市場(chǎng)容量巨大?，F(xiàn)有全國(guó)總建筑面積800多億平米，住宅占2/3，工商業(yè)占據(jù)1/3。 住宅屋頂可安裝光伏面積70多億平米，立面近30億平米，合計(jì)近100億平米，可安裝1500GW，6萬(wàn)億元市場(chǎng)。

非住宅的工商業(yè)屋頂250億平米，合計(jì)可安裝光伏2500GW，約10萬(wàn)億元的市場(chǎng)。 其中商業(yè)建筑和公共建筑屋頂大約80億平米，大約可安裝70-90GW，市場(chǎng)大約3000-4000億元。

最近5年每年施工面積130億多平米，每年竣工比例大約30%，約35多億平米。 每年住宅竣工比重一半以上，約18億平米。一半商品房一半大約8億，農(nóng)村住宅一半多10億平米。

中國(guó)2017年新增光伏裝機(jī)容量53GW，已經(jīng)連續(xù)五年保持全球新增裝機(jī)規(guī)模全球第一。并且在未來(lái)將保持全球最大的光伏應(yīng)用市場(chǎng)。國(guó)家發(fā)改委和國(guó)家能源局在2017年發(fā)布了《能源生產(chǎn)和消費(fèi)革命戰(zhàn)略(2016—2030)》，其中明確，到2020年非化石能源占比達(dá)到15%,2030年達(dá)到20%，2050年占比超過(guò)50%。當(dāng)前核電發(fā)展碰到了前所未有的困難，水電、風(fēng)電則已開(kāi)發(fā)殆盡，不可能出現(xiàn)顛覆性的變化，全球各國(guó)都面臨同樣的問(wèn)題。所以，光伏將被寄予厚望。

據(jù)行業(yè)權(quán)威人士對(duì)未來(lái)5~7年我國(guó)光伏市場(chǎng)規(guī)模做了一個(gè)估算。我國(guó)到2030年的初步想法是人均消費(fèi)8000度電，按14億人計(jì)算，每年將消費(fèi)10.2萬(wàn)億度。而去年光伏發(fā)電量為1100億度，相當(dāng)于全國(guó)發(fā)電量的1%。如果到時(shí)光伏發(fā)電量占比達(dá)到10%，即1.1萬(wàn)億度電。按目前的效率光伏至少需要裝機(jī)達(dá)到800GW才能完成這一目標(biāo)。如果光伏到2030年做到約1.5萬(wàn)億度電，那么就需要1200GW規(guī)模。目前離2030年還剩12年，要想達(dá)到800GW裝機(jī)，此后至少每年新增裝機(jī)50~65GW。

另外，新能源汽車(chē)的發(fā)展，還會(huì)為產(chǎn)業(yè)疊加每年30~50GW的新增可再生能源發(fā)電。

全球蓬勃發(fā)展的光伏市場(chǎng)

除中國(guó)以外的其他亞太國(guó)家市場(chǎng)方面，日本2017年裝機(jī)總量為7.5GW，未來(lái)規(guī)模會(huì)因?yàn)锽IPV的技術(shù)導(dǎo)入，擴(kuò)大新的市場(chǎng)空間，每年的新增量還會(huì)在7GW~10GW以上。印度作為快速發(fā)展的光伏市場(chǎng)之一，預(yù)計(jì)到2020年每年新增裝機(jī)量約為10-13GW左右。澳大利亞發(fā)展也很快，2018年的裝機(jī)量將超過(guò)2GW。

歐洲的市場(chǎng)在緩慢復(fù)蘇，荷蘭市場(chǎng)最新2018年的招標(biāo)批準(zhǔn)的項(xiàng)目達(dá)到2.4GW，并且未來(lái)到2020年仍將保持該規(guī)模的增長(zhǎng)。法國(guó)也通過(guò)6輪招標(biāo)確定了3.9GW的地面電站項(xiàng)目和1.2GW的屋頂項(xiàng)目。法國(guó)規(guī)劃目標(biāo)為18~20GW，一半以上將采用BIPV技術(shù)。除此以外，意大利和西班牙的PPA市場(chǎng)增速很快，市場(chǎng)規(guī)模2019年將新增無(wú)補(bǔ)貼項(xiàng)目2GW。

美洲市場(chǎng)具有很大的發(fā)展?jié)摿?。美?guó)2017年新增裝機(jī)量超過(guò)10GW，未來(lái)4-5年預(yù)計(jì)新增裝機(jī)量為8-10 GW。拉美地區(qū)以墨西哥和阿根廷為主，墨西哥2018年的招標(biāo)項(xiàng)目已經(jīng)超過(guò)2GW，阿根廷RENOVA計(jì)劃的總規(guī)模也已經(jīng)超過(guò)了1.5GW，未來(lái)根據(jù)阿根廷政府的規(guī)劃，到2020年其全國(guó)的裝機(jī)總量突破5GW。

中東和非洲市場(chǎng)起步晚，但其規(guī)劃的項(xiàng)目也很龐大，到2020年沙特預(yù)計(jì)新增20GW的電站，北非摩洛哥560MW項(xiàng)目2019開(kāi)工建設(shè)，土耳其2018~2019年新增項(xiàng)目也將達(dá)到2.3GW。

上述市場(chǎng)中潛在包含大量BIPV產(chǎn)品的需求，但由于市場(chǎng)上并無(wú)成熟的建材化BIPV產(chǎn)品，造成大量潛在市場(chǎng)無(wú)法真正顯現(xiàn)，我們預(yù)測(cè)上述市場(chǎng)至少超過(guò)20%~40%是需要或新增的潛在BIPV市場(chǎng)。一旦建材化的BIPV技術(shù)成熟應(yīng)用，地面光伏電站的市場(chǎng)占比將急劇萎縮，分布式發(fā)電的市場(chǎng)占比將很快成為主流。因?yàn)榻ú幕腂IPV存在天然的低成本和多功能的優(yōu)勢(shì)。

預(yù)測(cè)未來(lái)5~10年，建材化光伏市場(chǎng)會(huì)超過(guò)每年30~50GW的容量。

中國(guó)政策鼓勵(lì)光伏行業(yè)發(fā)展

光伏行業(yè)是我國(guó)為數(shù)不多的可以同步參與國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)，并有已經(jīng)達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先水平的行業(yè)。由于光伏發(fā)電具有技術(shù)先進(jìn)性、資源無(wú)限性和綠色環(huán)保性等特征，它對(duì)我國(guó)實(shí)現(xiàn)工業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)、調(diào)整能源結(jié)構(gòu)、發(fā)展社會(huì)經(jīng)濟(jì)、推進(jìn)節(jié)能減排具有重要意義。近年來(lái)，國(guó)家密集出臺(tái)了一系列政策文件支持太陽(yáng)能光伏行業(yè)發(fā)展，特別是分布式光伏發(fā)電的發(fā)展。

分布式發(fā)電應(yīng)用技術(shù)中，建材化的BIPV無(wú)疑是未來(lái)的主流技術(shù)。

2018年6月1日，國(guó)家發(fā)改委、財(cái)政部、國(guó)家能源局聯(lián)合發(fā)布《關(guān)于2018年光伏發(fā)電有關(guān)事項(xiàng)的通知》(發(fā)改能源〔2018〕823號(hào))。這則落款時(shí)間為5月31日的千余字通知，提出“暫不安排2018年普通光伏電站建設(shè)規(guī)模”，“加快光伏發(fā)電補(bǔ)貼退坡，降低補(bǔ)貼強(qiáng)度”，且規(guī)定自發(fā)文之日起實(shí)施，被業(yè)內(nèi)稱(chēng)為“531”新政。

2019年2月18日，國(guó)家能源局公布2019年新能源新政討論結(jié)果，光伏發(fā)電進(jìn)入無(wú)補(bǔ)貼時(shí)代的前夜，預(yù)計(jì)中國(guó)市場(chǎng)新增45GW以上，戶(hù)用屋頂3-5GW，工商業(yè)15-20GW，地面25-30GW。

分布式18~25GW，其中建材化光伏2~3GW，2020年會(huì)進(jìn)入高速增長(zhǎng)元年。 地面電站因?yàn)槌跬顿Y高，投資收益下降。但建材化的BIPV產(chǎn)品因?yàn)橄到y(tǒng)造價(jià)和維護(hù)成本的巨大競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，安全可靠的品質(zhì)優(yōu)勢(shì)，即將成為首批新建及改造屋頂用戶(hù)分布式解決方案。

在“加快光伏發(fā)電補(bǔ)貼退坡，降低補(bǔ)貼強(qiáng)度”的政策指導(dǎo)下，2019年國(guó)內(nèi)光伏產(chǎn)業(yè)變得撲簌迷離。但潛在的建材化光伏產(chǎn)業(yè)，后發(fā)國(guó)家基礎(chǔ)能源設(shè)施建設(shè)直接過(guò)渡到可再生清潔能源技術(shù)，每年全球數(shù)萬(wàn)億美元的潛在市場(chǎng)，這都 需要中國(guó)光伏人去挖掘，引導(dǎo)，發(fā)展。光伏產(chǎn)業(yè)的創(chuàng)新發(fā)現(xiàn)依然是主旋律。

建材型BIPV產(chǎn)品技術(shù)即將迎來(lái)新的歷史機(jī)遇!赫里歐HELIOS作為一家聚焦BIPV的新興高科技企業(yè)，顛覆性解決了常規(guī)光伏的四大痛點(diǎn)，開(kāi)創(chuàng)了建材型BIPV光伏，打造了全球最安全A2級(jí)的光伏BIPV系統(tǒng)，無(wú)論是直接替代屋頂還是給常規(guī)屋頂再做一個(gè)光伏屋頂，保護(hù)原有屋頂，均能實(shí)現(xiàn)BIPV大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化市場(chǎng)化的夢(mèng)想，因?yàn)楹绽餁W的BIPV可以節(jié)省四大成本降低系統(tǒng)造價(jià)1/3，3-5年收回投資，開(kāi)創(chuàng)一個(gè)2000億的新藍(lán)海。如果某一天人們能高效利用太陽(yáng)能，相信能解決很大的能源問(wèn)題，畢竟太陽(yáng)能是符合可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的，能保證人類(lèi)的永續(xù)發(fā)展，需要我們科研人員更加努力。