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2022-10-01 06:48
商业与经济

墙壁能保温还能发电,零碳建筑最新科技带火BIPV赛道

抛弃传统墙面,换上兼顾墙面和发电功能的光伏板;BIPV目前是建筑领域最奢侈的技术。
低欲望时代,麦当劳中国却要将门店数量翻倍
万慧

■9月20日,北京麦当劳首钢园得来速餐厅正式开业。远望去,它就是一间普通的餐厅,但是这家餐厅露天阳台顶部的遮挡玻璃并不普通,它由透光的双面双玻组件组成,既能发电,又可以让坐下用餐的人们感受到阳光——这便是目前建筑领域最奢侈的屋顶光伏技术。

屋顶光伏是在房屋顶部装设太阳能发电装置,利用太阳能光电技术在城乡建筑领域进行发电,又分为安装式屋顶光伏(BAPV,Building-attached photovoltaics)和光伏建筑一体化(BIPV,Building-integrated photovoltaics)两大类。BIPV是指把光伏发电系统和建筑同时设计、施工、安装,两者融为一体。这种方式可最大限度利用建筑物吸收阳光,所产生的电力供建筑物使用。这样既减少了碳排放,又能节省成本,经济与绿色达到双赢。与之对应的BAPV在已完成的建筑物上安装光伏材料,这些光伏材料的主要功能是光伏发电,不承担建筑物透光、防水、遮风等功能,也不破坏或削弱原有建筑物的功能。

“让一块光伏板依照建筑材料的标准来制作,BIPV需要更复杂的技术,但它是建筑行业实现有效减排的突破口,也是目前建筑行业与光伏行业最热门的话题。不过,由于BIPV前期投入成本较高,市场成熟度不高,因此目前BIPV在国内还处于发展的初级阶段,但它一定是未来的发展趋势。”中国科学院微电子研究所研究员、太阳电池及系统应用研究中心主任贾锐告诉《商业周刊/中文版》。

“很明显,麦当劳这个露天阳台采用的屋顶光伏使用普通BAPV结构做了屋面光伏,为了满足更多的产能需求,以天棚结构对屋面光伏进行了延伸,并铺设了可透光的BIPV双玻组件,又具备发电功能,属于典型的BA/BI混合型PV。”零碳工场(北京)设计咨询有限公司总经理高巍告诉《商业周刊/中文版》。

特斯拉CEO马斯克看好的屋顶光伏也属于BIPV这一类。有消息称,今年8月,特斯拉再次发力屋顶光伏,可能将于年底推出Solar Roof v3.5,该产品将光伏电池嵌入了钢化玻璃中,可直接作为建筑的外立面材料。

BIPV并非新事物。早在上世纪60年代,日本MSK公司最早提出建筑光伏一体化产品,并取得了一定成绩。1998年,荷兰就提出“百万个太阳能屋顶计划”。2009年,我国也开始实施“金太阳工程”,为屋顶光伏发电项目提供财政补贴。2010年,美国通过了“千万太阳能屋顶计划”,规定从2013年-2021年,每年将投资5亿美元用于太阳能屋顶计划。日本也出台了“70000屋顶计划与阳光规划”。据英国太阳能行业协会(Solar Energy UK)报道,今年8月,随着天然气、电力等能源价格飙升,当地屋顶光伏产业迎来了有史以来最强劲的销售狂潮,每周都有3000余起安装太阳能板的施工,正在英国家庭的房顶上进行,与两年前的夏天相比翻了足足三倍。

尽管在国内BIPV的商业化进程还处于初级阶段,但前景广阔。相比其他行业,建筑行业一直是全球能源消耗大户。根据中国建筑节能协会数据,我国建筑全生命周期能耗总量占全国能源消费总量比重为46.5%。其中,建筑运行阶段的能耗占全国能源消费总量比重为21.7%。“降低建筑在运行阶段的能耗,光伏屋顶是较为有效的方式。”贾锐说。

光大证券预计,我国到2030年BIPV装机总容量可达36.7GW,总市场规模可达近1000亿元,约占全球市场的1/6,未来成长空间十分充足。随着“十四五”规划等政策推进、BIPV自身实现盈利良性循环,BIPV有望接力地面电站,成为光伏产业的“主战场”之一。

“就商业化领域而言,公共建筑以及工业建筑是两大市场,住宅以及商业建筑的潜力还有待开发。”贾锐说,“工业电费较贵,而且工厂本身也有节能减排的指标。公共建筑则是政府主导的,他们在节能减排上一直是倡导者,不遗余力。”

以今年6月投入运行的浙江省最大的“不拆瓦”建筑光伏一体化项目为例,该项目涉及长宏国际6个厂房屋顶,约20万平方米,累计安装光伏组件35354块,总装机容量为19267.93千瓦,采用“自发自用,余电上网”的方式向舟山电网系统上送功率,并网运行后年发电量预计达1883万度,节约标准煤7783.8吨,减排二氧化碳15259.46吨,生态和经济效益十分显著。同时,所发绿电用于生产制造,可缓解长宏国际三分之一的用电压力,大幅节省了企业电费。

在BIVP领域探索20多年的零碳工场也体会到了中国BIPV商业化的独特性。“我们在国内最大的客户就是政府机构,其次是私营企业主。这一点与国外的情况不同。”零碳工场亚太区技术总监傅端告诉《商业周刊/中文版》,“从国际的普适角度来看,国外的住宅类建筑多为1-3层单独或联排建筑,更适合BIPV光伏建筑一体化结构体系的应用,效果也明显——舒适度的提升与能源费用的降低;而对于中国而言,是以高密度塔楼式住宅为主流,鲜见有人可以把光伏与非幕墙类建筑能完美结合,而屋顶的可利用面积又小,所以BIPV在住宅领域的商业化并不明显。”他认为,对城乡等人类频繁活动的区域而言,如何不占用宝贵的土地资源,且让千家万户都能用上零排放无污染的洁净能源势在必行。这一点,国外的住宅建筑已经走在了前面。

零碳工场(ZEDfactory)是1999年成立的世界首家只做零碳建筑的设计公司,目前零碳建筑规模占据全球第一。该公司的设计理念超前,它将能耗计算、新材料使用、资源的循环利用以及人们的生活方式都考虑在前期设计中。2002年,零碳工场在英国伦敦建成了“贝丁顿零能耗发展居住区(BedZED)”,它是世界上第一个完整的生态村,也是英国最大的零碳生态区。零碳工场还是上海世博会零碳馆的设计者。“也正是从上海世博会的零碳馆开始,BIPV在国内才开始在商业化进程上走上正轨。”傅端说。

从浙江安吉彰吴镇游客中心,到景德镇陶瓷文化交流中心,从北京市零碳健康幼儿园再到正在进行中的江苏某水处理中心项目,零碳工场的BIPV项目在中国一步步落地,也推动着BIPV市场走向成熟。

“BIPV现在处于‘内冷外热’的阶段,我们‘光伏圈’打得火热,但是与之相关的建筑行业热情度不高,关注度不够。一直都是光伏人想把PV装在建筑上。”中国BIPV联盟主席施正荣曾在中国BIPV联盟年度论坛表示。

光伏圈老大隆基已经有所行动。作为全球光伏龙头,隆基绿能早在2018年便开始布局BIPV。2020年,隆基以16.35亿元收购了国内最大的金属围护企业——森特股份27.25%股权,成为该公司第二大股东,这无疑让光伏圈的老大隆基与建筑行业的跨界更为紧密。紧接着,隆基正式发布“隆顶BIPV”,创新了金属屋面建筑光伏一体化的新形式。今年4月,森特股份全资收购隆基绿能持有的隆基绿能光伏工程有限公司100%股权。至此,两公司在金属围护领域新承接的建筑光伏一体化项目,均由森特承接、实施和交付,彼此互为该领域的唯一合作伙伴。

BIPV的概念因为隆基的入局再次引发各方关注,成为了热点赛道,光伏、建筑行业玩家纷纷入局,产业链也在不断完善,参与者包含上游光伏组件生产商,以隆基股份、阳光电源、通威股份为代表,产品包括硅片、背板和墙体等;中游 BIPV 系统集成商,以江河集团、森特股份、东南网架为代表,主要产品包括光伏屋顶、光伏幕墙、太阳能电池和其它储能设备等;下游客户主要为建筑业,涵盖工厂、房地产和部分减排的国家级建筑。

今年3月,住建部发布《“十四五”建筑节能与绿色建筑发展规划》,提出了“到2025年,完成既有建筑节能改造面积3.5亿平方米以上,全国新增建筑太阳能光伏装机容量0.5亿千瓦以上”的量化目标。“政策的支持,无疑会大大推动BIPV的发展。”贾锐说。

然而,挑战依然存在。数据显示,与发展迅速的光伏行业相比,BIPV仍存在市占率低,普及程度低等问题。据统计我国每年约有40亿平米左右竣工房屋面积,但近些年BIPV的市占率仅有2%。

“不论是中国的住宅建筑还是商业建筑,‘建造的人往往不是住在房子里的人’,这就导致了开发商并不会去在乎建筑是否能为使用者节能或产能,再加上其对造价成本的敏感度,使得这两类项目对于BIPV的应用并不广泛。开发商建好房子就要卖出去,或者出租出去,他们在节能环保方面的考量较为被动,这一点将会阻碍BIPV在住宅类和商业类领域的落地。”傅端告诉《商业周刊/中文版》。

“零碳建筑或者其他科技建筑,目的都是给使用者提供更舒适和便捷的空间,零碳设计的核心是积攒建筑中每一个可以节碳的细节,而零碳建筑产品应该帮助设计表达。”9月29日,由“设计中国北京”主办的“可持续设计峰会”上,高巍在演讲中表示。他认为,建筑是人活动的场所,将光伏发电系统安装在建筑上首先要做到对人友好、安全。这就意味着它需满足建筑的安全、防水、防雷、抗风揭、保温、防火等特性。零碳工场合在解决这些难题的过程中,对BIPV的研发超过20年,产品经过了7次改进3次迭代,才开发了一整套结构系统PowerCladSystem,让零碳设计师可以更加灵活地去在上面匹配光伏电池板、集热模块、外表饰面砖或者门窗,让整个体系在兼顾多样性的同时,不仅可以主动产能,亦可以作为建筑围护体系的一部分具备很好的建筑节能作用。

去年,马斯克也不得不承认,特斯拉犯了“大错”,屋顶的复杂程度太高。他们很难拿出一套通行方案:有的屋顶凹凸不平、有的基层有问题、有的撑不起Solar City的太阳能瓦片。如果要定制化解决,整体价格会比特斯拉最初预估的贵2、3倍。这些问题产生的主要原因在于,当前光伏产品大多是针对地面光伏电站的要求而设计生产的,对于BIPV产品研发制造时,并未真正以一体化理念去考虑光伏材料建材化,难以满足建筑防火、防水、耐候等要求。另外,BIPV安装过程即是建筑结构施工过程,需专业建筑施工团队介入,而非光伏企业安装。

“目前在BIPV领域,建筑设计无疑占据了主导权,而BIPV等光伏产品只是一个上游供应商的角色。未来,随着政策的不断推进,BIPV商业化进程的进一步推进,两个领域必将走向更深入的融合。”傅端说。

总之,在我国,由于存在政策不完善以及标准不统一等各种问题,BIPV未能得到大规模推广应用。但随着光伏行业与建筑行业的跨界合作越发深入,BIPV将为成为光伏领域上的一个黄金赛道。■

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万慧

■9月20日,北京麦当劳首钢园得来速餐厅正式开业。远望去,它就是一间普通的餐厅,但是这家餐厅露天阳台顶部的遮挡玻璃并不普通,它由透光的双面双玻组件组成,既能发电,又可以让坐下用餐的人们感受到阳光——这便是目前建筑领域最奢侈的屋顶光伏技术。

屋顶光伏是在房屋顶部装设太阳能发电装置,利用太阳能光电技术在城乡建筑领域进行发电,又分为安装式屋顶光伏(BAPV,Building-attached photovoltaics)和光伏建筑一体化(BIPV,Building-integrated photovoltaics)两大类。BIPV是指把光伏发电系统和建筑同时设计、施工、安装,两者融为一体。这种方式可最大限度利用建筑物吸收阳光,所产生的电力供建筑物使用。这样既减少了碳排放,又能节省成本,经济与绿色达到双赢。与之对应的BAPV在已完成的建筑物上安装光伏材料,这些光伏材料的主要功能是光伏发电,不承担建筑物透光、防水、遮风等功能,也不破坏或削弱原有建筑物的功能。

“让一块光伏板依照建筑材料的标准来制作,BIPV需要更复杂的技术,但它是建筑行业实现有效减排的突破口,也是目前建筑行业与光伏行业最热门的话题。不过,由于BIPV前期投入成本较高,市场成熟度不高,因此目前BIPV在国内还处于发展的初级阶段,但它一定是未来的发展趋势。”中国科学院微电子研究所研究员、太阳电池及系统应用研究中心主任贾锐告诉《商业周刊/中文版》。

“很明显,麦当劳这个露天阳台采用的屋顶光伏使用普通BAPV结构做了屋面光伏,为了满足更多的产能需求,以天棚结构对屋面光伏进行了延伸,并铺设了可透光的BIPV双玻组件,又具备发电功能,属于典型的BA/BI混合型PV。”零碳工场(北京)设计咨询有限公司总经理高巍告诉《商业周刊/中文版》。

特斯拉CEO马斯克看好的屋顶光伏也属于BIPV这一类。有消息称,今年8月,特斯拉再次发力屋顶光伏,可能将于年底推出Solar Roof v3.5,该产品将光伏电池嵌入了钢化玻璃中,可直接作为建筑的外立面材料。

BIPV并非新事物。早在上世纪60年代,日本MSK公司最早提出建筑光伏一体化产品,并取得了一定成绩。1998年,荷兰就提出“百万个太阳能屋顶计划”。2009年,我国也开始实施“金太阳工程”,为屋顶光伏发电项目提供财政补贴。2010年,美国通过了“千万太阳能屋顶计划”,规定从2013年-2021年,每年将投资5亿美元用于太阳能屋顶计划。日本也出台了“70000屋顶计划与阳光规划”。据英国太阳能行业协会(Solar Energy UK)报道,今年8月,随着天然气、电力等能源价格飙升,当地屋顶光伏产业迎来了有史以来最强劲的销售狂潮,每周都有3000余起安装太阳能板的施工,正在英国家庭的房顶上进行,与两年前的夏天相比翻了足足三倍。

尽管在国内BIPV的商业化进程还处于初级阶段,但前景广阔。相比其他行业,建筑行业一直是全球能源消耗大户。根据中国建筑节能协会数据,我国建筑全生命周期能耗总量占全国能源消费总量比重为46.5%。其中,建筑运行阶段的能耗占全国能源消费总量比重为21.7%。“降低建筑在运行阶段的能耗,光伏屋顶是较为有效的方式。”贾锐说。

光大证券预计,我国到2030年BIPV装机总容量可达36.7GW,总市场规模可达近1000亿元,约占全球市场的1/6,未来成长空间十分充足。随着“十四五”规划等政策推进、BIPV自身实现盈利良性循环,BIPV有望接力地面电站,成为光伏产业的“主战场”之一。

“就商业化领域而言,公共建筑以及工业建筑是两大市场,住宅以及商业建筑的潜力还有待开发。”贾锐说,“工业电费较贵,而且工厂本身也有节能减排的指标。公共建筑则是政府主导的,他们在节能减排上一直是倡导者,不遗余力。”

以今年6月投入运行的浙江省最大的“不拆瓦”建筑光伏一体化项目为例,该项目涉及长宏国际6个厂房屋顶,约20万平方米,累计安装光伏组件35354块,总装机容量为19267.93千瓦,采用“自发自用,余电上网”的方式向舟山电网系统上送功率,并网运行后年发电量预计达1883万度,节约标准煤7783.8吨,减排二氧化碳15259.46吨,生态和经济效益十分显著。同时,所发绿电用于生产制造,可缓解长宏国际三分之一的用电压力,大幅节省了企业电费。

在BIVP领域探索20多年的零碳工场也体会到了中国BIPV商业化的独特性。“我们在国内最大的客户就是政府机构,其次是私营企业主。这一点与国外的情况不同。”零碳工场亚太区技术总监傅端告诉《商业周刊/中文版》,“从国际的普适角度来看,国外的住宅类建筑多为1-3层单独或联排建筑,更适合BIPV光伏建筑一体化结构体系的应用,效果也明显——舒适度的提升与能源费用的降低;而对于中国而言,是以高密度塔楼式住宅为主流,鲜见有人可以把光伏与非幕墙类建筑能完美结合,而屋顶的可利用面积又小,所以BIPV在住宅领域的商业化并不明显。”他认为,对城乡等人类频繁活动的区域而言,如何不占用宝贵的土地资源,且让千家万户都能用上零排放无污染的洁净能源势在必行。这一点,国外的住宅建筑已经走在了前面。

零碳工场(ZEDfactory)是1999年成立的世界首家只做零碳建筑的设计公司,目前零碳建筑规模占据全球第一。该公司的设计理念超前,它将能耗计算、新材料使用、资源的循环利用以及人们的生活方式都考虑在前期设计中。2002年,零碳工场在英国伦敦建成了“贝丁顿零能耗发展居住区(BedZED)”,它是世界上第一个完整的生态村,也是英国最大的零碳生态区。零碳工场还是上海世博会零碳馆的设计者。“也正是从上海世博会的零碳馆开始,BIPV在国内才开始在商业化进程上走上正轨。”傅端说。

从浙江安吉彰吴镇游客中心,到景德镇陶瓷文化交流中心,从北京市零碳健康幼儿园再到正在进行中的江苏某水处理中心项目,零碳工场的BIPV项目在中国一步步落地,也推动着BIPV市场走向成熟。

“BIPV现在处于‘内冷外热’的阶段,我们‘光伏圈’打得火热,但是与之相关的建筑行业热情度不高,关注度不够。一直都是光伏人想把PV装在建筑上。”中国BIPV联盟主席施正荣曾在中国BIPV联盟年度论坛表示。

光伏圈老大隆基已经有所行动。作为全球光伏龙头,隆基绿能早在2018年便开始布局BIPV。2020年,隆基以16.35亿元收购了国内最大的金属围护企业——森特股份27.25%股权,成为该公司第二大股东,这无疑让光伏圈的老大隆基与建筑行业的跨界更为紧密。紧接着,隆基正式发布“隆顶BIPV”,创新了金属屋面建筑光伏一体化的新形式。今年4月,森特股份全资收购隆基绿能持有的隆基绿能光伏工程有限公司100%股权。至此,两公司在金属围护领域新承接的建筑光伏一体化项目,均由森特承接、实施和交付,彼此互为该领域的唯一合作伙伴。

BIPV的概念因为隆基的入局再次引发各方关注,成为了热点赛道,光伏、建筑行业玩家纷纷入局,产业链也在不断完善,参与者包含上游光伏组件生产商,以隆基股份、阳光电源、通威股份为代表,产品包括硅片、背板和墙体等;中游 BIPV 系统集成商,以江河集团、森特股份、东南网架为代表,主要产品包括光伏屋顶、光伏幕墙、太阳能电池和其它储能设备等;下游客户主要为建筑业,涵盖工厂、房地产和部分减排的国家级建筑。

今年3月,住建部发布《“十四五”建筑节能与绿色建筑发展规划》,提出了“到2025年,完成既有建筑节能改造面积3.5亿平方米以上,全国新增建筑太阳能光伏装机容量0.5亿千瓦以上”的量化目标。“政策的支持,无疑会大大推动BIPV的发展。”贾锐说。

然而,挑战依然存在。数据显示,与发展迅速的光伏行业相比,BIPV仍存在市占率低,普及程度低等问题。据统计我国每年约有40亿平米左右竣工房屋面积,但近些年BIPV的市占率仅有2%。

“不论是中国的住宅建筑还是商业建筑,‘建造的人往往不是住在房子里的人’,这就导致了开发商并不会去在乎建筑是否能为使用者节能或产能,再加上其对造价成本的敏感度,使得这两类项目对于BIPV的应用并不广泛。开发商建好房子就要卖出去,或者出租出去,他们在节能环保方面的考量较为被动,这一点将会阻碍BIPV在住宅类和商业类领域的落地。”傅端告诉《商业周刊/中文版》。

“零碳建筑或者其他科技建筑,目的都是给使用者提供更舒适和便捷的空间,零碳设计的核心是积攒建筑中每一个可以节碳的细节,而零碳建筑产品应该帮助设计表达。”9月29日,由“设计中国北京”主办的“可持续设计峰会”上,高巍在演讲中表示。他认为,建筑是人活动的场所,将光伏发电系统安装在建筑上首先要做到对人友好、安全。这就意味着它需满足建筑的安全、防水、防雷、抗风揭、保温、防火等特性。零碳工场合在解决这些难题的过程中,对BIPV的研发超过20年,产品经过了7次改进3次迭代,才开发了一整套结构系统PowerCladSystem,让零碳设计师可以更加灵活地去在上面匹配光伏电池板、集热模块、外表饰面砖或者门窗,让整个体系在兼顾多样性的同时,不仅可以主动产能,亦可以作为建筑围护体系的一部分具备很好的建筑节能作用。

去年,马斯克也不得不承认,特斯拉犯了“大错”,屋顶的复杂程度太高。他们很难拿出一套通行方案:有的屋顶凹凸不平、有的基层有问题、有的撑不起Solar City的太阳能瓦片。如果要定制化解决,整体价格会比特斯拉最初预估的贵2、3倍。这些问题产生的主要原因在于,当前光伏产品大多是针对地面光伏电站的要求而设计生产的,对于BIPV产品研发制造时,并未真正以一体化理念去考虑光伏材料建材化,难以满足建筑防火、防水、耐候等要求。另外,BIPV安装过程即是建筑结构施工过程,需专业建筑施工团队介入,而非光伏企业安装。

“目前在BIPV领域,建筑设计无疑占据了主导权,而BIPV等光伏产品只是一个上游供应商的角色。未来,随着政策的不断推进,BIPV商业化进程的进一步推进,两个领域必将走向更深入的融合。”傅端说。

总之,在我国,由于存在政策不完善以及标准不统一等各种问题,BIPV未能得到大规模推广应用。但随着光伏行业与建筑行业的跨界合作越发深入,BIPV将为成为光伏领域上的一个黄金赛道。■

 
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