破局屋顶光伏常规组件“ 痛点”！迎光伏建筑一体化巨大市场
发布日期：2019/5/27
光伏建筑一体化(Building Integrated Photovoltaics，简称BIPV)是与新建筑物同时设计、同时施工和同时安装并与建筑形成结合的光伏发电系统，是建筑物必不可少的一部分，既发挥建筑材料的功能(如遮风、挡雨、隔热等)，又发挥发电的功能，使建筑物成为绿色建筑。这与附着在建筑物上的太阳能光伏发电系统(BAPV)完全不同，BIPV的电池作为建筑物外部结构的一部分，既具有发电功能又具有建筑材料的功能，还可以提升建筑物的美感，与建筑物形成的统一体。
2019年世园会中国馆 金黄色的幕墙和采光屋顶采用光伏发电玻璃
在众多可再生能源发电技术中，光伏发电是最具备普适性、分布式的发电技术，也是最值得期待的一项能源革命技术。但传统常规光伏一般与建筑是分离的，无法实现与建筑的高度结合，更无法实现与建材的结合和替代。
现行光伏組串技术路线大多以20余块组件为主，组成一个串，形成1000V，1500V级的直流高压线路进入直流汇流箱，再进入集中式逆变器或組串式逆变器。在一个組串过程中，各组件电压进行叠加，形成一个叠加的直流侧高电压。为降低組串过程损失，避免木桶短板效应，因此要求每个組串内组件的工况（发电运行工作参数）尽可能保证一致性。
BIPV代表项目-嘉兴光伏科技馆
地面光伏电站应该进行场地平整，让每一个組串的组件尽可能安装在一个支架阵列中，同时，务必做好日常维护，检查热斑，組串电流偏差，进行灰尘清理，以尽量保证組串内组件工况的一致性。
但分布式发电应用场景，存在更多的不确定性，加上难以维护清扫积灰，組串内各组件工况的一致性难以保证，因而会放大地面电站运行中存在的孤立或小概率事件发生。
薄膜组件光伏瓦住宅项目应用
而建筑光伏一体化BIPV是应用太阳能发电的一种新概念：在建筑维护结构外表面结合建筑材料形成光伏与建筑的结合，光伏发电提供电力。
目前，在新建建筑中系统集成绿色智能发电系统建筑，已成为各国的共识，也是建筑发展的趋势。建材型光伏，让光伏融入设计、融入建材，融入建设，成为建筑基本功能的一部分。
根据这一设想，建材化的光伏产业到底有多大呢？是个小众市场还是未来的主流市场呢？我们从现行组件組串技术应用于屋面分布式发电的主要技术痛点说起。
常规光伏技术应用于屋顶发电的技术痛点:
1、热斑效应：
一串联支路的电池组中任意电池如被遮蔽，将被当作负载消耗其他有光照的太阳电池组所产生的能量，被遮蔽的太阳电池组件此时会发热。这种效应能严重的破坏太阳电池，直接导致失效或着火燃烧。传统光伏组件技术的结构设计存在这样的天然缺陷。
（热斑效应）
2、PID效应：
又称电势诱导衰减，是电池组件的封装材料和其上表面及下表面的材料，电池片与其接地金属边框之间在高电压作用下出现离子迁移，而造成组件性能衰减的现象。PID效应是长期导致组件衰减甚至严重退化的主要原因，由此引起的组件功率衰减有时甚至超过50%；导致这一危害的根本原因就是现有的光伏组件在组建发电网络时是采用串联方式，形成20~30余倍的单个组件电压，如1000V的直流电压。
光伏高压直流拉弧试验视频记录，大约到100V直流电压时，电弧变成破坏性的拉弧火焰。
3、高压直流拉弧：
传统光伏组件采用串联方式连接，形成直流侧高压，目前采用1000V,1500V二个电压等级。该电压在分布式发电应用场景之中，人与光伏板接触紧密，从而对人类活动构成极大的安全威胁。高压直流也容易拉弧引发火灾，该因素约占屋顶分布式光伏发电火灾因素的45%。
4、耐候性问题：
传统光伏组件背面为有机材料在屋顶高温高湿度的环境下，耐候性能大大降低，使用寿命低于地面电站场景。
5、独立运行问题：
传统光伏组件采用串联方式连接，导致各光伏组件不能独立运行，一旦其中一个组件出现问题，串内的能量会聚集到问题组件，极易造成火灾风险。
6、消防问题：
传统光伏组件产品的背面为有机材料或玻璃，均无法达到建筑防火A2级要求；BIPV产品内侧必须是防火耐燃材料，确保符合消防标准。
7、承重问题：
传统的组件产品的结构力学设计，只能保证一定风压力，从来没有考虑过人在组件面上的活动。但BIPV产品作为建筑材料，必须考虑人在上面的行走活动。
8、隐裂风险：
隐裂就是一些肉眼不可见的细微破裂，晶硅电池片由于其自身晶体结构的特性，很容易破裂，隐裂可以说是一种较为常见的电池片自身缺陷。会导致电池片部分乃至整片失效。传统产品因为未考虑人类在组件表面的活动，因此对隐裂问题是没有设计控制措施的。BIPV因为受人类日常活动影响，采用晶硅电池的BIPV必须考虑隐裂带来的风险。
9、电气安全：
BIPV产品作为建筑材料，其应用场景大大有别于传统组件产品，作为建筑材料已经与人类生活紧密相连，密不可分，电气的安全性成为重大的考量。任何高于人类需求的安全电压的BIPV产品都会给人类生活安全构成威胁。真正的BIPV产品首先要在电气电压安全方面做好彻底的防范保证。安全低压产品无疑是最佳解决方案。
10、建筑通用性：
BIPV产品作为建筑材料产品，应该与既有建筑维护结果充分的衔接，尽量通用一致以实现既有建筑的大规模使用。
上述问题恶化后导致组件失效，甚至着火燃烧。这也就不难解释屋面光伏发电着火概率远远大于地面电站的原因。上述缺陷也是导致过去30多年来，建筑光伏一体化（BIPV）产业发展一直止步不前的根本原因，市场急需更具创新产品和解决方案出现。
青海国投大厦建筑光伏一体化项目
1、政策推动与绿色建筑发展下 BIPV未来发展空间巨大
一个新兴产业的发展，政府政策往往起着重要作用。除了以上的“531政策”以外，国家也发布了一系列光伏建筑一体化的推动政策。例如《太阳能发展“十三五”规划》中提到要大力推进屋顶分布式光伏发电，到2020年建成100个分布式光伏应用示范区。随着光伏行业自身的发展越来越走向精细化，绿色建筑的发展也对节能技术提出越来越多的要求，这些将倒逼BIPV方案快速成熟化，驱动BIPV产业快速发展。
从《光电建筑发展“十三五”规划纲要(征求意见稿)》的目标来看，未来我国将在创新发展、绿色发展的原则上，争取到2020年建筑光伏装机容量达到50GW，达到建筑光伏占分布式光伏装机总量的70%、光伏装机总量的33%；同时，力争使新建光电建筑占新建绿色建筑的25%。
对中国建材化光伏产业来说，市场容量巨大。现有全国总建筑面积800多亿平米，住宅占2/3，工商业占据1/3。 住宅屋顶可安装光伏面积70多亿平米，立面近30亿平米，合计近100亿平米，可安装1500GW，6万亿元市场。
非住宅的工商业屋顶250亿平米，合计可安装光伏2500GW，约10万亿元的市场。 其中商业建筑和公共建筑屋顶大约80亿平米，大约可安装70-90GW，市场大约3000-4000亿元。
最近5年每年施工面积130亿多平米，每年竣工比例大约30%，约35多亿平米。 每年住宅竣工比重一半以上，约18亿平米。一半商品房一半大约8亿，农村住宅一半多10亿平米。
2、薄膜组件在建筑光伏一体化应用上的完美契合
谈光伏技术和组件，首先要谈半导体吸收层的材料，因为材料很多时候决定了技术的优劣势。碲化镉的材料有几个特性，我们认为是做高效薄膜电池的一个很主要的特点：一是最好的光谱响应，二是吸收系数非常好，三是二元化合物系统，四是性能提升空间大。
碲化镉最近十几年，在效益的提升上获得了一些非常显著的提升，目前在实验室的电池已经突破了22，商业化组件的最高转化效率也达到18.6，在薄膜电池里应该来说是比较领先的。在海外大型地面电站上，特别是在美国，碲化镉在大型地面电站的应用，仅次于晶硅，甚至在海外市场，大型地面电站和晶硅还是拼的很厉害。
碲化镉彩色幕墙社区项目
碲化镉产品的一些优势：发电能力强、转化效率高、温度系数低、弱光效应好、稳定性高、热斑效应小、破损率极小、色彩均匀、美观大方。比如说温度系数低，由于它的材料特性，所以决定了它的温度系数非常低，经过检测认证温度系数只有0.21，相对绝大多数晶硅的温度系数，碲化镉只有不到晶硅的不到一半。另外，碲化镉组件由于吸收系数非常小，呈现的就是黑色，非常的美观，而且没有色差，因此在建筑上的应用，客户除了对经济有考量以外，特别是在对组件的外观度有要求的时候，碲化镉组件有很大优势。
碲化镉生产线照片
因为碲化镉薄膜电池不同于晶硅的产业链，晶硅的产业链分硅料、电池片、组件等几个大的环节，但是碲化镉的生产链条非常短，基本上在一个车间里，从玻璃到最后的组件全部可以在一个车间里完成，而且这个制造过程非常的自动化和智能化。
来源：光伏智库
