中国金茂：打造会发电的房子 引领绿色建筑发展
发布日期：2020/10/26
我国经济高速发展，带给了人们美好的物资生活，但城市化进程所带来的资源能源短缺、生态环境恶化等问题不容乐观，坚持绿色生态发展是必然的趋势。作为一个以“释放未来生命力”为己任的城市运营商，2011年起，中国金茂将绿色战略作为公司的主战略之一，“绿色”也成为中国金茂产品技术发展的主导方向，其中首要面对的便是能源。
中国金茂一直倡导使用绿色可再生能源，从09年首个府系项目-广渠金茂府开始，地源热泵便在府系产品中广泛使用，成为十二大科技系统的核心。2018年，中国金茂发布“府系2.0”，在发布盛典中，中国金茂总裁李从瑞表示：“在建筑运营、城市运行的各个环节中，能源都起着至关重要的作用，中国金茂始终致力于智慧能源研究，打造智慧能源站和‘会发电的房子’，为城市探索出一条可持续发展之路。”
要打造“会发电的房子”，光伏与建筑一体化技术（BIPV）应用至关重要。首先让我们了解一下光伏发电技术及其应用场景。
01光伏发电基本原理
光伏发电原理可以总结为四个字：光生伏打。太阳光照在半导体p-n结上，半导体材料吸收能量，能量赋予电子，电子游离形成空穴-电子对，在不断的太阳光照作用下，空穴持续由n区流向p区，电子由p区流向n区，从而在p-n结内形成持续的电场，接通电路后就形成电流。这就是光生伏打效应，即光伏电池的工作原理。
光伏发电的电池组件可以模块化拼接，具有安装维护方便、使用方式灵活等特点。电池组件的结构和系统应用原理图如下：
光伏系统应用原理图 光伏电池组件结构图
目前，主流的光伏电池可分为两大类。晶硅电池和薄膜电池。这两类电池在不同的应用领域各有优势。晶硅电池的价格比薄膜电池便宜，效率也略高于薄膜电池。但在现有技术条件下，晶硅芯片无法透光，只能利用电池片排布的间隙透光，主要用于非透光型产品。薄膜电池可分为碲化镉和铜铟镓硒电池。碲化镉由于原材料成本低，生产工艺相对简单，因此更有价格优势。薄膜电池的主要优势在于可利用激光刻蚀技术，实现均匀的透光效果，更适合采光顶，透光幕墙等透光型产品。
晶硅光伏产品 薄膜透光光伏产品
02光伏产品应用场景简介
2.1建筑外场景类
该场景定位于围挡设施、市政设施方面，主要应用于围栏、围墙、路面、路灯、隔音壁等。
2.2建筑表皮场景类
该场景定位于建筑立面、建筑顶层、层间窗户、门窗遮阳方面，主要应用于别墅屋顶光伏瓦、光伏玻璃幕墙、光伏窗、光伏LED采光顶、加油站安全供电等。
2.3户用场景类
该场景定位于户外设备、智能穿戴方面，主要应用于光伏车、户外穿戴设备、光伏充电宝、野营灯、光伏门锁、光伏水龙头等应用场景。
近年来，金茂人为实现“会发电的房子”这一目标，在技术研发和应用方面付出了很多努力。
03中国金茂BIPV技术研发
中国金茂从2018年即由总部产品管理中心牵头密集开展了光伏应用调研与技术研究，2019年04月金茂绿建组建了BIPV专项研发团队。研发团队在2019年09月成功完成了金茂墙和金茂顶BIPV产品立项；2019年09月组建了国内首个BIPV院士工作站，2020年08月完成顺义光伏建材实验室的投入运营。2020年09月团队迎来了中化集团杨华总经理的视察指导，同月邀请了建筑节能和光伏领域的内外部专家对研究成果进行评审，专家给予了高度肯定和支持。
在公司支持和全体人员不断努力下，金茂绿建光伏研发团队已完成3大系列9类产品的研发，累计申请专利30多项，参编国家标准1项，团体标准2项，并受邀成为中国光伏行业协会的光伏建筑专委会委员单位。
目前研发的产品主要有以下几种：
3.1透光款光伏组件
可以应用在建筑阳光房、商业建筑中庭采光顶等位置，在满足建筑光线的要求下，还可增加建筑发电属性，为建筑整体降低能耗。
3.2透光LED款光伏组件类
在基础款上增加LED显示功能，可实现定制图案（满天星空、地方代表文化图案）内容，实现白天发电，夜间发光亮化，增加商业建筑亮点。
透光款光伏组件 透光LED款光伏组件
3.3透光LED视频款光伏组件
在LED款基础上增加视频功能，可播放任意视频内容，后期可招商用于广告宣传，并且可以打造“网红打卡地”商业IP，增加卖点，吸引客流，实现可观的商业附件收益。
透光LED视频款光伏组件
3.4金茂墙黑色基础款
纯黑色外观效果，可替代建筑外立面的黑色铝板或装饰板等部位，与建筑设计良好融合，实现发电建材功能一体化。
3.5金茂墙石材款
完美契合高端住宅设计语言，替代立面的石材墙面。在不改变外观效果的情况下，增加建筑发电功能，实现发电功能与建筑美观的完美统一。
金茂墙黑色基础款 金茂墙石材款
3.6建筑外场景类
通过不同的工艺，将光伏产品外观制作成多彩化，可应用于商业、写字楼等公建项目的幕墙。
3.7架空隔热发电系统
该产品通过将屋顶表面的太阳辐射热吸收转化为电能，以及架空通道散热技术，可实现顶层隔热，有效降低顶层室内温度。此外通过特殊设计的防水系统，还可以替代建筑防水层，延长建筑寿命，让物业轻松管理。本产品既可用于新建项目，也可用于既有改造项目。
开展技术研发的同时，金茂也迎来多个光伏项目的应用落地。
04中国金茂BIPV技术应用案例
4.1金茂绿创中心光储微网项
项目采用碲化鎘光伏发电技术，碲化鎘薄膜具有发电能力强、弱光效应好、稳定性高等特点，设计了东立面、南立面、最佳倾角、15°倾角，不同厂家共5个光伏子单元来验证不同朝向、不同厂家产品的发电性能。同时，在东立面和南立面进行了建筑外立面应用效果的展示。
项目年发电量约4万度，根据北京市峰谷电价时段计算光伏发电时段加权电价为1.2131元/kWh，年收益约为4.9万元，项目回收期为5年。
经核算，项目光伏发电量占建筑全年用电量的5%以上，通过可再生能源利用率项达标，力助项目获得被动式超低能耗绿色建筑标识，并成为北京市超低能耗建筑示范工程。
4.2青岛西海岸创新科技城展示中心建筑光伏一体化项目
本项目为青岛市地标性建筑之一，获得了健康建筑二星设计标识及国际Construction21奖项。项目发电部分位于展示中心屋顶，全部采用BIPV建筑光伏一体化设计思路，采用黑色光伏幕墙代替传统铝板装饰幕墙。项目光伏安装面积300㎡，装机容量40kW，年发电量5万kWh。
4.3青岛即墨国际智慧新城展示中心屋顶发电项目
青岛即墨国际智慧新城是即墨首个BREEAMverygood认证项目，项目在其展示中心屋顶设有光伏发电系统，采用碲化鎘光伏组件水平安装，发电的同时还起到架空隔热的效果。项目装机容量30.77kw，年发电量预计约3.5万kwh。
4.4济南奥体金茂府建筑光伏一体化项目
济南奥体金茂府总建筑面积20万平米，除了采用地源热泵，还在各单体楼栋屋面铺设太阳能发电系统，采用BIPV建筑光伏一体化技术+碲化镉薄膜太阳能电池+智能电网控制系统。项目总装机容量577KW，分布于17栋单体建筑屋面。年提供55万kwh电量，项目也因为可再生能源杰出应用，获得绿建三星设计标识。
4.5金茂绿创中心屋顶石材光伏幕墙改造项目
金茂绿创中心屋顶石材光伏幕墙，是国内首款石材光伏幕墙项目，采用纳米级彩色化实现技术实现3D效果石材外观样式，同时，延用传统立面幕墙的安装方式，最大程度上减少新产品施工方面的特殊性，让石材幕墙在美观的基础上增加了发电功能。
4.6苏州姑苏金茂府新风机雨棚光伏改造
苏州姑苏金茂府屋顶新风机雨棚为钢结构玻璃雨棚。本项目采用国内技术领先的柔性轻薄光伏组件，在不破坏原有结构的条件下，通过在雨棚表面粘接的方式安装光伏组件。既增强了原有雨棚的隔热和防雨功能，又能将光伏所发电量直接供新风机使用，将起到良好的节能示范效果。光伏安装面积35㎡，装机容量6kW，年发电量预计0.6万kWh。
改造前 改造后
05未来商业项目应用
除了住宅、科研办公建筑， BIPV技术在大型商业综合体应用也具有很大空间。目前中国金茂着力打造商业IP，在金茂览秀城开发建设中不断进行创新，其中便结合商业需求进行了BIPV技术专项研究。
对于大型集中商业购物中心，为提供客户一个明亮而自然的环境，需要开设大面积的采光中庭。采光中庭带来自然光照的同时，也带来了强烈的辐射热，从而影响室内温湿度舒适感受，为减少这方面的影响，采光窗需要增设low-e玻璃、遮阳帘等阻隔部分太阳光。从这个场景出发，金茂人考虑：是否可以将光伏与采光顶结合，既保证一定的采光，又能将不需要的太阳光转化利用而不是单纯阻隔？
光伏采光顶与传统高透玻璃采光顶采用的是相同的玻璃结构，传热系数及遮阳系数可满足建材玻璃热工性能要求。光伏采光顶只将需要的光照透射到室内，减少了室内辐射得热，降低了夏季中庭温度梯度上升的问题，并避免了传统采光窗太阳直射问题，提升中庭区域温度与光照舒适度。
BIPV采光顶保障采光需要，与采光顶造型契合，不影响视觉效果，同时将部分太阳光辐射热转化为了电能，提供商业绿色电力。特别的，光伏采光顶还可以与LED显示相结合，夜间可播放动态视频，用于广告宣传和商业展示。并可以吸引顾客参与互动，播放DIY个性视频及文字，成为网红打卡地。
因此，BIPV产品在商业建筑上的应用，有助于打造科技、绿色、智能的高端商业综合体项目。
06结语
我国的太阳能光照资源丰富，每年新建建筑和既有建筑的规模数量也位于世界首位。根据相关数据推算，我国2020年城市建筑面积322.33亿平方米，光伏可安装面积总量达32.07亿平方米，在建筑资源方面BIPV发展空间广阔。
政策层面，国家能源局在2019年指出，壮大清洁能源产业是“十四五”规划的重要目标和任务。国家发改委、国家能源局印发的《能源技术革命创新行动计划(2016-2030年)》中又将“高效太阳能利用技术创新”列入了重点任务当中。
中国金茂利用自身在建筑地产行业积累的优势，将地产资源和光伏技术整合，积极布局BIPV产品研发，所研发的光伏墙和光伏顶等产品极具创新优势和推广应用价值，随着产品技术的不断迭代升级和降本，未来在BIPV市场必将大有可为。
来源：金茂产品管理中心 作者： 金茂绿建 张燎原 方振雷 吴旭东
