纪振双：建筑光伏一体化（BIPV）长远发展需要回答和解决的五方面问题

截至2021年底，我国分布式光伏累计装机已超过100GW。在已建成投运的分布式光伏中，以依附或集成于建筑的光伏发电(统称“建筑光伏”)为主。

按照与建筑的结合方式，业界将建筑光伏分为依附于建筑的光伏发电(BAPV)和集成于建筑的光伏发电(BIPV)两种类型。按上述分法，技术角度，BAPV比较成熟，BIPV仍处于技术定型和市场培育阶段。

对BIPV，国内习惯称之为“光伏建筑一体化”或“建筑光伏一体化”，目前还没有一个准确定义。狭义认识：光伏组件同时作为发电元件和建筑构件时，称为BIPV;广义理解：按照“建筑、光伏双向适合、同时满足”的总体原则，建筑与光伏发电一体化设计、同步施工和验收时，即为BIPV或光伏建筑一体化。与狭义BIPV相比，广义BIPV的内涵发生变化，更为宽泛。

按上述分法，已建成投运的建筑光伏，多为BAPV，由于建筑与光伏发电分头建设和运管，已暴漏出诸多问题，例如，承载光伏发电设备或系统的建筑构件与其承载的发电设备或系统，寿命不同步、性能和质量要求不统一、维护与检修难协同等。

认识到上述问题，兼顾两方面要求，建筑和光伏发电一体化建设和运管才是未来建筑光伏的发展方向。从这个意义上讲，广义理解BIPV，并称之为“建筑光伏一体化”，更能反应产业的内在需求和技术发展方向。

近几年，光伏建筑一体化的市场潜力被看好，许多企业已着手这方面的技术开发和市场培育，有的技术，经过实践验证，已具备推广应用的条件;另外，国家也比较重视此类形式光伏发电的推广应用，并出台了一些引导性政策和标准。

总体看，建筑光伏，特别是光伏建筑一体化，要想长远、健康地发展，存在以下方面不能回避、需要深入研究和讨论的问题。

问题1：适合于在建筑围护结构上

建设“光伏建筑一体化”设施的建筑类型?

已建成投运的建筑光伏，以工商业和农村居民屋顶光伏为主，多数可以达到应有的质量水平，但也存在问题，特别是安全防控能力不足、效能水平不及预期、与建筑功能和质量要求不匹配、违规和超限建设等方面的问题，究其原因，选址不当是主因之一。

图1为根据现行标准、并考虑光伏应用需要考虑的主要因素，归纳出的建筑类别框图。

图1. 建筑分类

图中所示类别：

1)对工业建筑，按使用功能和属性，又可以分为厂房和库房。对厂房，还可以细分为，如生产厂房、检修厂房、动力厂房;对库房，可以细分为，如化学品库房、原料库房、成品库房。

2)依据GB/T 50504，民用建筑分为居住建筑和公共建筑。居住建筑又包括住宅和宿舍;公共建筑可细分为教育建筑、办公建筑、科研实验建筑、商业建筑、金融建筑、文化娱乐建筑、医疗卫生建筑、体育建筑、交通建筑、民政建筑、司法建筑、宗教建筑、广播电视和邮政用建筑。

3)农业建筑指用于农业、畜牧业生产和加工用的建筑，如粮库、农业大棚、畜禽饲养场、农副产品加工厂房、农机修理厂房。

各类建筑中，按照主要承重结构用材料，可分为木结构建筑、砖木结构建筑、砖混结构建筑、钢筋混凝土结构建筑、钢结构建筑、其他结构建筑。

在建筑屋面、墙面和其他具备条件的围护结构上，上述各类建筑均具备加装光伏的可能性，但需要在确保安全的前提下，从技术、经济多维度考虑，不能冒进。

为实现建筑光伏长远、可持续发展，需要系统考虑“在哪建”的问题，做好顶层设计，特别是优先发展方向和分步实施策略。

1)宜按照细分类型，深度剖析各类建筑的特点及重要和复杂程度，并按照“建筑为主、光伏为辅”的原则，梳理出当下具备条件并适合光伏建设的建筑类型，以及未来的发展空间及建筑光伏技术研究的重点。

2)基于建筑方面的标准要求及光伏发电现有技术，特别在结构和电气安全及可靠性方面的风险防控水平，按照“有所为、有所不为”的原则，明确当下可进行建筑光伏开发应用的场景范围及风险防控重点，以及明确禁止和限制性建筑类型。

问题2：如何实现光伏与建筑的一体化建设?

在已建成投运的建筑光伏中，大多是在即有建筑上加装光伏，建筑和光伏分别设计、施工和验收，如前所述，已暴漏出诸多问题，需要考虑一体化建设和运管问题，特别是一体化设计问题。

图2为基于GB/T 50504归纳，与建筑光伏相关的建筑设计内容及设计过程框图。

图2. 建筑设计内容和过程框图

长远看，建筑光伏应纳入建筑规划和设计系统进行一体化管控。

问题3： 如何协同建筑与光伏发电设备

的检修与维护?

已建成并投入运行的建筑光伏，建筑与光伏发电系统的检修与维护大多分头负责，运行和维护的资源配配置也缺乏统筹，一是造成资源浪费;二是带来运维不便、不及时、效能低下等方面的问题。未来的建筑光伏，

1)可以共用的设施资源，宜纳入建筑设计统筹考虑，如：给水系统、消防设施、检修通道。另外，光伏组件或构件承担建筑功能时，应满足建筑构件替换方面的要求。

2)可按照“现地管护——集中监控——专业检修”的运维组织架构，实现建筑与光伏一体化的现地管护。

问题4：如何实现建筑与光伏

“结构和外观双向适合、性能和质量要求同时满足”?

“适用、经济、绿色、美观“为建筑方针，”高效、安全、可靠“是光伏发电的基本要求。如何实现或满足上述方针和要求，是建筑光伏需要考虑的核心问题，特别在标准和设计层面。

当下，需要优先考虑的是：在有效利用建筑空间、实现光伏发电合理预期的同时，如何有效防范加装光伏所带来的建筑风险。图3为需要防范的建筑风险及光伏发电基本要求概览。

图3. 建筑光伏基本要求及需防范的建筑风险概览

按照“双向适合、同时满足”的总体思路，首先需要解决建筑与光伏发电标准和设计层面的协同问题。图4为建筑与光伏标准要求对比(示例)。

图4. 建筑与光伏发电要求示例

总体看，与建筑光伏相关、建筑和光伏发电方面的标准不协调、不统一的问题比较突出。考虑到当下的实际，可按照“建筑为主、光伏从属、结果导向”原则，从性能要求及验证方法入手，先行制定一些总则性标准。

问题5：如何使集成光伏发电的建筑结构

纳入建筑标准?

图5为建筑光伏一体化应用形式图例。

目前，针对建筑光伏已有一些专用标准，如《建筑光伏系统应用技术标准》(GB/T 51368)、《民用建筑太阳能光伏系统应用技术规范》(JGJ 203)、《太阳能光伏玻璃幕墙电气设计规范》(JGJT 365)，但作为建筑设计基本依据的标准中尚未将此类建筑构件或构造纳入其中，如《屋面工程技术规范》(GB 50345)、《建筑幕墙》(GB/T 21086)，图6为现行标准中给出的屋面和幕墙材料概览。

图5.光伏建筑一体化应用场景示例

图6. 建筑屋面和幕墙用材概览

长远看，要实现建筑光伏立体、全方位应用，需要确立此种类型的结构或构造在建筑标准中的地位，包括建筑图集。这一前提是，能够充分证实建筑光伏能够全方位满足建筑要求。

文章作者：鉴衡CGC