光电建筑的现状与趋势
本文摘要:他从事光电子材料及器件、太阳能电池等方面的科研与开发工作多年。经常参与国家光电建筑补贴项目的评审和验收,以及BIPV相关规范、标准的审查工作。

    他从事光电子材料及器件、太阳能电池等方面的科研与开发工作多年。经常参与国家光电建筑补贴项目的评审和验收,以及BIPV相关规范、标准的审查工作。在国家定调发展分布式发电,国内市场快速启动的背景下,光电建筑作为一种应用模式其发展前景日渐备受关注,我们一起聆听他对光电建筑的独有认识与见解。

  所谓的“光电建筑”,是指光伏发电与建筑物相结合,在建筑物的外围结构表面上布设光伏器件产生电力,从而使建筑物产生绿色能源。

  申请程序与补助标准

  为了鼓励光电建筑在国内的大规模应用,2009年,财政部、住房和城乡建设部联合发布了《关于加快推进太阳能光电建筑应用的实施意见》,财政部出台了《太阳能光伏建筑应用补助资金管理办法》。自此,我国太阳能光伏建筑一体化应用正式进入大面积工程应用的新阶段。

  徐所长首先介绍到,“光伏建筑补贴项目的申请程序大概是这样的:1、太阳能光电建筑应用集中示范区由所在城区管委会提出申请(无管委会的可由所在城市财政、住房城乡建设部门提出申请),并组织编制实施方案,太阳能光电建筑一体化应用示范项目由建筑项目业主单位提出,并按要求编制实施方案。2、省级财政和住房城乡建设主管部门负责对本行政区域内申报的示范项目组织论证及筛选,重点对项目的落实情况、与建筑结合程度、项目建设周期、光伏发电使用及并网情况等进行审查。一般情况下,每个省(区、市)光电建筑集中示范区原则上不超过2个,光电建筑一体化应用项目原则上不超过6个。3、省级财政和住房城乡建设主管部门再将示范项目财政补助资金申请表,报送至财政部经建司、住房城乡建设部建筑节能与科技司,同时将示范项目实施方案(一式两份)报送至可再生能源建筑应用项目管理办公室。资金申请本着成熟一批、申报一批的原则,对条件成熟的项目,实行动态申报,不断补充完善项目库。4、申报单位登陆”可再生能源建筑应用示范项目信息管理系统“,凭账号、密码登陆系统进行申报。网上申报应与纸质申报材料一致。”

  “至于补助的标准,原则上是按照光伏发电系统初始投资成本的50%进行补助,后来每年均根据当年光伏产业的发展状况给予了适当调整。”徐所长说,“2009年的补贴标准,当年的《申报指南》明确规定,对于建材型、构件型光电建筑一体化项目,补贴标准不超过20元/瓦。对于与屋顶、墙面结合安装型光电建筑一体化项目,补贴标准不超过15元/瓦。具体标准将根据项目增量成本、建筑结合程度确定;2010年补助标准为:对于建材型、构件型光电建筑一体化项目,补贴标准原则上定为17元/瓦。对于与屋顶、墙面结合安装型光电建筑一体化项目,补贴标准原则上定为13元/瓦。同时指出,对已经取得申请补助的项目,2010年将不再予以补助;2011年,光伏行业因多国政策趋冷,投资过热,致使产能过剩,产品价格大跌,当年国家对光伏建筑的补贴标准定为9元/瓦和11元/瓦。”[page]

  2012年5月11日,财政部、住建部、科技司联合最终公布了《关于对2012年太阳能光电建筑应用示范项目名单进行公示的通知》,指出,根据光伏产品市场价格变化最新情况,对2012年度中央财政对太阳能光电建筑应用示范项目的补助标准进行了适当调整,对与建筑一般结合的利用形式(构件型与支架型),补助标准为5.5元/瓦,对与建筑物高度紧密结合的利用形式(建材型),补助标准为7元/瓦。

  “由于光伏产品价格的变化较大,2012年的补助标准经两次发文才最终确定下来。而今年初,财政部暂定的补贴标准为,对建材型等与建筑物高度紧密结合的光电一体化项目,补助标准暂定为9元/瓦,对与建筑一般结合的利用形式,补助标准暂定为7.5元/瓦。补贴下调的原因主要是组件、逆变器等核心设备降价引导的投资成本下降。目前每瓦光伏系统装机成本已从2010年约20元下降到10~12元,而5.5元的补贴仍达到投资成本的40%~50%。下调补贴能够更高效的配置财政资源,对产业起到更大的支持作用。”徐所长说道。

  “根据公示内容,2012年我国光电建筑应用示范项目共计128个,总装机容量约为227MW,补助资金为12.87亿元。其中,山东省总装机容量最大超过26MW,补助金额为15243万元。同时,还要求列入2012年光电建筑应用项目示范的单位须在项目批准后一年内,即2013年5月底前完成相应的光伏发电装机任务。需要退出示范的项目,申报单位请在公示期间提出书面退出申请。截至目前,2012年第二批光电建筑应用示范项目尚未正式公布,已经审核、报批完毕等待发文,装机容量超过320MW。”

  与“金太阳示范工程”的区别

  中国早在2009年就提出“金太阳示范工程”和“光电建筑应用示范项目”这样的两个概念。当年3月23日,财政部、住建部联合印发《太阳能光电建筑应用财政补助资金管理暂行办法》(财建[2009]129号),第一次在国家层面提出了给予太阳能光伏发电在屋顶应用的国家财政部补贴政策,掀开了国内光伏大规模应用的第一页。7月16日,财政部、科技部、国家能源局联合下发《金太阳示范工程财政补助资金管理暂行办法》(财建[2009]397号),第一次提出了“金太阳示范工程”概念,提出“中央财政从可再生能源专项资金中安排一定资金,支持光伏发电技术在各类领域的示范应用及关键技术产业化”。

  徐所长强调,“可以说,当初的'金太阳示范工程'和'光电建筑示范项目'就是我们今天分布式光伏发电概念的初级产物,两者都是由国家财政部牵头组织的直接享受国家财政补贴的申报项目,但是它们在项目的申报理念上是有些区别的。概括而言,光电建筑政策支持的是BIPV(光伏建筑一体化)项目,即将光伏组件作为建筑的一部分(如屋顶、幕墙等),集美观和环保于一体的分布式发电项目,着重于光伏和建筑的结合应用;'金太阳示范工程'政策支持项目范围更广泛,既包括'光电建筑示范项目'政策所支持的BIPV项目,又包括将光伏电站作为建筑附加部分(如安装在屋顶上)那样的分布式发电项目,但主要着重支持的是屋顶光伏电站项目。”

  为了便于读者区别,徐所长从几个方面进行了细述。

  政策支持范围有别

  “金太阳示范工程”项目支持的范围包括,在经济技术开发区、高新技术开发区、工业园区、产业园区、商业区进行集中建设的用户侧光伏发电项目,优先支持建设规模较大的集中成片示范项目和已批准的集中应用示范区扩大建设规模;利用工矿、商业企业既有建筑等条件分散建设的用户侧光伏发电项目;开展与智能电网和微电网技术相结合的集中成片用户侧光伏发电项目示范;解决偏远无电地区居民用电问题的独立光伏、风光互补发电等项目。

  而“光电建筑示范项目”的重点是,鼓励在绿色生态城区的公共建筑及民用建筑集中连片推广应用光伏发电;依托博物馆、科技馆、体育馆、会展中心、机场航站楼、车站等建筑项目,应用一体化程度高的建材型、构件型光伏组件,光伏系统与建筑工程同步设计、同步施工,达到光伏系统与建筑的良好结合。建筑本体应达到国家或地方建筑节能标准。[page]

  值得注意的是,享受'光电建筑应用示范'财政补贴的项目不在“金太阳示范工程”补贴办法支持范围之内。同样,已经享受国家可再生能源电价分摊政策支持或上网电价的光伏发电项目也不纳入“金太阳示范工程”补贴办法支持范围之内。

  申报部门不同

  两者的申报主体也有所区别,“金太阳示范工程”项目申报部门为财政部、科技部、发改委/能源局;“光电建筑示范项目”的申报部门为,财政部、住房和城乡建设主管部门。当然,对于企业或者投资人来说,申报要求做的具体工作都差不多。

  补贴标准各异

  “光电建筑应用示范”项目补贴标准如前所述。而 “金太阳示范工程”的补贴方案却几经变更,从2009年至今,补贴主体也一变再变。

  2009年7月,财政部、科技部、住房建设部及国家能源局正式启动“金太阳”工程,联合发布《关于实施金太阳示范工程的通知》,计划在两年到三年内,采取财政补助方式支持不低于500MW的光伏发电示范项目,并对光伏发电装机投资的50%给予补助,偏远无电地区的独立光伏发电系统按总投资的70%给予补助。

  但方案一经实施,问题层出不穷,抬高造价、低价高报、东挪西建,甚至光报不建现象都出现了,各部门疲于监管,于是决定修改方案。2010年9月,上述四部委又发布《关于加强金太阳示范工程和太阳能光电建筑应用示范工程建设管理的通知》,调整招标方式,对金太阳示范项目建设所有关键设备实行集中招标。

  补贴方式也进行了调整,在2010年12月2日召开的“金太阳示范工程及太阳能光电建筑应用示范工程工作会议”上,财政部副部长张少春强调了“分类直补”的补贴方式,依据新方案,中央财政对关键设备按中标协议价格给予50%补贴,其他安装等费用按不同项目类型分别按4元/瓦和6元/瓦给予定额补贴。

  2011年是执行“金太阳示范工程”的第三年。新的补助标准为,并网项目如采用晶体硅组件可获得9元人民币/瓦的补贴,如采用非晶硅薄膜组件则可获得8元人民币/瓦的补贴。

  而今年,财政部、科技部、能源局联合发布的《关于做好2012年金太阳示范工作的通知》,明确了金太阳示范工程用户侧光伏发电项目补助标准为5.5元/瓦,《通知》中还将2011年用户侧光伏发电项目的补助标准由9元/瓦调整为8元/瓦。

  资金申请和发放

  “金太阳示范工程”为:列入目录的示范项目完成关键设备采购合同和能源管理合同签订、电网接入许可等准备工作,并履行审核备案手续后,及时提交补助资金申请报告。财政部核定补助金额,并按70%下达预算,剩余资金在项目完工后进行清算。

  “光电建筑示范项目”为:省级财政和住房城乡建设主管部门将示范项目财政补助资金申请表报送至财政部经建司、住房城乡建设部建筑节能与科技司,同时将示范项目实施方案(一式两份)报送至可再生能源建筑应用项目管理办公室。

  项目装机容量

  “金太阳示范工程”项目:光伏发电集中应用示范区项目需整体申报,总装机容量原则上不小于10MW,分散建设的用户侧发电项目装机容量原则上不低于2MW。采取合同能源管理方式建设的项目,项目实施单位必须与用电单位签订长期协议。

  “光电建筑示范项目”:申请集中示范的绿色生态城区应具备较强的组织实施能力,在2~3年内推广规模不低于15MW。”[page]

  遭遇的突出问题与解决之道

  各项标准逐步走向规范

  长期以来,建筑用光伏系统的设计、生产、施工安装、检测、运行和维护均无统一的标准,难以从根本上保证系统的可靠性和安全性。建筑光电系统集成企业参差不齐,介入光伏领域后,没有统一的技术标准依据,各程序和环节存在着不同的混乱现象。

  徐所长说,”值得欣慰的是,日前,中国建筑金属结构协会光电建筑应用委员会已经牵头组织国内50多家涉及技术、构件、材料等环节的企事业单位和专家编制了《光电建筑导则》。该《导则》明确了光电建筑一体化“建材型”、“构件型”等基本定义,还规定了设计条件和方法、施工条件和方法、工程检测验收方法等。我国的太阳能应用建筑领域虽然比欧美国家晚了近30年,但目前国内各省市编制光电建筑的规范、规程与即将出台的《光电建筑导则》或将开启中国光电建筑的大门,是一件具有划时代意义的大事。该《导则》已经上报至住房和城乡建设部等待审批,相信将对光电建筑一体化市场有序发展产生重要作用。“

  并网难得到政策支持

  有关数据显示,截至2011年底,列入”金太阳示范工程“和”光电建筑示范项目“补贴名单的总装机量为1470MW,实际完成608MW,只有40%多一点。

  徐所长一针见血指出,”光电建筑的开工率为何如此之低?建设成本居高和投资回收期长是其中的重要原因。光电建筑所用组件和支架要比普通屋顶电站分别贵3倍和2倍,而其他组件和系统平衡件成本大致相当或略高,但要使用大量的小型逆变器,其价格要远大于大型逆变器。此外,并网难也是光电建筑一体化面临的较大难题。据第三方检测认证机构北京鉴衡认证中心对媒体透露,该机构检测认证的100多个示范项目中,有20%左右处于'晒太阳'状态。“

  “但是,随着,国家能源局9月份发布《关于申报分布式光伏发电规模化应用示范区的通知》。《通知》提出,国家对示范区的光伏发电项目实行单位电量定额补贴政策,国家对自发自用电量和多余上网电量实行统一补贴标准。也就是我们一直所能看见的'度电补贴'的概念,这意味着分布式发电补贴模式发生了巨大变化。在此之前,支持分布式光伏的金太阳示范工程和光伏建筑一体化等政策,一直采用对初始建设投资进行补贴的'事前补贴'模式,这种变化可看做国家能源局在认识到'事前补贴'容易导致骗补、电站寿命短、监管不力等问题后的改进之策。”徐所长说道。

  探索中的光电建筑结合方式

  光电建筑不仅可开发和应用新能源,还可与装饰美化合为一体,达到节能环保效果,是今后发展光伏应用的趋势。

  徐所长说道,“目前,光伏与建筑的结合方式主要有两种:一种是光伏系统覆盖在建筑屋顶上,组成光伏发电系统(即BAPV,building attached photovoltaic)。这是光伏发电与建筑物相结合的初级形式,也是全球光伏应用最为普遍的形式。在建筑屋顶上安装的分布式光伏电站,所生产电力主要自用,多余上传,夜间从电网购电。这是最适合光伏发电特点的应用,一直也为欧美政府所鼓励。2011年以来,伴随全球性金融危机,欧美各国陆续修改光伏政策,削减对大型集中式光伏电站的补贴,向小型分布式电站倾斜。在政策推动下,BAPV的分布式发电装机占比相当高,德国达到20%,日本和印度分别达到14%和18%,美国占7.8%,而中国目前不到0.5%;另外一种是建筑材料与光伏器件相集成,用光伏器件直接代替建筑材料,即光伏建筑一体化(BIPV,Building Integrated Photovoltaics)。这是光伏发电与建筑物或建筑环境相结合的完美结合,时下有光伏幕墙、光伏窗、光伏雨棚、光伏遮阳板、光伏采光顶以及光伏瓦等结合形式,具有建筑美学、建筑采光、安全性能、安装方便、寿命长、绿色环保等优势。”[page]

  “目前BIPV技术最大的问题是:1、光伏组件的成本太高,大大高于玻璃幕墙成本。2、由于光伏电池作为幕墙必须竖立安装而不是在屋顶上垂直于日光安装,在阳光斜射和散射下电池发电效率大大减弱,降低了投资回报。3、同一建筑不同方向上光伏电池幕墙的发电不一致时,需要自动控制设备进行功率跟踪、自动调节等技术问题。4、光电建筑一体化的相关建筑标准有待完善。5、开发能够兼顾发电、美观、易安装、易维护的光电建筑一体化产品。”徐所长总结后提出,“希望以后在建筑设计当中,设计师就考虑到让太阳能电池融入楼房,成为整体建筑的一部分。比如,让楼面尽量的多,让倾斜角度更有利用安装光伏电池板,加高一层承重框架专门放电池板等。如今技术上还处于探索之中,需要建筑师、光伏系统工程师、房地产开发商的通力合作,这也是当前人们努力追求的较高目标。”

  建筑能耗已经成为当今很大的耗能来源之一,占全社会总能耗的30%,建筑采暖、照明、空调占14%,建筑建造能耗占11%。而随着包括BIPV在内的光电建筑的兴起,它不仅可以为建筑提供能源来源、满足建筑自身耗能,依靠光电能并网输出得到一定利润,同时还在一定程度上减少建筑对市网供电的消耗、减轻了市网用电压力。因此,大力发展丰富多样的光电建筑具有很大的社会意义。

  智能微电网助力光电建筑发展

  随着国民经济的发展、化石能源的枯竭和全球变暖等环境问题的日益严峻,我国迫切需要提高能源效率,改变能源结构。国家在“十一五”发展规划纲要中提出,“十一五”期间将单位GDP能耗降低20%。即将发布的国家《新能源产业振兴规划》提出,到2020年,可再生能源将占总装机的15%以上。12月19日,国务院总理温家宝主持召开国务院常务会议,刚刚研究并确定了促进光伏产业健康发展的五项政策措施。与此同时,常规电网规模不断扩大,运行困难,用户对供电可靠性、防灾性、安全性及多样化的要求还在不断提高。

  “在这样的背景下,发展分布式发电与微电网这一新技术对光电建筑的长远发展显得尤为重要。分布式发电一般指将相对小型的发电装置分散布置在用户(负荷)现场或用户附近的发电/供能方式。而根据欧盟微电网项目的定义,微电网是利用一次能源;使用不可控、部分可控和可控三种分布式电源;并进行可冷、热、电联供;配有储能装置;使用电力电子装置进行能量调节。”徐所长解释说,“微电网能够很好地协调分布式电源单机接入成本较高,控制较复杂的问题,充分发掘分布式电源为用户和电网带来的价值和效益, 其灵活和分散的布局极好地适应了分散的电力需求和资源分布,延缓了输、配电网络升级改造所需的巨额投资,与电网互为备用,使供电可靠性也得以改善。其具有污染少,可靠性及能源利用效率高的特点。”

  徐所长话锋一转,“但是,微电网接入电网尤其是以高渗透率接入,将给电网带来深刻的影响,使配电网的运行、控制、保护面临新的挑战,为了解决这些问题,国内外的电力公司、高校、科研院所对微电网技术进行了广泛、深入的研究。国家电网公司已于2009年明确提出坚强智能电网的发展计划,即加快建设以特高压电网为骨干网架,各级电网协调发展,具有信息化、自动化和互动化特征的统一的坚强智能电网。智能电网的重要特征是自愈、互动、优化、兼容和集成,微电网有利于资源的优化配置,能够对重要用户提供优质可靠的电力供应,是电网大范围接纳分布式电源的有效载体,是智能电网的有机组成部分。更重要的是,2012年10月底,国家电网公司又正式发布了《关于做好分布式光伏发电并网服务工作的意见》,对6MW以下的光伏系统免受接入费用。”

  智能微电网是集微能源、负荷、能量管理系统为一体的独立的微型智能发电、输配电系统。它可同时提供电能和热量;微电网内部的电源主要由电力电子器件负责能量的转换,并提供必要的控制;微电网相对于外部大电网表现为单一的受控单元,并可同时满足用户对电能质量和供电安全等方面的要求。[page]

  “将来,希望国家电网积极参与,进一步加大智能分布式微电网的研发力度和资金投入,有效简化分布式发电并网流程,缩短并网时间,降低并网难度。之前,我参加过国内多个光电建筑示范项目的评审,其中对中冶建筑研究院有限公司的示范项目印象较深。该项目以降低建筑能耗、增强城市建筑美感为目的,对既有建筑节能、一体化光伏屋面、建材型光伏组件、智能微网技术等多种以光伏发电为主的分布式能源系统技术进行了深入研究及示范。该项目对办公区(33号院)、住宿区(31号院)的屋顶进行太阳能光电建筑应用一体化改造,光伏系统装机容量为1MWp,项目建成后可实现发电量100万度/年,满足办公区25%的用电量。可实现标准煤减排量340吨/年、CO2减排量828吨/年、SO2减排8.8吨/年、粉尘减排量106吨/年、氮氧化物减排量3.8吨/年。该项目的实施成果可直接服务于既有建筑节能与美化改造工作,对城市实现节能减排、美化城市形象具有重要意义。该项目的实施,可以为未来几年大规模的分布式光伏发电工程的建设提供较好的技术与经验支持。”徐所长说。

  其实,中国拥有得天独厚的发展光电建筑的资源条件。据能源基金会报告显示,中国已有建筑面积在450亿平方米以上,其中现有的建筑屋顶可利用面积总计约3.16亿平方米,按照每平方米100瓦计算,大约可以消纳30GW光伏系统。按照年运行1000小时计算,每年就可提供316亿千瓦时的电能,这相当于为3000万户中国家庭解决全年的用电。

  对发展光伏产业的建议

  我国光伏产业曾连续几年快速发展,产量世界第一,但近一个时期却迅速步入“寒冬”,企业产值和销售额双双下降、资产负债率不断上升,部分企业甚至面临现金链断裂的风险。

  一个新兴产业,何以在起步初期就遭遇困境?

  徐所长说,“分析起来,原因有三:一是遍地开花,产能严重过剩;二是市场单一,严重依赖出口;三是缺乏核心技术,走不出”两头在外“挣小钱的困境。针对这些问题,国务院常务会议研究确定促进光伏产业健康发展的政策措施,无疑是开出了一剂良方。”

  “在全球能源短缺和环境污染问题日益突出的大背景下,清洁、安全、便利、高效的太阳能光伏发电,受到了世界各国的普遍关注。我国也已将光伏产业列入战略性新兴产业重要领域,对于保障能源供应、建设低碳社会具有重要意义。今后,我国光伏产业应当抓住全球大力发展新能源的大好机遇,着力降低光伏发电成本、推动关键技术创新、促进市场规模应用,使产业整体竞争力得到显著提升。光伏产业汲取教训再出发,一要充分发挥市场机制作用,巩固国际市场,扩大国内多样化应用,使产业发展有稳定的市场依托。例如,大力推进碳交易的发展,从而带动包括光伏在内的新能源的规模化应用,为社会节能减排做出更大的贡献。同时,在并网方面,国家电网公司日前也已连续出台了相关服务意见,为光伏产业走出困局、拓展国内市场消除障碍。二要根据产业政策要求和行业发展实际需要,切实加强行业管理,规范光伏产业发展,坚决遏制低水平重复建设,避免一哄而上和市场恶性竞争。在某些关键方面,不妨可以尝试用法律的形式进行规定,从而起到强制管理的目的。三要加强产学研结合,支持企业自主创新,加大对光伏产业技术创新的扶持力度,支持关键共性技术研发,提升本土化光伏设备技术水平,全面增强产业核心竞争力。”徐所长胸有成竹地说道。

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