不知細心的你有沒有發現，出現在高樓大廈上的光伏組件，除了直接依附在建筑物表面上以外，更多地開始直接作為建筑物本身的一部分。無論是柏林的中央火車站，還是鳥巢或水立方，這樣的情況已經越來越多了。
如果你坐飛機盤旋在上海世博園區的上方，一定會看到這樣的情景，很多展出場館都無比閃耀。英國零碳館屋頂上的深色太陽能電池板本身就是屋頂建材，通過吸收太陽能所產生的能量不僅用于發電、供暖，還與風能和地源熱能共同帶動室內通風，調節屋內的溫度和濕度；法國阿爾薩斯案例館的“水幕太陽能墻”外層同樣覆蓋太陽能電池板，能把照射到墻體外層的太陽光轉換成電，維持“水幕太陽能墻”不斷運作的同時，為建筑帶來冬暖夏涼的感覺。
這一次，光伏建筑一體化(Building Integrated Photovoltaics，下稱“BIPV”)的概念開始深入人心。中國館、主題館、世博中心和城市未來館四座標志性建筑上都采用了這種技術。上海世博會上光伏建筑的太陽能發電規模達到4.68兆瓦，年均發電可達406萬千瓦時，減排二氧化碳總量逾3400噸。
那么什么是BIPV？BIPV是指用光伏材料部分地代替傳統建筑材料，運用到屋頂、玻璃天窗以及幕墻等建筑外層上。南京南洲新能源研究發展有限公司董事長徐誦舜對此做了這樣一個形象的比喻：“如果說建筑是人體，過去，光伏材料是人身上的衣服、鞋子、首飾，那么現在，光伏材料便是眼睛、鼻子、嘴，是建筑物不可或缺的組成部分。”
這種新技術的一大好處是，由于與建筑業緊密結合，從建筑最開始的設計到施工環節便加入光伏組件，將組件作為建筑物本身的一部分，而不是附著在表面上可有可無的東西，便大大減少了建筑材料的使用，節約了這部分的成本以及人力成本。所以，BIPV的市場具備著無限的潛力，這個市場的發展速度可能比過去5年里傳統光伏市場的速度還要快。
● 國際巨頭的先行之旅
據有關機構預測，至2015年，BIPV的總體市場規模近50億美元。BIPV巨大的市場潛力深深吸引著全世界的公司。
總部位于美國密歇根州的Uni-Solar公司是目前這個領域的領軍者，也是最早將屋頂光伏面板商用化的公司。今年年初，Uni-Solar宣布向Enel綠色電力公司提供25兆瓦Uni-Solar品牌屋頂光伏面板，用于CIS-Interporto di Nola公司在意大利的多幢建筑物中。完成之后，可年發電約3300萬千瓦時。
Uni-Solar生產的柔性非晶硅太陽能光電模塊采用三層復合技術，擴大了其光譜的吸收范圍，極大地提高了轉換效率。此外，由于在連續的不銹鋼板卷上使用特殊的電機工藝，使得這些模塊具備了柔韌、可適度彎曲的特性。這一特性使其特別適用于BIPV。
Uni-Solar生產的太陽能屋頂采用的是非晶硅電池。針對通常非晶硅電池轉換率較低的問題，Uni-Solar則通過改良的CVD(Chemical Vapor Deposition, 化學氣相淀積)技術來解決。CVD即把含有構成薄膜元素的氣態反應劑或液態反應劑的蒸氣及反應所需其他氣體引入反應室，在襯底表面發生化學反應生成薄膜的過程。
采用這個技術，不僅能將生產線的吞吐量增加一倍，同時還能夠在更大的區域內實現更均勻的材料沉積，從而將長期以來6.7%的電池表面轉換率進一步提高。Uni-Solar公司將在2010年內實現部分電池轉換率達到8.2%，并且在2011年年底前實現約10%的轉換率，并將設備滿負荷運轉時的生產成本降至每瓦1.5美元。
傳統的大型跨國公司也希望在BIPV中分食一杯羹。比如陶氏公司最近推出了一種太陽能瓦片，在設計中結合了低成本的CIGS太陽能電池，使瓦片擁有了發電性能。標準瀝青瓦片是美國最流行的屋面材料，而陶氏的太陽能瓦片可以與瀝青瓦片一同安裝到屋頂上，實現真正的無縫式安裝。陶氏把這種太陽能屋瓦設計成與常規瓦片同樣的標準，所以那些安裝常規瓦片的承包商就可以完成太陽能瓦片的安裝。這項技術在去年被美國《時代周刊》評為年度最具創新的50大發明之一，系統將于2011年投入廣泛應用。
此外，BIPV也給一些傳統的建筑公司開辟了一條新道路。比如德國專門生產新式門窗塑鋼框架結構產品的Schüco公司，其采用光伏組件構成半透明的具備隔熱性能的玻璃元素，作為玻璃窗的材料，兼顧了節能、耐用和建筑物美觀等元素。
● 國內的新磚瓦
國內也有公司開始專攻這個領域。徐誦舜在太陽能應用領域里有著30年的研究經驗，在國內眾多企業還在爭搶著上馬多晶硅項目的時候，徐誦舜決定把重點放在BIPV上。有感于光伏市場在外的現狀，徐誦舜認為，一定要把目光放到國內光伏的真正應用上。
“要設計出普通百姓都能用的產品，而不僅僅是搞一兩個示范工程。”徐誦舜說。不過他的產品初步為世人所知，還是依靠“示范項目”。
在上海世博會聯合國館的正門前，有一個供參觀者遮陽避雨的等待區，該區為長40米、深5米、高3.8米，面積200多平方米的一條長廊。這一片等待區使用的便是南京南洲新能源研究發展有限公司新開發的產品。等待區頂面鋪設了120塊新漢瓦，每塊新漢瓦由125mm×125mm的單晶硅片4×9片的排列方陣組成。新漢瓦無須跟蹤，可以把一年四季的陽光有效地收集，同步在廊頂上發電、供熱，聚光倍率為2.2。發同樣的電可以節約一半硅光電池片的用量。
120塊新漢瓦采光總面積為185平方米，晴天可以滿足該系統中6噸水箱的加熱，該系統的運行既取得了大量的熱水，又保證了光伏系統發電的正常溫度。等待區可以回收8噸雨水，經三級凈化后可以同時提供90攝氏度的開水、50攝氏度的溫水及30攝氏度以下的冷水，供人安全飲用。
正如前面所說，BIPV是一項涉及多個領域的綜合性技術，要實現太陽能建筑熱電一體化系統，必須具備一般建筑構建、部件的功能，如防水、保溫、隔熱等功能。南洲公司的產品便包含了從上到下五個組成部分：透明罩面、聚光鏡面、硅電池組件、換熱器以及保溫材料。其核心技術主要在以下幾點：
一是根據分析不同緯度一年四季的日照，采用不同曲面研發的聚光鏡，提高了太陽能的利用率。二是將光伏硅電池豎向直通式排列，取代原來傳統的橫向條碼式排列，這樣使得光電轉換效率提高了35%。三是在硅電池板下放置吸熱冷水排管。通常硅電池達到86攝氏度就減少發電了。通過這個裝置，可以用冷水吸熱，使得硅電池的溫度保持在60攝氏度以下，能持續正常發電，同時冷水吸熱后可供洗澡用，三級凈化后還可供飲用。另外，還運用液體玻璃薄膜涂層，使硅電池和聚光鏡不易老化，運用惰性氣體層保溫隔熱，提高太陽能熱轉換效率等。
據徐誦舜介紹，目前放置在屋頂的產品其生產成本為每平方米2180元，在陽臺上放置的產品，因為使用更少的硅電池，成本已經可以降低到每平方米2000元以下。將來推廣到普通百姓家里，如果在蘇南地區，平均日照在3.9~4.2小時，大概需要2.5平方米，在北京地區的，需要2平方米左右。對于普通用戶來說，購買這樣一套系統的價格在1萬元左右。雖然比熱水器的價格高，但是購買這樣一套系統之后，家庭用電就都省下了。這種太陽能屋瓦發出的電量，能供應一個普通家庭所需的能源消耗，實現了真正的綠色循環。而一旦將來并入電網系統，產生的多余電量還可以賣給電網，增加一部分收入。
● BIPV：比傳統光伏市場增長更快
中國房地產研究會副會長童悅仲在2011年臺達杯國際太陽能建筑設計競賽上發表演講時說，當前建筑能耗占整個社會終端能耗的比例達30%，如果加上建材生產能耗的話，這個比例更高。要實現2020年單位GDP碳減排40%~45%的目標，在建筑領域是大有可為。而BIPV則天然地適應了這個需求。
首先，BIPV產生的是綠色能源，應用太陽能發電，不會污染環境。第二，不占用土地資源。光伏陣列一般安裝在閑置的屋頂或外墻上，無需額外占用土地，這對于土地昂貴的城市建筑尤其重要。第三，光伏陣列吸收太陽能轉化為電能，大大降低了室外綜合溫度，減少了墻體得熱和室內空調冷負荷，實現節能。第四，BIPV使得在建筑的過程中省卻了大量的鋼筋、水泥等原材料，也降低了能耗，且在制造過程中不污染環境。
BIPV也為中國從單純的光伏電池出口大國轉變成真正的市場應用方提供了一個很好的方向。與其在上游原材料和電池生產環節中無序競爭，在國際市場上受各國政策影響劇烈波動，不如把更多的精力投放在國內的市場上。畢竟只有掌握了終端市場，才有話語權。當然，這需要國家政策的大力支持。國務院參事、中國可再生能源學會理事長石定寰對《第一財經日報》說：“目前光電技術在中國已經朝著實用化的方向發展，跟屋頂結合、建立屋頂電站是很好的一個方向。但政策一定要跟上步伐。目前國家還是要加緊上網電價的制定工作，安裝補貼是一個辦法，但不是長久之計。”
隨著傳統PV市場的發展，硅光電池轉化率的進一步提高，BIPV的市場潛力必將進一步爆發出來。而即使在現在效率并不高的前提下，這個市場也已經不容小覷。歐洲的一份報告顯示，即使在5%的轉換率條件下，在良好的光照下，歐洲14個國家230億平方米的屋頂和幕墻上能夠產生超過1000GWp的能量，相當于建造1000座核工廠。
而且從長遠來看，BIPV更具吸引力，因為不像其他的建筑材料，加入了光伏組件的屋頂可以自行產生能源，對于使用者來說，在房屋建成20年間都能享受由于產生能源而獲得的回報，從而平衡他們初始安裝的成本。據測算，BIPV平均的年投資回報率可達7%左右。
不過，BIPV的大規模商用化仍面對不小的挑戰。在業內資深專家英戈·俾·哈格曼博士看來，主要的問題有幾點。一是建筑模塊的標準，各國和各地區有非常大的差別，統一建筑標準現在勢在必行。其次，光伏組件的設計還需要更加符合BIPV的標準，需要更加靈活，不管是從大小、形狀以及顏色上，都要與傳統的有所不同。
而最大的挑戰還是來自于成本。目前在歐洲一套BIPV系統的價格還是非常高的。其中傳統的光伏組件大概占到60%的比例，而剩余40%則包含了安裝、設計、防水、布線等費用。所以，要等到BIPV大規模開花的一天尚需時日。
