BIPV：不仅仅是模块

位于瑞士苏黎世的多户住宅，由KämpfenfürArchitektur设计和规划，其立面和屋顶采用集成式彩色PV。

摘自PV杂志12/2019

在过去十年中，PV的快速增长达到了每年安装约100 GWp的全球市场，这意味着每年生产和销售约350至4亿个太阳能模块。但是，将它们集成到建筑物中仍然是一个利基市场。根据欧盟Horizo​​n 2020研究项目PVSITES的最新报告，2016年仅约2％的已安装PV容量被整合到建筑表皮中。当人们认为全世界产生的能源中有70％以上是在城市中消耗的，而所有温室气体的排放量中有40％至50％来自城市地区时，这一微不足道的数字就尤为突出。

为了应对这一温室气体挑战并促进现场发电，欧洲议会和理事会于2010年引入了关于建筑物能源性能的指令2010/31 / EU，其概念为``近乎零能耗的建筑物''（NZEB）。该指令适用于从2021年开始建造的所有新建筑物。对于要容纳公共机构的新建筑物，该指令已于今年年初生效。

没有指定要达到NZEB状态的具体措施。建筑业主可以考虑能源效率的各个方面，例如绝缘，热回收和节电概念。但是，由于建筑物的整体能量平衡是法规的目标，因此，要达到NZEB标准，建筑物内或建筑物周围的有功电能生产必不可少。

潜力与挑战

毫无疑问，PV的实施将在未来建筑物的设计或现有建筑物基础设施的改造中发挥重要作用。NZEB标准将是其中的一个驱动因素，但并不孤单。建筑物集成光伏（BIPV）可用于激活现有区域或表面来发电。因此，不需要额外的空间即可将更多的PV带入市区。集成光伏发电产生的清洁电力潜力巨大。正如Becquerel研究所在2016年发现的那样，德国BIPV发电在总电力需求中的潜在份额超过30％，对于像意大利这样的更多南部国家甚至达到40％。

但是，为什么BIPV解决方案在太阳能业务中仍然只发挥边际作用？迄今为止，为什么很少在建设项目中考虑它们？

为了回答这些问题，德国Helmholtz-Zentrum柏林研究中心（HZB）去年组织了一次研讨会并与BIPV各领域的利益相关者进行了交流，从而进行了需求分析。结果表明，并不是缺乏技术本身。

在HZB研讨会上，来自建筑业的许多人都在执行新建或翻新项目，他们承认在BIPV的潜力和支持技术方面存在知识差距。大多数建筑师，规划师和建筑所有者根本就没有足够的信息将光伏技术集成到他们的项目中。结果，对BIPV的保留很多，例如诱人的设计，高昂的成本以及令人望而却步的复杂性。为了克服这些明显的误解，必须将建筑师和建筑商所有者的需求摆在首位，并把对这些利益相关者如何看待BIPV的理解作为重点。

功能与风格

BIPV的特征在于，太阳能模块是建筑表皮不可或缺的一部分，因此成为多功能建筑元素。除了发电以外，该模块现在还必须承担建筑外墙的其他功能。

该图（右）说明了不同类型集成的一些示例。显然，传统屋顶装置的最著名替代品是太阳能模块，该太阳能模块在功能上和美学上都直接集成在屋顶上。因此，这些模块不仅可以发电，而且还可以充当屋顶，以防风雨。如果可见，则在倾斜的屋顶情况下，太阳能组件也会影响建筑物的外观。常规屋顶元件的多样性还需要形状，颜色和外观具有高度可变性的PV有源元件。需要大面积，均质的玻璃-玻璃模块，以及小型系统，例如屋顶瓦片，其形状和颜色与常规屋顶瓦片完美匹配。

类似的标准对于用作立面元素的太阳能电池组件也有效，但是在这里，美学品质尤为重要。有各种类型的PV活性立面。作为通风冷立面安装的太阳能模块可以很容易地替换通风幕墙的传统组件。但是也可以将解决方案用作温暖的立面元素，例如直接粘贴到立面上。除了具有防风雨功能外，隔热材料或隔音材料也是PV主动立面元素可以提供的其他属性。

关于立面元素的美学功能，市场上已经有不同的概念。彩色模块的范围从无烟煤/黑色到灰色，蓝色，绿色，黄色甚至“金色”。例如，可以通过使用包含纳米尺寸层结构的特殊前玻璃来实现这些颜色。重要的是，这种类型的模块的功率输出不会被过分降低，与具有透明前玻璃的传统模块相比，其初始功率输出可达到80％以上。

替代使用这种特殊的前玻璃是陶瓷印刷。该技术可实现均匀的颜色以及架构师喜欢的另一个功能：可以在模块顶部打印几乎任何结构或图片的潜力。实际上，此功能可使观察者几乎看不到组成模块的太阳能电池。但是，这种打印确实会更强烈地影响最终功率输出。但是由于太阳能电池几乎完全不可见，该技术也可以应用于高功率晶体模块，因此可以用作具有高美学价值和高功率的建筑元素。

创建彩色BIPV元素的第三种技术是使用彩色箔。这项技术的成本更低，更重要的是，它几乎允许任何颜色。由于此功能，瑞士电子和微技术中心（CSEM）的研究人员能够开发白色太阳能电池组件。原则上，这种发展可以“激活”遍布世界各地的大面积传统白色立面。

将太阳能电池或模块集成到遮光元件中是一种将防晒与能源生产结合起来的有吸引力的方法。例如，这可以通过使用具有非常薄，均匀覆盖的活性光伏材料的玻璃来实现。诸如有机半导体（OPV），CIGS（铜铟镓硒/亚硫酸盐/亚硫酸盐）之类的薄膜技术或薄膜硅非常适合此类应用。