零能耗建筑的优异选择,光伏幕墙市场空间广阔
在《2018年中国建筑节能年度发展研究报告》中,2016年城镇住宅(不含北方地区供暖)和农村住宅的建筑能耗分别为19.8Kwh/(m2a)和9.6Kwh/(m2a),接近甚至低于德国的被动房设计标准15Kwh/(m2a)。如果不考虑舒适度标准,住宅建筑的能耗水平已经达到超低能耗建筑的能耗要求,但这并不能说明住宅建筑已经实现了超低能耗,因为整能耗偏低是以牺牲部分居住舒适度为代价而实现的,像功能齐全的公共建筑则较难实现建筑的超低能耗要求。
现阶段零能耗建筑实现的技术路径,就是通过被动式设计降低建筑冷热需求和提升主动式能源系统的能效两种方式达到超低能耗,两种方式在同一建筑上往往采用两种或多种不同的产品结合应用实现。例如降低围护结构的传热系数,采用加厚保温层的方式,提升主动式能源系统的能效采用房屋顶部设置太阳能热水器的方式。实现方法分散,安装围护不便。
光伏幕墙设计过程中充分考虑设置的朝向、建筑的窗墙比、采光、通风、遮阳、传热系数的要求,建筑本身又可以产生清洁能源,这两种产品属性恰好符合两种实现超低能耗的方式,并且作为一种单一产品,可以集中高效的实现两种方法,使得在建筑上安装光伏幕墙成为实现零能耗建筑的优异选择。
01
光伏幕墙介绍
幕墙是建筑物的外围护结构,主要承受自重以及风荷载、地震作用、温度作用等,不分担主体结构承受的荷载或地震作用。面板材料为玻璃的建筑幕墙称为玻璃幕墙,是建筑幕墙的一种形式。
光伏幕墙是将太阳能光伏发电技术与建筑幕墙相结合,用光伏发电玻璃代替普通的幕墙面板,除了发电特性外,与其他幕墙有着相同的建筑特性。
光伏幕墙与玻璃幕墙共性:
1、充当建筑物的外围护结构,与建筑完美融合,彰显现代美学。
2、质量轻,在相同面积的比较下,玻璃幕墙的质量约为砌体砖墙的1/10~1/12,是混凝土挂板的1/5~1/7。
3、抗震能力强:采用柔性设计,抗风抗震能力强,是高建筑的最优选择。
4、系统化施工:系统化的施工更容易控制好工期,且耗时较短。
5、更新维修方便:由于是在建筑外围结构搭建,方便对其进行维修或者更新。
光伏幕墙优势:
满足建筑美学的要求:我们将光伏幕墙组件安装在幕墙龙骨中,与建筑完美融合,实现光伏建筑一体化。
满足建筑能耗的要求:利用光伏发电,降低建筑用能需求,减少建筑使用能耗,满足绿色建筑的基本要求。同时助力超低能耗建筑、近零能耗建筑、零能耗建筑等级评定。
满足建筑安全性能的要求:光伏幕墙是建材级产品。结合建筑工程选址、建筑物高度等具体因素确定产品及安装方案。
满足安装便捷的要求:幕墙安装工艺已很成熟,光伏幕墙安装工艺可参考传统幕墙,完全可以满足安装便捷性要求。
满足较长使用寿命的要求:海螺光伏幕墙组件电性能长达30年,即使不发电也能代替传统装饰面板继续使用。
满足节能环保的要求:光伏幕墙发电的核心环节是太阳能光电转换,无辐射、无粉尘、无废气等污染,且发电过程无噪声。
02
光伏幕墙是幕墙行业重要发展方向
1、光伏幕墙技术构成
光伏幕墙系统主要使用的是光伏幕墙结构技术、电能储存作用、并网技术以及光电 转换系统等多种运用高新技术的综合应用系统。光电转换技术主要是指通过半导体 所具有的光生伏特效应,将太阳辐射转变为电能,以此来充分利用资源。在普通建 筑幕墙中用光伏玻璃替代普通玻璃使之成为光伏建筑一体化(BIPV)建筑,既为光 伏玻璃提供了足够的面积,又不需要另占土地,还能省去光伏玻璃的支撑系统结构, 是今后值得发展的重点领域,也被认为是BIPV的发展方向。光伏建筑一体化作为庞 大的建筑市场和具有潜力的光伏市场的结合点,已成为未来建筑装饰板块主要的发 展方向之一,而基于碳达峰、碳中和的国家战略,光伏幕墙绿色建筑将成为幕墙行 业主要发展方向。
光伏幕墙光伏系统包括作为光伏幕墙面板的光电板(即太阳能电池)、控制器、蓄电 池组、逆变器等。其工作过程是:光电幕墙在太阳照射下,由光电板产生直流电,通 过多极集电,即在太阳能控制器的控制下将光电幕墙产生的直流电通过蓄电池组储 存起来,使用时,蓄电池组输出的直流经过逆变、变压等过程,转化成可供使用的交 流电,送入供电网络或直接驱动负载。
2、光伏幕墙应用可行性分析
采用光伏组件作为建筑玻璃幕墙,不仅可以保持建筑原有的功能性、安全性以及美 观需求。还能通过全年发电提供电能,同时太阳能转换的热能可满足建筑的季节性 能源需求。在供暖季节产生热空气减少建筑的热负荷,在非供暖季节产生热水来满 足家庭需求。并且光伏组件内的水循环能降低光伏幕墙的温度,从而使系统始终保 持良好高效的运行性能。
03
新增建筑市场光伏幕墙市场空间广阔
光伏屋顶依然是当今主流形式,但随着双碳政策推进,光伏屋顶难以满足城市中建 筑物用电需求,并且幕墙具有更大的表面积,所以光伏幕墙在未来的渗透率有望加快上升。
光伏幕墙市场大小需要考虑到诸多因素,首先是立面光照有效面积及时间,直接影 响到总体发电量;其次由于幕墙具备采光要求,需使用特制薄膜电池,导致单位发 电量及成本显著高于普通晶硅电池组件,且定制化需求导致施工设计成本增高;再 次由于幕墙及立面需要承担多种功能,例如需为广告预留空间等,导致总体发电量 不及理想情况。最后,由于既有建筑幕墙及立面进行光伏改造的难度较大,整体撤 换将产生较低的投资收益情况,因此在估算市场空间时主要考虑新增市场。
同上逻辑,为获得光伏建筑发电及其中BIPV系统的增量市场空间,需得到各不同建 筑类型实际可安装面积,由于建筑类型的不同以及不同的投资方对于光伏建筑的安 装持不同态度,渗透率情况有显著差异,基于此需进行进一步假设:住宅建筑在此 不做考虑,而厂房及仓库将比办公及商服、公共建筑等更易实现幕墙/立面的BIPV普 及,渗透率将较高,但整体而言,整体幕墙及立面市场的渗透率将不及屋面市场。同 时,在得到时即可安装装机容量后,由于幕墙及立面采用的薄膜电池比例较大,整 体成本相比屋顶光伏系统较高。
假设2022-2025年光伏幕墙单位面积造价按照4.43/4.20/4.10/3.80元/平米的趋势递 减,预计2022-2025年幕墙光伏建筑系统市场空间分别达416/498/615/680亿元。
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