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《光伏建筑的是是非非》——深圳蓝波绿建集团总裁徐宁

[发布日期:2017-02-14 10:05:13]

  2016年12月22-23日,由太阳能发电网、《太阳能发电》杂志主办的“2016首届中国分布式光伏品质建设高峰论坛”在京举行,论坛以“光伏的品质主义”为主题,20多位来自电力、建筑与光伏行业的专家和学者,围绕分布式光伏的市场秩序与可持续发展进行了深入的探讨。深圳蓝波绿建集团总裁徐宁先生以《光伏建筑的是是非非》为题发表了主旨演讲。以下为演讲全文。

 

  没有一个光伏建筑项目完整的体现了“光伏建筑五要素”

  我从2006年开始关注光伏建筑一体化,并开始进行这方面的实践。国家对建筑一直有一个原则要求,这就是建筑的的三要素:实用、经济、美观。这个原则自制定以来一直没有变,曾经有人提出过修订意见,但是三要素一直都没有变。

  最近有一个可能的变化,就是有人提出在三要素上加上节能,但目前还只是传说。

  王思成研究员早在2010年的一个演讲中就提出了光伏电站的五要素,即政策、能效、安全、质量、成本。作为光伏建筑,就需要既遵循建筑原则,也需要遵循光伏电站的要素,这二者结合,建筑光伏电站所需要遵循的要素应该是:实用、发电、安全、经济,美观。其中,“发电”包含了能效和质量的概念,而成本则包含在经济概念中。

  从“光伏建筑五要素”出发,我们来看看一个简单的车棚是如何实现这些要素的。也许有个人认为车棚不是建筑,充其量就是一个构筑物,一个建筑的小品。但是,我们从简单的例子开始比较容易说明问题。

  这五个例子分别对应了“建筑五要素”,但遗憾的是,没有一个例子完全体现了五要素的全部要求。而这样的例子比比皆是。

  是不是一个车棚很难实现这些要素呢?如果连一个简单的车棚都无法做好和光伏的完美结合,那么光伏建筑一体化就更困难、更令人沮丧了。

  真的是这样的吗?

  我们有必要来回顾一下世界光伏建筑的发展。

  欧洲的光伏建筑一体化发展已经非常成熟

  光伏建筑的实验应该是从欧洲开始的,1996年在西班牙庞贝的法布拉图书馆(图一)是最早将光伏发电和建筑进行了完美结合,成为一座非常有辨识度的建筑,光伏材料成为建筑主体构件,并成为建筑形式的主要表现形式。

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图一:西班牙庞贝法布拉图书馆

  目前欧洲的光伏建筑一体化发展已经非常成熟。

  德国是BIPV发展最快的国家,有着世界上最大的BIPV市场。

  意大利由于其完美的气候条件,曾经被认为会成为世界BIPV的领头羊,但是由于其政府机构严重的官僚主义,阻碍了该产业在意大利的推进。直到2007年,在ContoEnergia法案的颁布后,BIPV在意大利才开始有一些缓慢的发展。

  西班牙的光伏市场一直处于欧洲领先,但直到2008年,随着一些税率的修改以及政府对BIPV的扶持,BIPV才在西班牙市场得到了重视。

  目前,应用BIPV最多的欧洲国家是德国,法国,意大利,西班牙。希腊,葡萄牙,瑞典、比利时、挪威等国家也有一些BIPV项目。

  德国的WestendGate大厦在1976年建成,总高度159米,曾经是德国的最高建筑。2010年大厦改成为一座光伏建筑,安装了10500块光伏组件。大厦的BIPV系统由Baumgartner,Kippenheim设计,多晶硅组件由SunwaysSolar公司提供。整个大楼可提供电力峰值22kw。改造后的WestdendGate大厦能耗减少了36%,并得到了欧盟的绿色认证。

  卢森堡这个国家很小,ArcelorMittal是卢森堡的一家钢结构制造商,一直专注于研究高性能的钢结构薄型太阳能屋面。该公司研究钢结构薄型太阳能屋面的项目Phoster,得到了LIFE基金的支持。

  1992年我去了卢森堡一次,当时很震惊,那么小一个国家,建筑的品质真是太棒了。后来我才知道,在钢结构建筑方面,卢森堡在欧洲是很有地位的。

  印象特别深刻的是,一天晚上看到一栋楼的窗户亮着,从里面的摆设,就可以知道这是总裁办公室,这是会议室,那是接待室和办公室。远看过去,这个建筑似乎没有窗户。我当时很奇怪,怎么没有窗户呢?原来,他们用非常好的技术把窗户隐藏在整个墙体里面,看上去是消失的,没有窗框,而且玻璃很讲究,晚上让室内灯光亮起来,室内场景就是建筑的装饰。

  法国有个做光伏瓦的公司叫IRFTS,也是很牛的公司,生产太阳能瓦(图二)。

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图二:IRFTS公司的太阳能瓦

  IRFTS是法国太阳能技术研究所的简称,成立于2009年,位于法国Lyon。他们研制的系统叫EASYROOF,不只是附属在屋顶上的太阳能瓦片,而是真实的BIPV系统,性能优于屋顶瓦片,致力于让BIPV被更广泛的市场接受。

  EASYROOF适合于坡度从10°到50°的屋顶,每个模块重量为2.5KG,相当轻便。安装时不需要封条也不需要切割,而且每个模块都可以被单独替换。EASYROOF的安装速度也非常快,3kw大约需要6小时就可以安装完毕。

  目前IRFTS在法国屋顶光伏市场占有率大约为40%。在欧洲,已有40000个屋顶使用这个产品。而且已经进入美国,在IRFTS的不懈努力以及美国纽约帝国清洁能源供应机构的协助下,现在在美国加州和科罗拉多州等地区已经有5个项目使用了这个公司的产品。

  位于比利时列日迪的金融大厦于2015年5月竣工。该大厦的BIPV工程是由比利时ISSOL公司承建的。除了金融大厦,ISSOL这几年还承建了法国国防部、法国佩皮尼昂火车站、新欧洲理事会大厦和比利时布鲁塞尔IBGE总部等几个欧洲标志性建筑的BIPV工程。

  美国通过BTC指标来衡量是否适合建光伏建筑

  在美国,有一个叫做BTC的指标,通过这个来衡量适不适合建光伏建筑。BTC是Break-EvenTurnkeyCost(BTC)perkilowatt的缩写,BTC计算每千瓦收支平衡成本,用于判断光伏发电在经济上是否可行。光伏系统的造价,若低于这个价格,就是经济上可行的。

  下面的地图(图三)显示的就是美国每个州的BTC值。从地图上可以看出,夏威夷有最高的BTC值,意味着这里电费最贵,最适宜采用光伏发电。加州和纽约也是比

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图三:美国每个州的BTC值

  LumosSolar是位于美国科罗拉多州鲍德市的一个太阳能应用公司,其主要产品是户外实施,如凉棚、露台、车库顶部等的BIPV面板。他们的Lumos’LXSs系列面板已经设计为可以直接作为顶棚的建筑材料,而不是传统屋顶的附着物。该系列面板的构造可以与大部分的建筑结构连接,并可以抵抗四级冰雹。电力布线系统连接简单,可以与建筑的电力系统并网。

  纽约康尼岛Stillwell大街地铁站的屋顶BIPV工程,是美国最大的应用在公共交通系统上的BIPV工程,也是最早介绍到国内的BIPV项目,名闻遐迩。该地铁站的屋顶布置了2730块PV板,面积共60000英尺,每年可以产生200000千瓦时的电力,可为整个地铁站的运行提供2/3的能源。

  其他地区的BIPV应用也处于积极发展中

  位于阿联酋的阿莱因动物园是4000多种动物在沙漠地区的天堂,每年也吸引着大量的游客。由奥地利公司Chalabi2013年扩建的工程沙漠学习中心,被誉为阿莱因公园的一颗明珠。

  这个学习中心的屋顶是光伏建筑一体化的成功案例。于2013年建成,是中东地区比较知名的一个BIPV项目,获选2013年世界可持续建筑候选名单,并获得了Estidama系统的最高级别5颗珍珠认证。Estidama是波斯湾地区绿色建筑认证体系。

  非洲由于经济发展的制约,光伏建筑的发展还只是个案。

  位于埃塞俄比亚首都亚的斯亚贝巴的发展联盟安全部,外形模拟非洲大陆的形状,使用了445块透明的有机太阳能模块,透光率75%,系统可以为整幢建筑的LED系统提供电力支持。

  这个BIPV项目由德国Belectric光伏公司与建筑承包公司合作完成。工人们只用了5天就完成了整个系统的安装,并且不需要使用传统的脚手架。安装完成后,人们从大厅中仰视时,会感觉这些轻薄的模块正漂浮在天空。

  印度在光伏建筑发展上并没有重大影响的项目,在印度的第一个应用BIPV技术的住宅项目位于加尔各答。

  在经过多次考察后,印度的房管局同意提供位于东部印度西孟加拉邦的首府加尔各答市1.76英亩(近四分之三公顷)土地作为试点,并将该项目命名为Rabi Rashmi Abasan。这些别墅屋顶采用了Conergy 公司的464个C125W太阳能模块。为了适应每个建筑的屋顶形状,这些模块都是单独定制的。

  日本是光伏发展非常早的国家,光伏建筑也发展迅速,我们经常可以看到日本光伏建筑一体化的各种报道。

  说到日本,必须提到这个叫“太阳方舟”的项目。这个光伏建筑全长315m,最高位置位于两边,分别高37.1米,中央高31.6米,底部宽13.7米,顶部宽4.3米,总重量约3000吨,最大功率630kW,年·发电量53万kWh,每年可以减排95吨。(图四)

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图四:日本“太阳方舟”光伏建筑项目

  香港开始光伏建筑一体化的研究也比较早,位于香港理工大学的科研楼于1999建成,是香港最早建成的光伏建筑。

  我们在2006年建成了南玻总部大厦,这个楼位于深圳蛇口,也是中国最早期的光伏建筑一体化的探索。我们将原来的铝板幕墙拆掉,改装成用光伏材料的幕墙,为了解决光伏电子板发热的问题,当时我们采用了被动式技术的内通风方式。

  这个项目成功后,我们做了各种类型建筑的尝试。包括居住建筑、商业建筑、旅游建筑、工业建筑还有交通建筑等等。

  蓝波绿建的实践

  我选三个例子。

  第一个是位于科威特的Warba保险公司总部大厦,BIPV项目是在2008年完成的,位于科威特的downtown。光伏材料安装在遮阳板上,很好的体现了中东地区的建筑特点。

  第二个例子是位于上海崇明的东滩湿地公园,这个是为2010年上海世博会配套的项目。整个项目从设计之初就将光伏作为必要构件融合进建筑,也是应用光伏特性影响建筑形式的一个例子。

  第三个例子是位于山东日照市高新技术产业开发区的服务外包基地1#研发楼(图五)。这是在建筑立面上安装光伏材料的一个成功实践。我个人非常喜欢这个作品,我认为这个建筑的立面设计是建筑师对光伏建筑一体化的启迪,是对光伏建筑的贡献。

  大家从照片上一定感觉不到光伏材料安装在哪里,光伏组件通过建筑设计的手段将比例和位置充分的推敲,令这个建筑立面成为建筑逻辑和光伏产品逻辑完美结合的作品,你路过这个建筑,不会发现立面有什么端倪。

  正是这种“无我”的设计,才是光伏建筑的完美意义。

  通过这个例子,我们一定会坚定的相信,光伏建筑是可以玩成高大上的,光伏之于建筑也是可以不可分割的要素,而不仅仅是补充,更不是补丁。

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图五:日照市高新区服务外包基地研发楼光伏建筑

  光伏建筑的设计是一种多专业的结合与融合

  在2010年,我和南京大学的冯金龙老师做了一个研究生课题,联合指导了一个学生魏伟做“建筑师视野的光伏建筑一体化研究”。这个研究有一个建筑学成果,就是揭示了建筑产品和光伏产品的逻辑矛盾。

  光伏产品和建筑产品的不同本质在于,前者追求的是标准化、系列化、规模化和成本领先,并且开发周期长。

  但建筑不一样,建筑是多样的,多变的,功能多变,形式多变,技术综合,讲究个性定制。进入21世纪以后,建筑甚至与时尚潮流为伍,现在很多建筑是追求时尚的。

  前面我们将光伏建筑归纳为五大因素,这里美学我们不去说了。其他四个方面,其实都和设计相关,设计的优劣直接和间接的影响到实用性、发电量、安全性和经济性。

  由于光伏建筑设计不仅是孤立的建筑设计,也不是孤立的结构设计、构造设计、发电系统设计等等。不完全的统计,所涉及到的设计内容大致有,规划设计,功能设计,建筑物理(防结露、热工性能、隔声等)设计,创意设计,产品设计,动漫设计,结构设计,安全性设计(如防风、防雨、防渗、防变形、防地震、防雷等),构造系统设计,集成组件设计,电力系统设计,设备负载、蓄电池、逆变器、孤岛、防逆流、系统控制、独立或并网电力线路设计,监控,施工组织设计(吊装、工期、劳动力、质量控制、安全控制、文明施工等)。

  这种设计的多专业结合,令光伏建筑设计变得非常复杂。

  大家都知道的是,只要是和建筑相关的设计,都应该是建筑师牵头。一个不争的事实是,我国光伏建筑一体化发展到今天应该有十年以上了,但是建筑师却很少参与进来。

  产品设计师是无法代替建筑师的,工业设计师也代替不了,所以我不止一次的呼吁建筑师要加入到了解、学习、设计光伏建筑的实践中来,创新的创造出建筑的新样式、新形象、新语言。

  所幸的是,已经有不少国外的建筑师投入到了光伏建筑一体化的研究和实践中,我们现在看到的这些例子都是非常用心的设计,设计师非常理解光伏材料,也研究了光伏系统,更将光伏的特性充分的发挥了出来。

  我们看到这样的设计一定非常兴奋,原来这些细部可以设计得如此精致,放大后也仍然很耐看。这表明光伏和建筑之间没有鸿沟,是可以非常成功结合的,而且可以结合得非常完美。

  我们再看一个完美的例子。这个例子在塞尔维亚普里什蒂纳,是一个太阳能中央清真寺(图六)。

  这个美丽的建筑是意大利建筑师保罗Venturella的杰作,近似球形的结构,建筑外立面全部覆盖着太阳能光伏板,并且通过建筑设计将光线引入室内。在这个将太阳的光芒发挥得淋漓尽致的建筑里,祈祷和冥想,成为宗教与现代技术完美结合的典范。

  这让我们相信,太阳能建筑不仅仅是一个能源建筑,它也可以成为卓越的原创的建筑艺术。

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图六:塞尔维亚普里什蒂纳太阳能中央清真寺

  未来可期,未来已来,光伏建筑的春天已经来了

  有一个全世界都知道的科技大咖,就是特斯拉的老板马斯克,他在2016年10月发布了一个很神秘的产品,其实就是光伏瓦(图七)。

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图七:马斯克和他的光伏瓦示范项目

  实际上光伏瓦在中国早已经有人做了,特别是浙江企业做得特别好。但马斯克作为世界科技前沿的领军人物,他加入到这个领域,将会对光伏建筑一体化的发展产生深远的影响,如果以此作为一个旗帜和标杆,光伏建筑的未来就太有前景了。

  我们开头说,一个车棚和光伏的结合都不能满足五要素。那么,我们看看特斯拉是这么做的呢?

  大家都知道特斯拉的电动车非常精致,马斯克对细节的要求,和乔布斯比有过之而无不及,他们那么高大上,做一个车棚会怎么样呢?

  我们看到的这些都是特斯拉的充电站车棚,我们可以看到设计的味道,可以看到用心、细致、讲究。虽然简单的一个车棚,但是依然倾注了设计的热情,所谓简约不简单。

  这是一种态度。

  这让我想起一句话,一叶不扫,何以扫天下?

  车棚都做不好,怎么做一台好车呢?同样的道理,车棚都做不好,怎么能够做好一个光伏建筑呢?

  我在参考消息上看到这么一则消息,美国拉斯维加斯政府宣布,在2016年的12月21日,政府部门已经可以完全用可再生能源实现供电。

  有人说2016年是我们中国分布式市场的元年,也有人说是光伏建筑的元年,无论是什么,拉斯维加斯都给了我们一个信心、一个信念:未来可期,未来已来,光伏建筑的春天已经来了。
 

 

来源:太阳能发电网