光伏建筑一体化技术领域

四、BIPV光伏建筑一体化技术领域

1.案例简述

武汉日新科技有限公司（简称日新科技）成立于2001年5月，是专门从事太阳能光伏发电技术^[32]产品研发、生产、销售和光伏建筑一体化（BIPV）设计^[33]、安装及太阳能电池应用系统的国家级高新技术企业。公司业务主要集中于光伏产业中下端，从事太阳能应用技术及技术产品研究、开发、生产和销售，尤其专注于BIPV应用产品。目前，制约太阳光伏发电应用和推广的主要瓶颈就是其发电成本过高，日新科技自主研发了太阳能光伏建筑一体化集成系统和光伏建筑构件，以光伏构件取代普通建筑材料，通过综合成本核算，能够有效降低30%～80%的发电成本。

日新科技在湖北省科技厅的支持下，组建了产学研相结合的省级科研平台。致力于增强光伏企业的技术创新能力，解决技术及工程化难题。此外，日新科技光伏工业园（调研期间在建）是财政部、建设部兆瓦级可再生能源建筑应用示范基地和国家住房和城乡建设部可再生能源建筑应用产业化基地，是湖北省科技厅BIPV及并网发电和半导体照明示范项目，也是目前国内最大的集晶硅电池、非晶硅薄膜电池于一体的兆瓦级BIPV并网发电项目，可实现功率1.2MW，年发电量160万度，年节约标准煤420吨，减排二氧化碳1 100吨。

日新科技拥有10项自主研发的太阳能光伏建筑一体化集成系统和光伏建筑构件专利（见表7－4），BIPV产品及集成技术已达到了世界先进、国内领先水平，是国内最大的薄膜BIPV构件生产商和国内首家BIPV一体化系统集成厂商（即集成BIPV构件产品、光伏电站设计/建设以及电站管理运营）。作为国内首家BIPV系统生产厂商，日新科技目前正致力于BIPV行业标准化工作。

表7－4　日新科技拥有的BIPV及光伏建筑构件专利

2.分析

（1）产业化。

作为国内新兴产业，日新科技定位于生产非/微晶薄膜太阳电池组件、晶体硅太阳电池组件、BIPV光伏建筑构件及BIPV光伏系统集成和BIPV电站运营业务，在较短的时间内取得了良好的营销业绩，并因此获得了一系列创新企业荣誉。日新科技以工程为载体，主要以BIPV系统集成业务为主（见图7－11），2008年营业额已超1亿元，现有的产能已经不能满足市场需求。日新科技在国内首次批量生产高效非晶硅薄膜电池组件^[34]，主要应用在并网电站及大中型独立供电系统，年产能35MW；公司的晶体硅组件^[35]年产能50MW，广泛应用在太阳能并网发电、照明、交通电子、通信等领域，公司因该产品入选国家发改委、全球环境基金、世界银行项目合格供应商；公司还是国内最大的薄膜BIPV构件生产商。

图7－11　日新科技业务定位及产品系列

同时，在建的日新科技光伏工业园是湖北省科技厅BIPV及并网发电和半导体照明示范项目（湖北省第一个光伏并网发电试点示范工程），财政部、建设部可再生能源建筑应用示范基地和产业化基地，也是国内目前最大的集晶硅电池、非晶硅薄膜电池于一体的兆瓦级BIPV并网发电项目。项目总功率1.2MW，年发电量160万度。在并网发电方面，2009年日新能源^[36]与湖北黄金山科技园投资有限公司签订了“湖北黄石黄金山科技园BIPV电站项目合作协议”，同时与湖北黄石经济开发区管委会签订了“湖北省黄石市黄金山工业新区太阳能光电建筑一体化（BIPV）电站项目合作框架协议”。该项目建设规模不低于30MW，总投资10亿元人民币，建成后光伏系统年均发电量可达3 600万度，将形成区域规模示范效应。

日新科技的市场推广有两个特点：第一，公司是国内首家采用BIPV商业模式的企业；第二，公司以建设应用示范项目和应用产业化基地、科技园区等带动BIPV的产业化。这两个特点的产生原因为：第一，光伏产业在我国是一个新兴产业，国家通过财政补贴的形式鼓励建设BIPV示范项目，通过展示其节能减耗的优势，改变消费者偏好，以推动产业化进程；第二，由于太阳能光电建筑一体化是跨行业、跨专业的系统工程，在示范项目这样的平台上有利于解决BIPV系统集成和并网发电方面存在的技术和工程化问题，以及为协调跨部门的宏观管理制度提供解决方案。

（2）产业共性关键技术。

日新科技是国内光伏产业的先行者，已自主研发出30余项发明及实用型专利（实用新型专利为主）。由于公司同时又是国内首家BIPV一体化系统集成厂商，因此公司也成为BIPV标准化的推动者，参与相关行业、地方标准的制定。

（3）高效的研发程序。

日新科技依托的创新系统是以湖北省光伏工程技术研究中心为组织边界的内部系统集成。公司内部设有研发机构——设计部和技术部，二者均有研发职责，设计部负责光伏产品新产品的开发，技术部对工艺技术进行研发改善。而公司主要的研发平台是湖北省光伏工程技术研究中心（简称中心）。该中心于2005年12月由湖北省科技厅批准组建，以日新科技为依托单位、以武汉科技学院、华中科技大学、香港理工大学等为协作单位，是湖北省太阳能光伏产品及配套原材料的技术发展与工程化应用的研发、推广机构。中心的成员主要由业内著名的博士、教授及高级工程师组成。公司以中心为平台，建设武汉日新科技光伏工业园^[37]和武汉科技学院新校区二期工程太阳能建筑应用示范，这两个项目被财政部、建设部批准为“可再生能源建筑应用示范项目”，二者分别是目前我国确定并予以资助的最大的国家太阳能光伏建筑一体化应用示范工程和最典型的太阳能光伏并网与LED照明产业相结合的国家产学研一体化示范工程。中心的研发机构有检测试验中心和项目管理部，如图7－12所示。

图7－12　中心的研发架构

日新科技内部研发与中心的关系是：研发项目均由中心按研发项目（课题）来进行管理，不同的单位承担各自不同的研究方向和任务。公司内部研发机构配合中心共同研发。武汉日新科技光伏工业园和武汉科技学院新校区二期工程太阳能建筑应用示范项目中的关键技术和产品也由公司内部研发机构和中心共同研发。

（4）产学研结合。

由前文可知，日新科技在中心的平台上进行产学研结合创新。产学研结合创新中公共知识基础不断流入公司为增强公司技术创新能力提供了源泉。公司在中心架构中与公共知识基础合作承担了政府资助的课题，如：①2007年10月，“日新科技光伏工业园”被评为住房和城乡建设部可再生能源建筑应用示范项目，其中子课题“日新工业园区太阳能发电能量信息管理系统”由武汉科技学院承担。②2007年12月，日新科技与华中科技大学、武汉科技学院共同申报的湖北省重大科技专项资金项目“兆瓦（MW）级光伏并网电站及光伏集成应用技术研究”获得立项。目前，该项目已进入总结、申请验收阶段，形成8种以上建筑一体化光伏构件，并申请国家专利；并形成5种以上太阳能半导体照明系统，各项技术指标达国内先进水平。③2008年5月，日新科技与华中科技大学联合申报的武汉市电子信息产业发展基金项目“非晶/微晶硅薄膜太阳电池”获得立项。目前，该项目也已完成，等待验收。通过本项目的实施，日新科技的薄膜太阳电池光伏BIPV产品已经完成光伏夹胶玻璃、光伏中空玻璃等建筑构件的中试。④2008年12月，日新科技与湖北省建筑标准设计研究院共同申报的2008年度湖北省建设科技项目“光伏建筑一体化（BIPV）及其并网系统的标准化研究”获得立项。

（5）承担政府资助的科研项目。

日新科技承担政府科研项目反映出三个特点。首先，由（4）可见，公司是以产学研结合的形式承担政府资助的科研项目。其次，公司承担的这些课题以省市级课题为主，体现出较强的区域性。最后，这些项目中有一项产业标准化研究项目。尽管位于东湖高新区内的日新科技是国内BIPV的先行者，但从全国BIPV产业规范化发展的角度，湖北省的发展却已略显落后，国内有些省份已经出台了BIPV相关地方标准或技术规程。因此，日新科技与湖北省建筑标准设计研究院共同承担的湖北省建设科技项目“光伏建筑一体化（BIPV）及其并网系统的标准化研究”对湖北省BIPV产业的良性发展具有重要意义。

（6）标准化程序及宏观管理制度障碍。

在组织程序上，BIPV系统的标准工作由中心的项目管理部下属的知识产权和标准部门负责，主要负责人是日新科技的总工程师（也是中心的光伏技术专家）。在人力资源方面，日新科技处于快速成长期，团队建设发展太快，在人员数量和知识结构方面不能满足BIPV的标准化运作，主要由公司有关负责人与政府有关职能部门进行沟通。

日新科技的标准体系由四个部分组成，分别是产品标准（光伏构件标准）、BIPV系统设计及施工标准、管理标准^[38]、服务标准^[39]。这四个方面的标准体系是BIPV产业规范运行的一个前提条件。BIPV目前处于产业化发展的初级阶段，在产品标准方面公司首先采用现有的国家标准和IEC的标准（IEC61215、IEC61730、IEC61646）。由于BIPV是跨专业、跨行业的新兴产业，BIPV建材（包括建材型和构件型）现有的标准不能满足BIPV的技术要求，如幕墙构件既要符合光伏行业电性能的标准（如TVU、IET标准），同时还要满足建筑的三性要求以及建筑上的热工指标等。因此，日新科技的标准化过程是首先建立企业技术标准，目的是将与BIPV相关的跨行业的标准整合在一个BIPV标准框架内，并补充制定尚无标准可依的部分。这是一个复杂的、跨部门的新的标准体系，涉及领域和技术较多，对单个企业来说难度很大。

BIPV系统的标准化是日新科技标准工作的重点和难点，它包括了系统设计及施工标准和服务标准（光伏产业运行管理标准）。BIPV系统设计及施工标准化工作涉及的范围广泛，是一个庞大的技术标准体系，包括设计规范、施工验收规范、检测检验标准、标准图集等。这也是BIPV标准化中最关键的部分。目前日新科技正与湖北省建筑标准设计研究院联合进行光伏构件标准的编制，参加的成员有日新公司的高级技术人员，也有来自湖北省建筑标准设计研究院、武汉建工集团的专家等。另外，日新科技承担的建筑光伏发电系统工程，需要由湖北省发改委、湖北省住房和城乡建设厅、湖北省电力公司、湖北省物价局、湖北省环保局、武汉市电力公司、武汉市电力设计研究院等部门协调。由于国内BIPV产业链才刚刚完善，光伏产业运行管理标准化^[40]需要建筑和电力等部门的协调。只有解决了电力接入问题，才能发挥BIPV并网发电的优势。日新科技始终都在与政府主管部门参与和推进这项标准化工作，并与湖北省建筑标准设计研究院共同承担了湖北省建设科技项目计划“光伏建筑一体化（BIPV）及其并网系统的标准化研究”项目。该项目也为新兴产业企业的标准化介入程序提供了范式（见图7－13）。

截止2009年6月日新科技的标准化已取得了初步成效。公司制定了企业标准，部分自主专利纳入了企业标准；并且，公司的专利也纳入了由中国建筑设计研究院、中国可再生能源学会太阳能建筑专业委员会正在主编的《民用建筑光伏构件行业标准》和《建筑太阳能光伏系统选用与安装标准图集》。

图7－13　日新科技研发（专利）和标准化

作为一个新兴行业，BIPV不仅需要大量的标准化工作，而且需要设置与BIPV标准化密切关联的资质审核程序，包括设计资质和施工资质。获得相关资质是企业执行标准和产业良性发展的前提。目前日新科技申请的设计资质正在审核中，该设计资质名为“太阳能光电建筑一体化及光伏电站设计特种资质”；施工资质为“太阳能光电建筑一体化及光伏电站建设特种资质”。“太阳能光电建筑一体化及光伏电站设计特种资质”是湖北省在全国的首创，为BIPV产业在湖北省的推广应用开创了制度支持。

（7）市场需求潜力。

BIPV巨大的市场潜力是公司推动BIPV产业化和标准化的动力源。世界光伏产业近十年平均年增长率为42.3%（至2008年）。截至2008年底，世界光伏发电总装机容量约16GWp，其中85%以上为并网光伏发电系统。并网光伏系统中90%以上为BIPV或者屋顶系统。欧洲、日本、美国等国家和地区的并网光伏系统主要也是BIPV系统。虽然未来地面大型光伏系统可能会增加，但2020年前仍将以BIPV为主（赵玉文，2009）。同时，随着硅材料暴利时代的终结，太阳能光伏发电成本有望在2012年以后与煤电竞争。我国太阳能资源丰富，BIPV的未来市场潜力巨大。截至2006年，我国房屋总建筑面积约400亿平方米，其中屋顶可利用面积共计40亿平方米。如果20%安装太阳光伏方阵就会有80GWp。到2020年和到2050年可利用面积分别增加50%和1倍，太阳电池阵列效率分别从现在的10%增加到15%和20%，则屋顶资源量从现在的80GWp分别增加到180GW和320GW（赵玉文，2009）。世界并网光伏发电的发展速度如图7－14所示。

图7－14　世界并网光伏发电的发展速度

（数据来源：根据赵玉文（2009）整理）

（8）新兴产业。

“建筑物产生能源”新概念的提出以及太阳能光伏成本的降低，促进了光伏并网发电技术的发展。自20世纪90年代以来，由发达国家发起的光伏并网发电激励政策刺激了BIPV在全世界各国的推广。在我国，近几年开始了屋顶并网光伏发电系统的试验和示范工作以及大规模荒漠光伏并网系统的可行性研究（原惠军等，2006）。与国内同行业其他企业相较，武汉日新科技园和武汉科技学院新校区二期工程太阳能建筑应用示范项目将成为日新科技自主专利及其标准化的有力支撑。

（9）国际标准竞争。

目前还没有公开发布的BIPV国际标准。国外的大多数建筑光伏发电系统主要是采用普通太阳电池组件对现有建筑进行节能改造。但是，也有部分光伏企业对建材型光伏构件进行了深入研究、开发并取得了一定成果，如国际知名双玻璃光伏组件生产商奥地利的ErtexSolar、德国的SolarWatt、美国联合太阳能公司（Unl－SOLAR）和德国的SCHOTT Solar等公司的光伏构件技术和产品均具有自主知识产权。由此可见，未来BIPV国际标准竞争将非常激烈。

（10）高级标准化人才。

BIPV最关键的设计规范、施工验收规范、检测检验标准、标准图集方面的工作不仅需要具备丰富的专业知识和经验，而且需要具备相关标准知识以及熟悉标准化规则及技能的综合型高级人才。由于缺乏这样的人才，极大地阻碍了公司与各有关管理部门和研究部门的沟通与协调。

（11）标准化经费投入。

BIPV系统设计及施工标准化工作需要较多政府职能部门的共同参与和协作，需要投入较多的经费。而目前湖北省只有日新科技一个企业领头来推动这项工作，公司承担了由此产生的诸多费用。

（12）政府扶持。

支持发展BIPV的国家宏观政策^[41]有：《国家中长期科学和技术发展规划纲要（2006—2020年）》，把太阳能光伏建筑一体化技术列为能源领域优先主题——可再生能源低成本规模化开发利用重点研究目标^[42]。《关于加快推进太阳能光电建筑应用的实施意见》（财建［2009］128号），《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）、《关于印发太阳能光电建筑应用示范项目申报指南的通知》（财办建［2009］34号）（简称三文件）。三文件把新能源的发展提高到“国家战略”的高度，以国家财政补贴的形式扶持示范性光伏发电项目，以启动国内光伏市场。2009年初，中国科学院宣布启动太阳能行动计划，大力推进BIPV新能源技术的产业化。这些产业政策均是从国家战略的高度对太阳能光伏产业的支持。而从（4）的分析可知，日新科技的研发平台和产业化基地建设是湖北省政府支持的项目，侧重于服务湖北省区域经济的产业升级与经济转型。