BIPV（光伏建筑一体化）

BIPV(Building Integrated Photovoltaic)光伏方阵与建筑集成(光伏建筑一体化)，指的是光伏发电系统与新建筑物同时设计、同时施工和同时安装并与建筑相结合，在建筑屋面施工时直接在屋面安装光伏发电系统支架配件、光伏发电组件单元板和其他电气设备，做到光伏板与建筑屋面墙面有机结合，光伏板成为建筑围护结构的一部分，相对BAPV的主要优势是一次性完成投资建设的模式、应用场景拓宽、占地空间及结合度显著优化、代替部分建材并降低系统成本。具体而言，光伏组件与屋顶瓦片、建筑幕墙、天窗、采光顶等相结合，光伏器件与建筑材料集成化，实现建材发电，具体安装形式包括光伏屋顶、光伏幕墙、光伏遮阳板、采光顶、阳台护栏、墙体式组件代替普通玻璃幕墙或高速路隔音墙。BIPV是一种将太阳能发电设备集成到建筑和建材上的技术，属于分布式光伏电站的一种类型。BAPV(BuildingAttachedPhotovoltaic)概念的出现主要是为了区别于BIPV，实际上BAPV就是已经发展多年的屋顶分布式电站及其简易变形。

建筑光伏一体化的最早应用应该推演到卫星和国际空间站上，卫星上的光伏发电结构是光伏与结构一体化的最早雏形。

1967年，日本MSK公司最早提出建筑光伏一体化产品。日本MSK是是全球最顶级的高科技材料公司。MSK将透明前后板加工成半柔性和轻量化光伏组件用于粘贴在屋顶和墙面上，是最早的BIPV技术商业应用概念的开拓者，也是轻量化光伏发电设备的鼻祖。

2004年，夏普就开始在美国和欧洲地区开设工厂生产光伏组件。于2004年前后在美国建成当时最大的太阳能电池配装公司，并把自己生产的太阳能电池板安装在英国曼彻斯特的摩天大楼幕墙上，还斥资建立了自己的太阳能研究院。此时夏普的技术路线是采用印刷型薄膜电池技术制造BIPV产品。2016年该业务进入困境，出售给台湾的富士康母公司鸿海。

2009年台湾高雄世运会主场馆螺旋造型的BIPV屋顶落成，总装机容量1MW。屋顶面积21000平方米，共辐射8844片BIPV模组，由台湾纳米龙科技设计研发和制造。

2010年，中国无锡尚德总部研发大楼玻璃幕墙BIPV示范项目落成。当时全球最大单体BIPV示范项目，幕墙面积6900平方米。

2013年底，保定英利投资的电谷锦江酒店BIPV示范项目落成。1.5MW各类BIPV产品安装在酒店屋顶和外墙，窗户等位置，该项目也是当时中国最大BIPV示范项目，应该也是至今可以看到公示报告的最大单体BIPV示范项目。

2014年10月，汉能北京总部BIPV一体化总部大楼落成。600KW装机量，以BAPV为主，装饰性薄膜玻璃电池组件。

2016年10月，美国的特斯拉/Solarcity发布BIPV的屋顶瓦片。仅瓦片售价大约：25元/W。能量密度80-90w/m2。

2018年4月，中国的汉能在北京大会堂隆重举行发布汉瓦产品。售价大约：13元/W。容量密度80-85w/m2。

2018年6月，来自硅谷的合资公司HeliosPower赫里欧新能源科技有限公司发布第二代智能BIPV产品。售价大约700-800元/平方米，系统造价仅仅4.5-5.0元/瓦，而容量密度高达160-170w/m2。全投资投资收益率(IRR)在中国主要工业厂房屋顶上，在自发自用模式，高达IRR=12-16%以上。

根据《绿色建筑的当下与未来：BIPV、装配式建筑及钢结构》，BIPV是应用太阳能发电的一种新概念，简单地讲就是在建筑施工期间，将光伏发电阵列安装在建筑围护结构等外表面或直接作为材料本身构成建筑结构，经一次性设计、建设完成，从而实现与建筑的有机结合，并提供电力。

BIPV的发电系统分为独立发电和并网发电两种：(1)离网发电系统：指光伏系统产生的电能供建筑直接使用，系统运作类似蓄电池；(2)并网发电系统：光伏系统与公共电网相连，随日照强弱与电网之间进行电能双向交互，从而保证持续供电。目前，对于并网发电系统的应用更为广泛，原因在于并网发电系统拥有更加稳定的电力可续性，解决了光伏发电因日照变化而具有的不稳定性。

BIPV的技术路线主要分为两种：(1)光伏阵列与建筑的结合。这是目前最常用的BIPV方式，主要是将光伏阵列与建筑屋面结合，例如：光电屋顶、光电幕墙和光电车棚等。(2)光伏方阵与建筑的集成。这是BIPV的一种进阶形式，对于光伏组件的要求较高，其不仅要满足光伏发电的功能要求，同时还要兼顾建筑的基本功能要求。简单来说，就是用光伏器件代替部分建材结构，如屋顶和围护结构等。

BIPV具体技术路线可分为光伏平屋顶、光伏斜屋顶、光伏遮阳板、光伏幕墙、光伏遮阳板等。光伏屋顶领域的代表建筑企业包括森特股份、精工钢构、东南网架等，光伏幕墙领域的代表建筑企业包括江河幕墙、瑞和股份、嘉寓股份等。

光伏平屋顶：将光伏组件应用到屋面，满足安全、抗风压、防水防雷、采光要求。采用透光性优良的光伏元件(如薄膜太阳能电池)，一般组件透光率为10%～15%。与建筑物完美结合，兼作采光顶屋面，不影响建筑设计艺术性；标准光伏组件，性能好，成本低。

光伏斜屋顶：与平屋顶安装方式及要求基本相同，其中南向斜屋顶BIPV具有较好的经济性。最佳角度下可以获得最大或者较大发电量；标准光伏组件，性能好，成本低。

光伏遮阳板：光电板安装角度始终与太阳辐射角度垂直，有利于光电板最大限度地接收太阳辐射，提高光电转化效率。阻挡阳光进入室内，有利于控制和调节室内温度，降低建筑物空调耗电，起到节能减排作用；光电板作为一种新型的建筑遮阳构件，节约遮阳材料，丰富建筑外观。

光伏幕墙：光伏幕墙与传统玻璃幕墙的构造方式基本相同，兼具传统玻璃幕墙的采光、遮阳、保温、抗风压等性能，比传统玻璃幕墙更加节能。不透明幕墙多采用单晶硅和多晶硅组件，具有较高的发电效率；半透明幕墙多采用非晶硅薄膜电池，优点包括透光率高、价格低、生产方便，缺点是光能利用率低

光伏车棚：晴天时太阳能发电优先给电动车充电；阴雨天切换到市电给电动车充电，且充电不需要蓄电池储能，太阳能发出的电逆变后直接使用。遮风挡雨，同时可将太阳能完全吸收为电动车充电

(1)建筑外观：BAPV屋面在彩色压型金属板上面后期安装支架和光伏电池板，屋面较凌乱，整体性较差。BIPV屋面把光伏阵列利用纳入建筑的总体设计，将建筑、技术和美学融为一体，既可防阳光直射和雨水侵蚀，又不会影响建筑物的外观效果。

(2)设计寿命：BAPV屋面的光伏发电组件因为全部处于露天环境，长期风吹雨打，寿命一般在20年，最多不超过25年。BIPV屋面的光伏发电组件只有屋面暴露在外，有良好的密封环境，BIPV光伏组件封装用的胶为PVB，而PVB膜具有透明、耐热、耐寒、耐湿，机械强度高等特性，并已经成熟应用于建筑用夹层玻璃的制作，能达到50年甚至更长的使用寿命。

(3)屋面受力：BAPV屋面的压型金属板(彩钢板或铝镁锰板)与后置的光伏电池板的受力复杂，金属板和光伏电池板既有风载正压也有负压，光伏电池板受力通过支架传递到压型金属板，长期的风载作用和变形会产生疲劳效应，影响结构安全。BIPV屋面只是单纯的屋面，结构受力清晰，结构安全性高。另外，该系统采用双面玻璃组件，钢化玻璃的厚度符合国家建筑设计规范，是通过严格的力学计算得出，能够满足屋面安全性要求。

(4)防水可靠性：BAPV屋面在压型金属板(彩钢板或铝镁锰板)屋顶安装完毕后，后期屋面二次上人安装光伏组件等设备，会因为吊装、施工踩踏、长期光伏自重荷载和局部设备超载，从而造成彩钢板或铝镁锰板永久沉降形变，造成后期隐患性漏水并且难于检修和发现漏点。BIPV屋面系统主要采用憎水性玻璃面板与主水槽、防水密封等形成屋面防排水系统，屋面构造、泛水包边、采光带等采用模块化组合构成，主水槽等受力构件采用卡扣式零穿孔连接，组件与组件(或踏板)间使用可靠的密封扣条进行固定和密封，泛水包边采用对焊连接，系统设计带有防震动体系，避免了漏水的隐患。

(5)施工难度和速度：传统钢结构后置式光伏发电屋面分二期施工，施工周期长。直立锁边铝镁锰屋面板施工难度大。光伏建筑一体化屋面施工难度小，安装速度快，工程进度有保障。在完成支架和水槽施工后，每人每天至少安装40平(25块组件)。

光伏建筑一体化将太阳能应用技术推向了一个新的阶段，将建筑物的屋顶和幕墙集成光伏组件，将绿色的太阳能转换成可供利用的电力供给建筑物使用或者并网，其将太阳能应用从空旷的场地推向了城市，大大提高了太阳能的普及应用，从建筑、技术和经济性来讲，BIPV技术有着诸多优点：

(1)建筑物自身产生清洁无污染的绿色能源，大大减少甚至使建筑物零能耗；

(2)建筑物与光伏组件有机结合，节省了单独放置光伏电池板的额外空间，光伏组件与建筑材料结合可以节省建筑物材料，节省了建筑耗材并且使得建筑物更美观；

(3)由于光伏组件安装在建筑物遮阳面，吸收了大部分的太阳光照从而可以降低建筑物室温，减轻室内空调调温系统的负荷；

(4)缓解了传统化石能源的短缺问题和燃烧化石能源给环境带来的污染，减少温室气体的排放，有着非常重要的环保意义；

(5)光伏建筑除了满足自身的耗能，而且可以把多余的能量输送给电网。

根据《BIPV行业深度报告(一)：建筑光伏风口已至BIPV市场空间广阔》，BIPV按材料可分为晶硅型和薄膜型。晶硅型BIPV使用的仍是传统的单晶硅或多晶硅光伏板，光伏组件是使用EVA或者PVB胶膜，在多层钢化玻璃中间封装的晶体硅电池片。随着光伏行业的发展，晶体硅类的转换效率不断提高，目前单晶硅的转换效率最高可达26%，普遍单晶组件的转化效率也可以达到18%；多晶硅的转换效率略低，平均在16%左右。主要应用于没有透光需求的光伏屋顶项目；而对于透光有要求的屋顶或建筑立面项目，需要使用薄膜型的碲化镉(CdTe)或铜铟镓硒(CIGS)电池。薄膜电池普遍具备更佳的弱光性和温度系数等优势，可在弱光等环境中广泛应用。

BIPV产品按表现形式来看可分为建材型和构件型两种形式。“建材型”BIPV一体化更加完善，将光伏电池完全融合进建材中，从外观上可能与传统建筑材料差别不大；而“构件型”BIPV偏向标准化产品，从外观上较易与传统建材区分。理论上，“建材型”BIPV是成熟的BIPV产品实现完全--体化之后的最理想形式。如特斯拉的光伏屋顶瓦片SolarRoof，直接将电池片作为瓦片安装在屋顶上，外观与传统屋顶几乎没有区别。但这样完全失去了钢结构的辅助，对光伏瓦或光伏砖本身的材料强度和性能提出了更高的要求，同时也要求光伏组件有更高的定制化特征以适配不同的建筑需求，难以形成标准化生产，成本较高，短时间内还难以向市场推广。

(1)安全性需求：同时满足IEC61730、IEC61646与IEC61215标准中对组件的安全性要求，具备良好的温湿度性能、机械性能、力学性能与电绝缘性能

(2)可靠性需求：光伏组件同时承担建材功能，需达到建筑的隔音、导热、透光等基本参数要求，保证建筑的抗风性能、气密性、水密性等

(3)安装要求：安装时需考虑组件自身的散热问题，并采取措施避免光伏设备受到阴影遮挡寿命要求保证运行时间，应确保组件在使用过程中的耐热、耐湿、耐冲击及耐寒能力

(4)设计需求：空间小，必须隐蔽布线；需要考虑走线方式和设计走线槽以及测试点，避免因建筑结构影响接线处，不会因为建筑本身立柱或横梁的遮挡影响施工

(5)外观需求：应考虑组件的整体外观，使其无论从形式上，还是从颜色上，都能和建筑物整体相协调

(1)BIPV屋顶：BIPV组件安装在屋顶上，形成光伏屋面、光伏采光顶、光伏瓦屋面、光伏金属屋面等。光伏组件屋面：BIPV组件作为屋面保护层，是一种新型的坡屋面形式，适用于新建坡屋面和平改坡屋面。光伏瓦屋面：光伏瓦或光伏组件以瓦的形式铺装，是一种新型瓦材的瓦屋面形式，适用于新建瓦屋面和传统瓦的改造。光伏采光顶：BIPV组件作为采光顶的玻璃面板，是一种新型的玻璃采光顶形式，适用于建筑采光顶。光伏隔热层屋面：在BIPV组件下设置空气间层，可以实现屋面在夏季隔热作用，适用于平屋顶增加隔热层

(2)BIPV幕墙：BIPV组件还可以在建筑外墙上替代传统幕墙，形成光伏幕墙、光伏窗间等.BIPV组件直接作为幕墙面板，与支承结构共同构成光伏幕墙，适用于透光和不透光建筑幕墙。

(3)BIPV遮阳：BIPV组件与建筑遮阳结合，形成光伏外窗遮阳、光伏屋檐遮阳、光伏雨篷遮阳、光伏长廊遮阳，以及停车棚、公交站亭、过街天桥、体育场看台等光伏遮阳。具体包含以下：光伏外窗遮阳：BIPV组件直接作为外窗遮阳板，适用于建筑外窗遮阳。光伏雨篷：BIPV组件直接作为雨篷面板，适用于建筑雨篷。光伏外廊：BIPV组件直接作为外廊顶棚，适用于建筑外廊。光伏看台遮阳：BIPV组件直接作为看台遮阳板，适用于体育场看台。光伏阳台(一体)：BIPV组件直接作为阳台栏板，适用于建筑阳台。

(4)BIPV温室：BIPV组件与农业温室结合，形成光伏温室室外光伏：BIPV组件安装于建筑室外，作为建筑的附属物或设施。具体包含以下：光伏车棚：BIPV组件直接作为车棚顶棚。光伏车站：BIPV组件直接作为车站顶棚。

(5)光伏场馆：在屋顶、幕墙等均融合了BIPV光伏材料的体育场馆、展会展馆、科技馆等建筑。

参考资料：

建材行业专题报告：建筑、光伏深度融合BIPV加速发展-210823(37页).pdf

【研报】建筑装饰行业：BIPV行业深度昨夜江边春水生蒙冲巨舰一毛轻-210312(56页).pdf

BIPV行业深度报告(一)：建筑光伏风口已至BIPV市场空间广阔

【精选】2021年光伏行业BIPV市场发展展望分析报告（20页）.pdf

【精选】2021年中国BIPV行业发展前景与减碳潜力分析报告（56页）.pdf

【研报】建筑装饰行业：绿色建筑的当下与未来BIPV、装配式建筑及钢结构-210322（36页）.pdf