常規組件屋頂光伏痛點怎麼破？建材型BIPV將誕生 2000億新藍海

摘要：一旦建材化的BIPV技術成熟應用，地面光伏電站的市場佔比將急劇萎縮，分佈式發電的市場佔比將很快成爲主流。2019年2月18日，國家能源局公佈2019年新能源新政討論結果，光伏發電進入無補貼時代的前夜，預計中國市場新增45GW以上，戶用屋頂3-5GW，工商業15-20GW，地面25-30GW。

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在衆多可再生能源發電技術中，光伏發電是最具備普適性、分佈式的發電技術，也是最值得期待的一項能源革命技術。但傳統常規光伏一般與建築是分離的，無法實現與建築的高度結合，更無法實現與建材的結合和替代。

現行光伏組串技術路線大多以20餘塊組件爲主，組成一個串，形成1000V，1500V級的直流高壓線路進入直流匯流箱，再進入集中式逆變器或組串式逆變器。在一個組串過程中，各組件電壓進行疊加，形成一個疊加的直流側高電壓。爲降低組串過程損失，避免木桶短板效應，因此要求每個組串內組件的工況(發電運行工作參數)儘可能保證一致性。

地面光伏電站應該進行場地平整，讓每一個組串的組件儘可能安裝在一個支架陣列中，同時，務必做好日常維護，檢查熱斑，組串電流偏差，進行灰塵清理，以儘量保證組串內組件工況的一致性。

但分佈式發電應用場景，存在更多的不確定性，加上難以維護清掃積灰，組串內各組件工況的一致性難以保證，因而會放大地面電站運行中存在的孤立或小概率事件發生。

而建築光伏一體化BIPV (Building Integrated Photovoltaics) 是應用太陽能發電的一種新概念：在建築維護結構外表面結合建築材料形成光伏與建築的結合，光伏發電提供電力。

目前，在新建建築中系統集成綠色智能發電系統建築，已成爲各國的共識，也是建築發展的趨勢。建材型光伏，讓光伏融入設計、融入建材，融入建設，成爲建築基本功能的一部分。

根據這一設想，建材化的光伏產業到底有多大呢?是個小衆市場還是未來的主流市場呢?我們從現行組件組串技術應用於屋面分佈式發電的主要技術痛點說起。

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常規光伏技術應用於屋頂發電的技術痛點:

1、熱斑效應：

一串聯支路的電池組中任意電池如被遮蔽，將被當作負載消耗其他有光照的太陽電池組所產生的能量，被遮蔽的太陽電池組件此時會發熱。這種效應能嚴重的破壞太陽電池，直接導致失效或着火燃燒。傳統光伏組件技術的結構設計存在這樣的天然缺陷。

(熱斑效應)

2、PID效應：

又稱電勢誘導衰減，是電池組件的封裝材料和其上表面及下表面的材料，電池片與其接地金屬邊框之間在高電壓作用下出現離子遷移，而造成組件性能衰減的現象。PID效應是長期導致組件衰減甚至嚴重退化的主要原因，由此引起的組件功率衰減有時甚至超過50%;導致這一危害的根本原因就是現有的光伏組件在組建發電網絡時是採用串聯方式，形成20~30餘倍的單個組件電壓，如1000V的直流電壓。

光伏高壓直流拉弧試驗視頻記錄，大約到100V直流電壓時，電弧變成破壞性的拉弧火焰。

3、高壓直流拉弧：

傳統光伏組件採用串聯方式連接，形成直流側高壓，目前採用1000V,1500V二個電壓等級。該電壓在分佈式發電應用場景之中，人與光伏板接觸緊密，從而對人類活動構成極大的安全威脅。高壓直流也容易拉弧引發火災，該因素約佔屋頂分佈式光伏發電火災因素的45%。

4、耐候性問題：

傳統光伏組件背面爲有機材料在屋頂高溫高溼度的環境下，耐候性能大大降低，使用壽命低於地面電站場景。

5、獨立運行問題：

傳統光伏組件採用串聯方式連接，導致各光伏組件不能獨立運行，一旦其中一個組件出現問題，串內的能量會聚集到問題組件，極易造成火災風險。

6、消防問題：

傳統光伏組件產品的背面爲有機材料或玻璃，均無法達到建築防火A2級要求;BIPV產品內側必須是防火耐燃材料，確保符合消防標準。

7、承重問題：

傳統的組件產品的結構力學設計，只能保證一定風壓力，從來沒有考慮過人在組件面上的活動。但BIPV產品作爲建築材料，必須考慮人在上面的行走活動。

8、隱裂風險：

隱裂就是一些肉眼不可見的細微破裂，晶硅電池片由於其自身晶體結構的特性，很容易破裂，隱裂可以說是一種較爲常見的電池片自身缺陷。會導致電池片部分乃至整片失效。傳統產品因爲未考慮人類在組件表面的活動，因此對隱裂問題是沒有設計控制措施的。BIPV因爲受人類日常活動影響，採用晶硅電池的BIPV必須考慮隱裂帶來的風險。

9、電氣安全：

BIPV產品作爲建築材料，其應用場景大大有別於傳統組件產品，作爲建築材料已經與人類生活緊密相連，密不可分，電氣的安全性成爲重大的考量。任何高於人類需求的安全電壓的BIPV產品都會給人類生活安全構成威脅。真正的BIPV產品首先要在電氣電壓安全方面做好徹底的防範保證。安全低壓產品無疑是最佳解決方案。

10、建築通用性：

BIPV產品作爲建築材料產品，應該與既有建築維護結果充分的銜接，儘量通用一致以實現既有建築的大規模使用。

上述問題惡化後導致組件失效，甚至着火燃燒。這也就不難解釋屋面光伏發電着火概率遠遠大於地面電站的原因。上述缺陷也是導致過去30多年來，建築光伏一體化(BIPV)產業發展一直止步不前的根本原因，市場急需創新產品和解決方案出現。

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建材化的光伏材料(第二代BIPV) ：潛力巨大的產業

其實人類如果可以全面的做到在建築物和構築物屋頂大面積的光伏發電，加上儲能技術的應用，完全可以實現電力的平穩和高質量輸出，大面積的代替化石能源。

如果大量的屋頂都安裝光伏發電或建材化的光伏發電，其發電量基本可以大量代替現有的化石能源。建材化光伏發電+儲能，已經成爲可以解決人類能源革命的技術路線。

大量的地面光伏電站將成爲補充，化石能源的發電量也將逐步減少，逐漸成爲未來電力能源的配角，清潔的可再生電力能源供給將成爲市場主體。

建材化的光伏發電產業纔是是未來增長潛力最大、發展前景最好的新能源產業。

( 行業研究機構對未來光伏市場規模的預測 )

對中國建材化光伏產業來說，市場容量巨大。現有全國總建築面積800多億平米，住宅佔2/3，工商業佔據1/3。住宅屋頂可安裝光伏面積70多億平米，立面近30億平米，合計近100億平米，可安裝1500GW，6萬億元市場。

非住宅的工商業屋頂250億平米，合計可安裝光伏2500GW，約10萬億元的市場。其中商業建築和公共建築屋頂大約80億平米，大約可安裝70-90GW，市場大約3000-4000億元。

最近5年每年施工面積130億多平米，每年竣工比例大約30%，約35多億平米。每年住宅竣工比重一半以上，約18億平米。一半商品房一半大約8億，農村住宅一半多10億平米。

中國2017年新增光伏裝機容量53GW，已經連續五年保持全球新增裝機規模全球第一。並且在未來將保持全球最大的光伏應用市場。國家發改委和國家能源局在2017年發佈了《能源生產和消費革命戰略(2016—2030)》，其中明確，到2020年非化石能源佔比達到15%,2030年達到20%，2050年佔比超過50%。當前核電發展碰到了前所未有的困難，水電、風電則已開發殆盡，不可能出現顛覆性的變化，全球各國都面臨同樣的問題。所以，光伏將被寄予厚望。

據行業權威人士對未來5~7年我國光伏市場規模做了一個估算。我國到2030年的初步想法是人均消費8000度電，按14億人計算，每年將消費10.2萬億度。而去年光伏發電量爲1100億度，相當於全國發電量的1%。如果到時光伏發電量佔比達到10%，即1.1萬億度電。按目前的效率光伏至少需要裝機達到800GW才能完成這一目標。如果光伏到2030年做到約1.5萬億度電，那麼就需要1200GW規模。目前離2030年還剩12年，要想達到800GW裝機，此後至少每年新增裝機50~65GW。

另外，新能源汽車的發展，還會爲產業疊加每年30~50GW的新增可再生能源發電。

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全球蓬勃發展的光伏市場

除中國以外的其他亞太國家市場方面，日本2017年裝機總量爲7.5GW，未來規模會因爲BIPV的技術導入，擴大新的市場空間，每年的新增量還會在7GW~10GW以上。印度作爲快速發展的光伏市場之一，預計到2020年每年新增裝機量約爲10-13GW左右。澳大利亞發展也很快，2018年的裝機量將超過2GW。

歐洲的市場在緩慢復甦，荷蘭市場最新2018年的招標批准的項目達到2.4GW，並且未來到2020年仍將保持該規模的增長。法國也通過6輪招標確定了3.9GW的地面電站項目和1.2GW的屋頂項目。法國規劃目標爲18~20GW，一半以上將採用BIPV技術。除此以外，意大利和西班牙的PPA市場增速很快，市場規模2019年將新增無補貼項目2GW。

美洲市場具有很大的發展潛力。美國2017年新增裝機量超過10GW，未來4-5年預計新增裝機量爲8-10 GW。拉美地區以墨西哥和阿根廷爲主，墨西哥2018年的招標項目已經超過2GW，阿根廷RENOVA計劃的總規模也已經超過了1.5GW，未來根據阿根廷政府的規劃，到2020年其全國的裝機總量突破5GW。

中東和非洲市場起步晚，但其規劃的項目也很龐大，到2020年沙特預計新增20GW的電站，北非摩洛哥560MW項目2019開工建設，土耳其2018~2019年新增項目也將達到2.3GW。

上述市場中潛在包含大量BIPV產品的需求，但由於市場上並無成熟的建材化BIPV產品，造成大量潛在市場無法真正顯現，我們預測上述市場至少超過20%~40%是需要或新增的潛在BIPV市場。一旦建材化的BIPV技術成熟應用，地面光伏電站的市場佔比將急劇萎縮，分佈式發電的市場佔比將很快成爲主流。因爲建材化的BIPV存在天然的低成本和多功能的優勢。

預測未來5~10年，建材化光伏市場會超過每年30~50GW的容量。

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中國政策鼓勵光伏行業發展

光伏行業是我國爲數不多的可以同步參與國際競爭，並有已經達到國際領先水平的行業。由於光伏發電具有技術先進性、資源無限性和綠色環保性等特徵，它對我國實現工業轉型升級、調整能源結構、發展社會經濟、推進節能減排具有重要意義。近年來，國家密集出臺了一系列政策文件支持太陽能光伏行業發展，特別是分佈式光伏發電的發展。

分佈式發電應用技術中，建材化的BIPV無疑是未來的主流技術。

2018年6月1日，國家發改委、財政部、國家能源局聯合發佈《關於2018年光伏發電有關事項的通知》(發改能源〔2018〕823號)。這則落款時間爲5月31日的千餘字通知，提出“暫不安排2018年普通光伏電站建設規模”，“加快光伏發電補貼退坡，降低補貼強度”，且規定自發文之日起實施，被業內稱爲“531”新政。

2019年2月18日，國家能源局公佈2019年新能源新政討論結果，光伏發電進入無補貼時代的前夜，預計中國市場新增45GW以上，戶用屋頂3-5GW，工商業15-20GW，地面25-30GW。