建材化的光伏发电产业

太阳的光线出现在生活中的每一个地方，人们的生活已经离不开太阳，太阳能不仅为植物生长提供光源，而且也能为人类提供能源，现在的光伏发电就是很大程度上利用了太阳能。建材化的光伏发电产业才是是未来增长潜力最大、发展前景最好的新能源产业。

在众多可再生能源发电技术中，光伏发电是最具备普适性、分布式的发电技术，也是最值得期待的一项能源革命技术。但传统常规光伏一般与建筑是分离的，无法实现与建筑的高度结合，更无法实现与建材的结合和替代。

现行光伏組串技术路线大多以20余块组件为主，组成一个串，形成1000V，1500V级的直流高压线路进入直流汇流箱，再进入集中式逆变器或組串式逆变器。在一个組串过程中，各组件电压进行叠加，形成一个叠加的直流侧高电压。为降低組串过程损失，避免木桶短板效应，因此要求每个組串内组件的工况(发电运行工作参数)尽可能保证一致性。

地面光伏电站应该进行场地平整，让每一个組串的组件尽可能安装在一个支架阵列中，同时，务必做好日常维护，检查热斑，組串电流偏差，进行灰尘清理，以尽量保证組串内组件工况的一致性。

但分布式发电应用场景，存在更多的不确定性，加上难以维护清扫积灰，組串内各组件工况的一致性难以保证，因而会放大地面电站运行中存在的孤立或小概率事件发生。

而建筑光伏一体化BIPV (Building Integrated Photovoltaics) 是应用太阳能发电的一种新概念：在建筑维护结构外表面结合建筑材料形成光伏与建筑的结合，光伏发电提供电力。

目前，在新建建筑中系统集成绿色智能发电系统建筑，已成为各国的共识，也是建筑发展的趋势。建材型光伏，让光伏融入设计、融入建材，融入建设，成为建筑基本功能的一部分。

根据这一设想，建材化的光伏产业到底有多大呢?是个小众市场还是未来的主流市场呢?我们从现行组件組串技术应用于屋面分布式发电的主要技术痛点说起。

常规光伏技术应用于屋顶发电的技术痛点：

1、热斑效应：

一串联支路的电池组中任意电池如被遮蔽，将被当作负载消耗其他有光照的太阳电池组所产生的能量，被遮蔽的太阳电池组件此时会发热。这种效应能严重的破坏太阳电池，直接导致失效或着火燃烧。传统光伏组件技术的结构设计存在这样的天然缺陷。

2、PID效应：

又称电势诱导衰减，是电池组件的封装材料和其上表面及下表面的材料，电池片与其接地金属边框之间在高电压作用下出现离子迁移，而造成组件性能衰减的现象。PID效应是长期导致组件衰减甚至严重退化的主要原因，由此引起的组件功率衰减有时甚至超过50%;导致这一危害的根本原因就是现有的光伏组件在组建发电网络时是采用串联方式，形成20~30余倍的单个组件电压，如1000V的直流电压。

光伏高压直流拉弧试验视频记录，大约到100V直流电压时，电弧变成破坏性的拉弧火焰。

3、高压直流拉弧：

传统光伏组件采用串联方式连接，形成直流侧高压，目前采用1000V,1500V二个电压等级。该电压在分布式发电应用场景之中，人与光伏板接触紧密，从而对人类活动构成极大的安全威胁。高压直流也容易拉弧引发火灾，该因素约占屋顶分布式光伏发电火灾因素的45%。

4、耐候性问题：

传统光伏组件背面为有机材料在屋顶高温高湿度的环境下，耐候性能大大降低，使用寿命低于地面电站场景。

5、独立运行问题：

传统光伏组件采用串联方式连接，导致各光伏组件不能独立运行，一旦其中一个组件出现问题，串内的能量会聚集到问题组件，极易造成火灾风险。

6、消防问题：

传统光伏组件产品的背面为有机材料或玻璃，均无法达到建筑防火A2级要求;BIPV产品内侧必须是防火耐燃材料，确保符合消防标准。

7、承重问题：

传统的组件产品的结构力学设计，只能保证一定风压力，从来没有考虑过人在组件面上的活动。但BIPV产品作为建筑材料，必须考虑人在上面的行走活动。

8、隐裂风险：

隐裂就是一些肉眼不可见的细微破裂，晶硅电池片由于其自身晶体结构的特性，很容易破裂，隐裂可以说是一种较为常见的电池片自身缺陷。会导致电池片部分乃至整片失效。传统产品因为未考虑人类在组件表面的活动，因此对隐裂问题是没有设计控制措施的。BIPV因为受人类日常活动影响，采用晶硅电池的BIPV必须考虑隐裂带来的风险。

9、电气安全：

BIPV产品作为建筑材料，其应用场景大大有别于传统组件产品，作为建筑材料已经与人类生活紧密相连，密不可分，电气的安全性成为重大的考量。任何高于人类需求的安全电压的BIPV产品都会给人类生活安全构成威胁。真正的BIPV产品首先要在电气电压安全方面做好彻底的防范保证。安全低压产品无疑是最佳解决方案。

10、建筑通用性：

BIPV产品作为建筑材料产品，应该与既有建筑维护结果充分的衔接，尽量通用一致以实现既有建筑的大规模使用。

上述问题恶化后导致组件失效，甚至着火燃烧。这也就不难解释屋面光伏发电着火概率远远大于地面电站的原因。上述缺陷也是导致过去30多年来，建筑光伏一体化(BIPV)产业发展一直止步不前的根本原因，市场急需创新产品和解决方案出现。

建材化的光伏材料(第二代BIPV)：潜力巨大的产业

其实人类如果可以全面的做到在建筑物和构筑物屋顶大面积的光伏发电，加上储能技术的应用，完全可以实现电力的平稳和高质量输出，大面积的代替化石能源。

如果大量的屋顶都安装光伏发电或建材化的光伏发电，其发电量基本可以大量代替现有的化石能源。建材化光伏发电+储能，已经成为可以解决人类能源革命的技术路线。

大量的地面光伏电站将成为补充，化石能源的发电量也将逐步减少，逐渐成为未来电力能源的配角，清洁的可再生电力能源供给将成为市场主体。

建材化的光伏发电产业才是是未来增长潜力最大、发展前景最好的新能源产业。

对中国建材化光伏产业来说，市场容量巨大。现有全国总建筑面积800多亿平米，住宅占2/3，工商业占据1/3。 住宅屋顶可安装光伏面积70多亿平米，立面近30亿平米，合计近100亿平米，可安装1500GW，6万亿元市场。

非住宅的工商业屋顶250亿平米，合计可安装光伏2500GW，约10万亿元的市场。 其中商业建筑和公共建筑屋顶大约80亿平米，大约可安装70-90GW，市场大约3000-4000亿元。

最近5年每年施工面积130亿多平米，每年竣工比例大约30%，约35多亿平米。 每年住宅竣工比重一半以上，约18亿平米。一半商品房一半大约8亿，农村住宅一半多10亿平米。

中国2017年新增光伏装机容量53GW，已经连续五年保持全球新增装机规模全球第一。并且在未来将保持全球最大的光伏应用市场。国家发改委和国家能源局在2017年发布了《能源生产和消费革命战略(2016—2030)》，其中明确，到2020年非化石能源占比达到15%,2030年达到20%，2050年占比超过50%。当前核电发展碰到了前所未有的困难，水电、风电则已开发殆尽，不可能出现颠覆性的变化，全球各国都面临同样的问题。所以，光伏将被寄予厚望。

据行业权威人士对未来5~7年我国光伏市场规模做了一个估算。我国到2030年的初步想法是人均消费8000度电，按14亿人计算，每年将消费10.2万亿度。而去年光伏发电量为1100亿度，相当于全国发电量的1%。如果到时光伏发电量占比达到10%，即1.1万亿度电。按目前的效率光伏至少需要装机达到800GW才能完成这一目标。如果光伏到2030年做到约1.5万亿度电，那么就需要1200GW规模。目前离2030年还剩12年，要想达到800GW装机，此后至少每年新增装机50~65GW。

另外，新能源汽车的发展，还会为产业叠加每年30~50GW的新增可再生能源发电。

全球蓬勃发展的光伏市场

除中国以外的其他亚太国家市场方面，日本2017年装机总量为7.5GW，未来规模会因为BIPV的技术导入，扩大新的市场空间，每年的新增量还会在7GW~10GW以上。印度作为快速发展的光伏市场之一，预计到2020年每年新增装机量约为10-13GW左右。澳大利亚发展也很快，2018年的装机量将超过2GW。

欧洲的市场在缓慢复苏，荷兰市场最新2018年的招标批准的项目达到2.4GW，并且未来到2020年仍将保持该规模的增长。法国也通过6轮招标确定了3.9GW的地面电站项目和1.2GW的屋顶项目。法国规划目标为18~20GW，一半以上将采用BIPV技术。除此以外，意大利和西班牙的PPA市场增速很快，市场规模2019年将新增无补贴项目2GW。

美洲市场具有很大的发展潜力。美国2017年新增装机量超过10GW，未来4-5年预计新增装机量为8-10 GW。拉美地区以墨西哥和阿根廷为主，墨西哥2018年的招标项目已经超过2GW，阿根廷RENOVA计划的总规模也已经超过了1.5GW，未来根据阿根廷政府的规划，到2020年其全国的装机总量突破5GW。

中东和非洲市场起步晚，但其规划的项目也很庞大，到2020年沙特预计新增20GW的电站，北非摩洛哥560MW项目2019开工建设，土耳其2018~2019年新增项目也将达到2.3GW。

上述市场中潜在包含大量BIPV产品的需求，但由于市场上并无成熟的建材化BIPV产品，造成大量潜在市场无法真正显现，我们预测上述市场至少超过20%~40%是需要或新增的潜在BIPV市场。一旦建材化的BIPV技术成熟应用，地面光伏电站的市场占比将急剧萎缩，分布式发电的市场占比将很快成为主流。因为建材化的BIPV存在天然的低成本和多功能的优势。

预测未来5~10年，建材化光伏市场会超过每年30~50GW的容量。

中国政策鼓励光伏行业发展

光伏行业是我国为数不多的可以同步参与国际竞争，并有已经达到国际领先水平的行业。由于光伏发电具有技术先进性、资源无限性和绿色环保性等特征，它对我国实现工业转型升级、调整能源结构、发展社会经济、推进节能减排具有重要意义。近年来，国家密集出台了一系列政策文件支持太阳能光伏行业发展，特别是分布式光伏发电的发展。

分布式发电应用技术中，建材化的BIPV无疑是未来的主流技术。

2018年6月1日，国家发改委、财政部、国家能源局联合发布《关于2018年光伏发电有关事项的通知》(发改能源〔2018〕823号)。这则落款时间为5月31日的千余字通知，提出“暂不安排2018年普通光伏电站建设规模”，“加快光伏发电补贴退坡，降低补贴强度”，且规定自发文之日起实施，被业内称为“531”新政。

2019年2月18日，国家能源局公布2019年新能源新政讨论结果，光伏发电进入无补贴时代的前夜，预计中国市场新增45GW以上，户用屋顶3-5GW，工商业15-20GW，地面25-30GW。

分布式18~25GW，其中建材化光伏2~3GW，2020年会进入高速增长元年。 地面电站因为初投资高，投资收益下降。但建材化的BIPV产品因为系统造价和维护成本的巨大竞争优势，安全可靠的品质优势，即将成为首批新建及改造屋顶用户分布式解决方案。

在“加快光伏发电补贴退坡，降低补贴强度”的政策指导下，2019年国内光伏产业变得扑簌迷离。但潜在的建材化光伏产业，后发国家基础能源设施建设直接过渡到可再生清洁能源技术，每年全球数万亿美元的潜在市场，这都 需要中国光伏人去挖掘，引导，发展。光伏产业的创新发现依然是主旋律。

建材型BIPV产品技术即将迎来新的历史机遇!赫里欧HELIOS作为一家聚焦BIPV的新兴高科技企业，颠覆性解决了常规光伏的四大痛点，开创了建材型BIPV光伏，打造了全球最安全A2级的光伏BIPV系统，无论是直接替代屋顶还是给常规屋顶再做一个光伏屋顶，保护原有屋顶，均能实现BIPV大规模产业化市场化的梦想，因为赫里欧的BIPV可以节省四大成本降低系统造价1/3，3-5年收回投资，开创一个2000亿的新蓝海。如果某一天人们能高效利用太阳能，相信能解决很大的能源问题，毕竟太阳能是符合可持续发展战略的，能保证人类的永续发展，需要我们科研人员更加努力。