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隨著全球?qū)稍偕茉葱枨蟛粩嘣鲩L，綠色能源發(fā)展日益受到人們的關(guān)注。BIPV作為一種將太陽能(4.460, 0.00, 0.00%)與建筑相結(jié)合的新型技術(shù)，正逐漸成為綠色建筑和可持續(xù)發(fā)展的新趨勢，是企業(yè)降低用電成本和創(chuàng)建綠色工廠、應(yīng)對環(huán)境、社會和治理"ESG"挑戰(zhàn)的必然選擇

年初，一種新型光伏晶硅材料問世，其具有安裝方便、不影響建筑美觀、半透明的優(yōu)點，在建筑光伏一體化“BIPV”領(lǐng)域應(yīng)用潛力較大，引發(fā)業(yè)界對于柔性晶硅材料關(guān)注。

一張銀色硅“紙”，厚度在50微米左右，能夠彎曲，甩動起來不會斷裂，還會發(fā)出“嘩啦啦”的聲音。當它們被貼附在不規(guī)則外表的建筑外墻上，或航空航天器、無人機表面，每天“曬著太陽”就可充電。這款全新太陽能電池原材料超薄單晶硅片組件，近日在江蘇科技大學的實驗室里問世。

江蘇科技大學副校長葉永林表示，預(yù)計未來3到5年，全球首款高效柔性晶硅太陽能電池系列產(chǎn)品將實現(xiàn)量產(chǎn)，陸續(xù)走向成熟商品市場，助力打造世界級光伏高質(zhì)量發(fā)展產(chǎn)業(yè)集群。

克服斷裂破碎缺陷

打造超薄柔性材料

公開信息顯示，BIPV作為一種將太陽能發(fā)電設(shè)備集成到建筑和建材上的技術(shù)，屬于分布式光伏電站的一種類型。BIPV通常采用特殊設(shè)計的專用光伏組件，安裝時替代原有建筑材料或建筑構(gòu)件，成為與建筑融為一體的光伏系統(tǒng)，既是發(fā)電裝置，又是建筑結(jié)構(gòu)的一部分。

傳統(tǒng)單晶硅太陽能電池，存在彎曲應(yīng)力作用下易于斷裂破碎的缺陷。中國科學院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所研究團隊通過高速相機觀察發(fā)現(xiàn)，這種斷裂總是從邊緣處的微型尖銳“V”型溝槽開始萌生裂痕，該區(qū)域定義為“力學短板”。據(jù)此，針對性地開發(fā)邊緣圓滑處理技術(shù)，將硅片邊緣的表面、側(cè)面和側(cè)棱的尖銳“V”型溝槽圓滑處理成平滑的“U”型溝槽，從而改變介觀尺度上的結(jié)構(gòu)對稱性。

上述研究成果在江蘇科技大學得到科學應(yīng)用并取得突破，從而克服傳統(tǒng)晶硅太陽能電池厚重、易碎的短板，通過詳細的機理研究與技術(shù)革新，研發(fā)出具有高柔韌性、高功率重量比的晶硅異質(zhì)結(jié)太陽能電池。這項成果證實了晶硅太陽能電池向“超薄、柔性”太陽能電池發(fā)展的可行性，拓展晶硅電池應(yīng)用范圍，并可能在不久的將來使其變得更輕、更薄、更高效。

將柔性單晶硅薄片像“皮膚”一樣緊密貼合在彩鋼板上，形成BIPV輕質(zhì)組件，就可在建筑工程項目上進行安裝。這是記者日前在由中國電建(5.040, 0.00, 0.00%)集團江西省水電工程局承建的江西省港口集團泰和沿溪碼頭，全國首個港口既有建筑輕質(zhì)BIPV系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)應(yīng)用示范項目現(xiàn)場看到的景象，這項新技術(shù)被列為2023年度江西省住建領(lǐng)域第一批科技項目計劃的重點科研課題，由江西省建筑技術(shù)促進中心牽頭，中國電建集團江西省水電工程局與南昌安道智能技術(shù)有限公司（以下簡稱“安道智能”）等單位共同研發(fā)。

“安道智能研發(fā)的輕質(zhì)建筑光伏一體化（L-BIPV）系統(tǒng)技術(shù)，采用半柔性晶硅封裝方案，在保證發(fā)電效率同時，光伏組件產(chǎn)品又實現(xiàn)做薄、做輕，其特殊結(jié)構(gòu)系統(tǒng)設(shè)計對輕量化光伏組件起到很好支撐和強化作用，解決既有金屬屋面漏水維護難問題。目前，系統(tǒng)已經(jīng)通過35mm直徑抗冰雹測試，還可以行走踩踏，組件無隱裂。”技術(shù)人員介紹。

據(jù)了解，該解決方案在研發(fā)過程中得到南京理工大學支持，已在國內(nèi)率先通過國家太陽能光伏產(chǎn)品質(zhì)量檢驗檢測中心35mm直徑抗冰雹測試，并已獲3項發(fā)明專利和9項實用新型專利授權(quán)，在中科院1區(qū)TOP期刊發(fā)表多篇核心研究論文。該方案比傳統(tǒng)BIPV方案減重50%以上，采用獨有緊固技術(shù)，有效提高系統(tǒng)在極端天氣下抗風揭能力，針對存量既有彩鋼瓦屋頂，承重結(jié)構(gòu)可以不加固或少加固，減少對企業(yè)生產(chǎn)影響，實現(xiàn)雙層物理屋面防水結(jié)構(gòu)，可踩踏無隱裂，延長彩鋼瓦屋面使用壽命。主要應(yīng)用于既有鋼結(jié)構(gòu)建筑屋面改造光伏一體化領(lǐng)域，解決金屬屋面與光伏電站壽命不一致和同生共存等痛點。

“BIPV不是光伏發(fā)電系統(tǒng)與建筑物簡單相加，而是兩者有機結(jié)合。”據(jù)安道智能科技人員介紹，BIPV將原有建筑和太陽能發(fā)電裝置組合在一起，實現(xiàn)太陽能光伏發(fā)電功能。這種形式光伏組件已然成為建筑物的一部分，在工程建設(shè)整個過程中，與建筑物同時設(shè)計、同時施工和安裝，實現(xiàn)光伏發(fā)電與建筑功能有機結(jié)合。

據(jù)介紹，BIPV技術(shù)在建筑領(lǐng)域有很多應(yīng)用場景，大體可分為屋頂、立面、建筑附屬物三種類型。其中，屋頂BIPV又可分為金屬屋頂、瓦式屋頂和采光頂三種形式。金屬屋頂一般指光伏組件與彩鋼屋面結(jié)合，代替?zhèn)鹘y(tǒng)彩鋼屋面，多用于工廠屋頂。瓦式屋頂即光伏建材做成瓦片樣式，代替陶土瓦等傳統(tǒng)屋頂瓦，多用于城市別墅、鄉(xiāng)村民居、特色民宿等低層建筑上。采光頂系統(tǒng)將光伏建材做成透光形式，用在建筑頂部，既能遮陽擋雨，又能透光，多用于個人家庭陽光房、農(nóng)業(yè)大棚、城市公共建筑等處。

助力建筑領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)超低能耗發(fā)展

“隨著全球?qū)稍偕茉葱枨蟛粩嘣鲩L，綠色能源發(fā)展日益受到人們關(guān)注。BIPV作為一種將太陽能與建筑相結(jié)合的新型技術(shù)，正逐漸成為綠色建筑和可持續(xù)發(fā)展新趨勢，是企業(yè)降低用電成本和創(chuàng)建綠色工廠、應(yīng)對環(huán)境、社會和治理‘ESG’挑戰(zhàn)的必然選擇。”安道智能輕質(zhì)BIPV關(guān)鍵技術(shù)研究課題組負責人、南京理工大學能源與動力工程學院研究員羅成龍表示。BIPV是一種將太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)集成到建筑中的技術(shù)，旨在同時實現(xiàn)建筑能源供應(yīng)和美學設(shè)計，是實現(xiàn)近零能耗建筑、超低能耗建筑、零能耗建筑目標的必要手段，也是新質(zhì)生產(chǎn)力的具體實踐，可盤活我國存量超百億平方米屋頂資源。

記者獲悉，建筑光伏一體化系統(tǒng)的工作模式可以分為獨立和并網(wǎng)兩種模式。獨立型建筑光伏通常用于地理位置偏遠、電網(wǎng)難以接入地區(qū)。此外，可通過利用專門儲能設(shè)備，把太陽日照狀況較好時建筑光伏生產(chǎn)的富余電量進行電能存儲，以備在沒有光照或光照較差時使用，實現(xiàn)自給自足。并網(wǎng)使用時，發(fā)電量超過本地負載需要時可以將多余電能送入電網(wǎng)；反之，當光伏發(fā)電量不足時，則可使用電網(wǎng)中的電能，實現(xiàn)用電穩(wěn)定?；诮ㄖ饘傥菝婕夹g(shù)與光伏技術(shù)結(jié)合，目前已經(jīng)涌現(xiàn)隆基股份、安道智能、森特士興等一批兩個行業(yè)先進企業(yè)強強聯(lián)合、攜手進軍BIPV市場的合資或合作實體。

國家政策大力推動BIPV發(fā)展。中共中央、國務(wù)院印發(fā)《關(guān)于加快經(jīng)濟社會發(fā)展全面綠色轉(zhuǎn)型的意見》，明確大力發(fā)展綠色低碳建筑；建立建筑能效等級制度；加快構(gòu)建新型電力系統(tǒng)；優(yōu)化建筑用能結(jié)構(gòu)，推進建筑光伏一體化建設(shè)，推動“光儲直柔”技術(shù)應(yīng)用，標志著我國經(jīng)濟社會向全面綠色轉(zhuǎn)型發(fā)展。業(yè)內(nèi)人士表示，國家層面相關(guān)政策指明了光伏應(yīng)用發(fā)展新方向，以建筑光伏一體化為代表的相關(guān)產(chǎn)業(yè)進入快速發(fā)展階段，新商業(yè)模式興起，將引領(lǐng)光伏產(chǎn)業(yè)走出同質(zhì)化和內(nèi)卷式競爭。

原標題：柔性材料為建筑光伏一體化添翼