什么是光伏一体化（BIPV）？它不仅仅是贴上去的太阳能电池板！

一、什么是BIPV？

建筑一体化光伏（BIPV）是指将太阳能发电产品集成到建筑物中的技术，它将建筑物从单纯的能源消耗者转变为既能消耗能源又能生产能源的综合体。与传统的建筑物外挂式光伏系统（BAPV）不同，BIPV强调光伏组件与建筑的有机融合，使光伏系统成为建筑结构的一部分，同时具备发电和建筑围护结构的功能。BIPV不仅是一项技术创新，更是一场建筑理念的革命，它打破了能源系统与建筑设计之间的传统界限，助力绿色建筑和零碳城市的建设。

建筑集成光伏（BIPV）的概念原型可以追溯到20世纪中期，当时光伏发电技术首次应用于航空航天领域——例如卫星和国际空间站上的光伏结构，这些都是早期光伏结构集成的尝试。1967年，日本MSK公司首次提出建筑集成光伏产品的概念，将透明的前后面板加工成半柔性、轻质的光伏组件，用于粘贴在屋顶和墙壁上，从而开启了BIPV技术的商业探索。然而，由于当时技术尚不成熟且成本高昂，BIPV仍停留在小规模试验和概念验证阶段，未能广泛应用于建筑领域。

从20世纪末到21世纪初，光伏技术的进步——包括晶体硅电池效率的提升和薄膜电池技术的发展——为建筑一体化光伏（BIPV）提供了技术支持。2004年，夏普公司在美国和欧洲开设工厂生产光伏组件，并在英国曼彻斯特的摩天大楼幕墙上安装了采用印刷薄膜电池技术的太阳能电池板，用于BIPV产品。这促进了BIPV在大型建设项目中的应用。与此同时，世界各国政府开始优先考虑在建筑中使用可再生能源，并出台补贴和建筑能效标准等政策，以扩大BIPV市场。

近年来，光伏建筑一体化（BIPV）技术日趋成熟，产品种类丰富，包括光伏屋顶、幕墙、采光屋顶和遮阳系统等，广泛应用于各类建筑。2009年，台湾高雄世界运动会主体育场的螺旋形BIPV屋顶竣工，总装机容量1MW，屋顶面积21000平方米，展现了BIPV在大型公共建筑中的应用潜力。到2013年底，保定英利点谷锦江大饭店的BIPV示范项目竣工，屋顶、外墙和窗户共安装了1.5MW的BIPV产品，成为当时中国最大的BIPV示范项目。随着成本降低、性能提升以及市场认知度的提高，BIPV进入快速发展阶段，成为建筑节能和可再生能源利用的关键方向。

二、BIPV与BAPV

结构与功能整合

光伏建筑一体化（BIPV）：光伏组件作为建筑材料，直接参与建筑施工（例如，光伏屋顶瓦、幕墙玻璃）。它们在满足发电需求的同时，还承担防水、隔热和围护等功能，从设计阶段就与建筑深度融合。

光伏附加系统（BAPV）：光伏系统在现有建筑上额外安装，通常利用闲置空间（屋顶、墙面），通过支架固定。光伏系统独立于建筑结构和功能之外，对建筑原有外观的影响极小。

美学与建筑完整性

光伏建筑一体化（BIPV）：可定制光伏组件的颜色、形状和透光率，使其与建筑风格相融合，提升建筑美感和技术吸引力，实现建筑美感与能源功能的完美结合。

光伏组件一体化（BAPV）：可能会影响建筑外观，尤其是在大规模安装的情况下；设计不当会破坏原有的美感。

技术难度与成本

建筑光伏一体化（BIPV）：由于兼顾建筑和光伏的双重需求，其设计、施工和维护的技术难度更高，对材料性能、防水和电气安全的要求也更为严格。虽然初始投资较高，但由于其能源效率和提升的建筑价值，长期综合成本具有竞争力。

建筑光伏组件一体化（BAPV）：技术成熟，安装简便，成本主要集中在光伏系统本身。初始投资较低，但其能源效率和建筑性能提升方面不及建筑光伏一体化（BIPV）。

三、 BIPV应用情景

(1) 光伏屋顶

(2) 平屋顶光伏系统

平屋顶在光伏发电方面具有诸多优势：光伏组件可以以最佳角度安装，从而实现最大功率输出；可以使用性能稳定的标准组件；且不会与其他建筑功能冲突。从成本角度来看，标准组件的大规模安装和简单的施工方式使得光伏发电成本较低。

平屋顶广泛应用于工业厂房、大型商业建筑以及部分住宅的平屋顶。例如，许多工业园区会大规模铺设光伏组件，形成分布式光伏电站，既满足自身用电需求，又能将多余的电力输送至电网。

(3)斜屋顶光伏系统

朝南的斜屋顶非常适合安装光伏组件，经济效益显著：它们能够以最佳角度或接近最佳角度安装光伏组件，实现高发电量；使用标准组件；其结构便于安装和排水，与建筑物的防水功能完美匹配。与其他朝向相比，朝南的屋顶能够接收更长时间、更强烈的阳光，从而获得更高的效率和更低的成本。

这种屋顶常见于别墅、多层住宅和具有独特建筑风格的商业建筑中。在生态住宅社区中，斜屋顶光伏系统不仅能够提供电力，还能与建筑美学完美融合，提升建筑的整体美感。

(4)光伏幕墙

光伏幕墙除了发电之外，还必须满足幕墙的所有其他功能：

外部维护：防风、防水、隔热，以保护内部空间。

透光性：选择不同透光率的组件，以平衡采光和发电。

机械性能：能够承受风压、自重和其他外力。

美观性：可定制颜色和形状，以与建筑外观协调一致。

安全性：确保在各种环境下可靠运行。

然而，高性能要求推高了组件成本，而且由于建筑朝向和安装角度的限制，光伏发电性能可能会降低。施工必须与建筑设计和进度相协调。

主要应用于城市的高层商业建筑和办公楼。例如，现代商业综合体利用光伏幕墙提供清洁能源，并打造标志性的建筑外观。

 (5) 光伏遮阳篷

光伏遮阳系统集发电与遮阳于一体：

遮阳：根据阳光角度和强度自动或手动调节遮阳板，阻挡阳光直射，降低室内温度，减少制冷能耗。

发电：遮阳板上的光伏组件将太阳能转化为电能，循环利用。

这些系统灵活可调，可根据不同需求和环境进行优化，同时还能美化建筑。

适用于各种建筑的窗户、阳台和门廊。在酒店中，窗户上的光伏遮阳系统既能营造舒适的环境，又能为酒店运营提供电力。

四、BIPV的优势

 (1) 绿色环境能源

建筑光伏一体化（BIPV）系统利用取之不尽用之不竭的清洁能源——太阳能，且不排放温室气体（二氧化碳、二氧化硫）或污染物（氮氧化物、粉尘），从而减少对化石燃料的依赖，缓解气候变化。通过现场发电，建筑物可以满足部分或全部电力需求，减少电网供电带来的间接碳排放。对于大型建筑而言，这种减排意义重大，有助于建筑行业的低碳可持续发展。

(2) 无需额外占用土地

光伏建筑一体化（BIPV）系统可安装在屋顶、墙壁和遮阳棚等建筑物的组成部分上，无需占用宝贵的土地，这在土地稀缺且昂贵的城市中是一项至关重要的优势。例如，摩天大楼的光伏幕墙和屋顶可充分利用垂直和水平空间高效发电。在城市建筑密集、电力需求高的情况下，分布式光伏建筑一体化网络可就地供电，从而减少输电损耗，提高能源效率，并缓解电网压力。

(3) 建筑节能

光伏组件吸收太阳辐射发电，降低建筑围护结构表面温度，减少热量向室内传递。这降低了空调负荷和制冷能耗。冬季，组件吸收的热量会提高围护结构温度，从而减少供暖能耗。此外，建筑光伏一体化（BIPV）产生的电力优先用于内部，减少了电网购电和建筑总能耗。

BIPV 使建筑能够实现能源自给自足：晴天产生的多余电力可以储存或出售。这增强了能源独立性和可靠性，尤其适用于偏远地区或需要稳定供电的建筑（如医院、数据中心）。

 (4) 提升建筑美学与价值

光伏建筑一体化（BIPV）提供多样化的产品形式和设计方案，可根据建筑风格、功能和业主需求进行定制。例如，光伏幕墙采用不同颜色、图案和透光率的组件，打造独具特色的外观；光伏屋顶则与原有建筑结构融为一体，提升美感。这种与设计的深度融合拓展了建筑师的创作空间，使建筑既节能又美观。

采用光伏建筑一体化（BIPV）的建筑因其绿色节能的特性，在房地产市场更具吸引力和竞争力。对于商业建筑而言，更高的能源效率可降低运营成本并提高投资回报率；对于住宅而言，则可提升居住品质和房产价值。此外，部分地区的绿色建筑政策和认证也进一步提升了采用光伏建筑一体化（BIPV）的建筑的市场价值。

五、结论

建筑光伏一体化（BIPV）不仅仅是一项技术，更是一种面向未来的生存哲学。它表明，人类可以在不牺牲环境的前提下追求发展，通过智能设计实现与自然的和谐共生。当每一栋建筑都成为自给自足的能源生产实体时，零碳城市或许将不再是遥不可及的梦想。这场静悄悄的能源革命正在重塑我们对建筑、能源乃至文明本身的认知。