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余国光:为光电建筑正名
时间 : 2015-10-07 14:45:30
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  ——专访烟 台鼎城新能源光伏有限公司总经理余国光先生

  真正的 光伏建筑一体化,首先应 该体现出设计思想的一体化。

  ——余国光

  “十二五”光伏装 机目标经过数次上调,最后定格为21GW。

  同时,政策激 励偏向分布式利用的意图也更加明确。无疑,国内市 场将因此掀起光电建筑的建设高潮。

  正所谓“名正”方可“言顺”,国内光 电建筑市场虽已经过几年的发展与积累,但无论 是概念定义还是与建筑结合的技术与模式,抑或是 政策与电网接入等,都仍存 在着不少问题乃至争议,亟待厘清。

  虽说百花齐放才是春,光电建 筑的技术与模式,当然应 该鼓励不断创新,才可能 让这一清洁能源与建筑的“联姻”更好地造福民众。但光伏与建筑,是两个 完全不同的行业。两者的结合,涉及两 种技术如何更有效、更经济地融合与共生,涉及到谁配合谁、又该如何配合的问题。建筑及其技术的发展,几乎是 伴随着人类社会有史以来就存在的;而光伏,相比而 言不过是一个初生的婴儿,有着太多的不成熟。

  对此,余国光 老先生有着清醒的认识。

  作为国 内最资深的光伏技术专家之一,半导体 专业出身的余老,早在上个世纪70年代就 进入了光伏行业,并一直 在国内光伏利用的最前沿市场之一新疆,主导研 发和首创了多项国内光伏利用的第一,拥有丰 富的光伏技术及系统集成实践经验,对光伏 利用有着非常深刻的认识与理解。

  虽年逾古稀,余老爷子却宝刀未老,而今仍 如神农尝百草般,试验和 推广着各种光伏系统集成的技术与模式,特别是 光伏与建筑的结合。

  日前,《太阳能发电》杂志记 者前往海滨城市烟台,就当前 的光电建筑现状及发展专访了现任烟台鼎 城新能源光伏有限公司(以下简称“鼎城光伏”)总经理、总工程 师的余国光老先生。

  《太阳能发电》杂志:您亲身 经历了国内光伏行业从无到有、从有到壮大的全过程,且一直“战斗”在光伏 利用的最前沿市场,您能否 谈谈对光伏技术以及这一技术产业化发展过程的看法?

  余国光:你这个题目太大了,不是我 老头子回答得了的。

  不过,以我的 专业知识来理解这个问题,我觉得,把半导 体技术利用到太阳能发电上,或者说 我们规模化地利用太阳能源,应该是 能源利用的一大进步,也是人 类社会的一大进步,它带给我们的改变,才刚刚开始。

  我在这个行业里“混”了几十年,从一开 始被认为是不务正业,到逐渐被人接受,再到如今这么火暴,差不多 可以说是经历了光伏技术在国内发展的全过程。虽然我 比较早就认为光伏技术会有不错的发展前途,但却也 没有想到这个技术会这么快产业化,会这么 快形成如今这样一个全球的市场,更没想 到中国的光伏制造业规模会这么快发展到世界第一。

  这当然 是值得我们这些一直在搞光伏的人很欣慰的事。

  只是,中国光伏业确实是个“命苦的孩子”,从一生下来就是个“两头在外”的怪胎和畸形儿。我国光 伏产业在短短的十余年便经历了从小到大、从大到 强成为世界光伏制造业强国的过程,这是不争的事实,值得我们骄傲。但这个 行业确实太年轻了,发展很 不理性很不成熟。

  究其原因,我觉得最大的问题,可能是 以前我们把这样一个基础性和能源性的行业,也当作 了一般的出口性行业来对待了。造成了 我们过去忽略了国内市场的培育、规划等基础建设,使得这 个行业过于依赖国外市场,过于自由发展。带来的结果就是,人家的 市场上不过才刮点儿风,我们这边就喷嚏、鼻涕的感冒连连,也带来 了如今的全行业性过剩危机。

  国内光 伏产业链发展很不协调,不仅下 游应用市场远远不匹配,整体的 技术实力也还很薄弱。我们的 技术水平基本上也一直处于跟随状态,自主创新能力薄弱,虽然距 离国际先进水平的差距并不大,但仍有 不少核心技术被控制在别人手里。

  国内光 伏行业能否真正成为世界领先,不仅要 取决于我们的智慧和资金,更要取 决于产业领袖们的勇气和胆略。如果企 业都敢于在技术创新上大胆投入,更多地 采用具有自主知识产权的新兴技术,通过前 期积累的大规模生产经验,加上自 主创新这个发动机,则中国 完全有能力领跑世界光伏产业;如果依 然迷信外来的技术,不敢创新,则现有的“大腕儿”们恐怕 也很难摆脱昙花一现的结果,成为过眼烟云。

  《太阳能发电》杂志:那么,在您看来,国内市 场的培育和基础建设有哪些工作要做?

  余国光:鉴于目 前的经济形势和行业形势,要拯救国内光伏业,唯一可 行的办法就是要大力拓展国内应用市场。

  事实上,在这方 面政府相关部门已经很尽力了,自2009年以来 短短的三年时间里,国家发改委、能源局、科技部、工信部、财政部、住建部 等相继发了几十个文件、通知和办法,针对一 个行业如此密集发文,恐怕是 自建国以来都很罕见的,可见国 家层面对于光伏行业的高度重视和积极支持。

  只是,可能也 正是因为各个部门都高度重视,致使一 些政策缺乏系统性,相互之 间也有一些冲突。当然,这都是发展中的问题,也只能 依靠在发展中来解决。

  对于国 内市场的培育和基础建设,最重要 的可能仍是市场路线的问题。也就是 对于光伏这样一种技术的利用,从长远来看,它究竟 适合哪种发展模式?

  我觉得,可能还 是就近发电就近消纳的方式更符合这种技术的特点,才能够 更有效率地利用好太阳能。不管是 大型地面电站还是与建筑结合的光伏系统,遵循这个原则,可能才更有前途。

  《太阳能发电》杂志:最近这些年,您一直 专注于光伏与建筑结合的领域,您怎么 看待光电建筑的发展?

  余国光:正如前面所说,政府这 几年密集地发布了不少鼓励光伏的政策文件。而这其中,又尤其 以针对光伏与建筑结合的政策为多。

  实际上,上世纪 九十年代欧州就有人提出“零能房”的概念;随后,德国风 起云涌地掀起了光伏屋顶建设;美国克林顿总统宣布“百万屋顶”计划;日本推出“新阳光”计划;国内则 最先由崔容强教授提出在上海推广“十万屋顶”计划。正是这 些基于低能耗与清洁能源利用的建筑计划,带动了 世界光伏产业的快速发展。

  因此,光伏技 术的规模化民用,是由与 建筑结合开始的,这也说 明这种技术与建筑有着不解之缘。

  目前,政府高 度重视光伏建筑一体化的发展,出台了《分布式发电管理办法》和《并网管理办法》(草案)等针对性很强的文件,明确鼓 励民间资本投资分布式发电;加上近 期国家再次提高“十二五”光伏装机目标,以及明 确支持光电建筑等分布式发电的态度。都预示 着政策开始偏向光电建筑应用,也标志 着国内民用可再生能源发电领域有望全面放开。

  因此,民间投资积极性高涨,太阳能屋顶、分布式 发电已是大势所趋,也已是势在必行。

  由于国 内的光伏建筑项目建成时间都不长,还没有 足够的运行时间,因此现 在还不能妄加评估其中的优劣。但这些 项目在前期运作中存在的一些普遍问题,仍是值得探讨的。

  正如王 长贵老先生所说,光伏建 筑一体化是一个系统工程,是一篇“大文章”;也正如 住建部媒体的评论,“‘光电建筑一体化’的问题讨论已久,而可圈 可点的项目甚少。”

  从实际上来看,我们已 经实施了不少的光电建筑项目,“BIPV”项目也是满天飞,但真正意义上的BIPV在哪里?

  至少,我没有看到。

  光伏与 建筑相结合是专业性很强的事,是需要 两种技术相互配合的事,可我们 在实际的工程实施中却是非常地不专业,有些甚 至是简单地想当然。

  我最近 查看了国内己建成的一些光伏建筑的图片,发现不 少都是简单地把荒漠电站直接搬到屋顶上,就成了 光伏建筑一体化,这不是 赤裸裸地偷换了光伏建筑的神圣概念吗?

  这样的屋顶光伏系统,无论从 电池方阵的侧面还是背面看,都不仅 有损建筑视觉美观,还带来 了严重的安全问题和浪费问题。遇到大风怎么抵抗?使用那 么多钢材做支架,是在卖 钢材还是卖太阳电池?是要帮 助钢铁行业解困吗?那么,建筑屋 顶的荷载谁负责?

  另外,平铺在 屋顶上的光伏建筑工程比比皆是,约占整 体实施项目的三分之一以上。只要是干光伏的人,都知道 电池组件的倾角对发电效率影响极大。因此也不难计算出,平铺式 屋顶电站项目不是多投入10~15%的资金就是少发了10~15%的电。何况,采用平 铺方式安装的光伏系统与原屋顶形成了“两张皮”,对于电 池方阵的散热极为不利。大家都 知道晶体硅太阳电池具有负温度系数,温度越高发电越少,这也是 非洲喜欢用非晶硅太阳电池的原因。

  真正的 光伏建筑一体化,首先应 该体现出设计思想的一体化。建筑是 一个古老的传统产业,规范、标准均十分严谨,而光伏 却是一个新兴产业,就好像 古树与新芽的关系。目前之 所以工程质量不高、技术含金量低,主要是 因为大多数工程是在己有的建筑屋顶上进行,无法体 现出建筑专家的聪明智慧。

  因此,应该说 目前很多光伏建筑只能叫做屋顶光伏电站,根本不 能叫做光伏建筑一体化。可最起码的是,别那么 浪费钢材好不好?为什么 就不能使用低支架呢?比如我 们使用的低支架网络型结构,不仅均 分了支架的荷重、增强了抗风能力,还至少 能节约三分之一的钢材,也大大 降低了对建筑美观的影响。

  《太阳能发电》杂志:那么,能谈谈 您在光伏建筑一体化方面有哪些尝试吗?

  余国光:可能是 因为职业毛病吧,我当时还在新疆工作,因多次 去酷热的吐鲁番,就萌发 了能否利用太阳能建成冬暖夏凉住房的念头。于是,我开始 关注光伏建筑的发展,并收集了不少的资料,做了一 些力所能及的研究。

  当古稀 之年从新疆回到内地后,我这个 七十岁的老头子又实现了“再就业”,到山东当起了“农民工”,专门就 跟光伏建筑较起了劲儿,专门研 究如何把太阳发电变成整体屋顶,以实现 真正意义上的光伏建筑一体化。

  这几年来,鼎城光 伏尝试了在高层建筑屋顶的构件一体化光伏系统安装、与农业 大棚等农业设施结合的光伏系统等。

  经过摸索和实践,我们搞出来了一个“高平整 度一体化太阳能发电整体屋顶”的模式,实现了 光伏系统替代建筑结构的构件化集成和安装,并在2009年获得 了国家发明专利。

  《太阳能发电》杂志:这个“高平整 度一体化太阳能发电整体屋顶”有什么特点?

  余国光:简单地说,这种技 术就是将光伏系统集成为建筑本身的功能构件--屋顶,并替代 了原来的建筑材料,而且完 全实现构件化安装,且不使用一滴胶。

  这几年来,我查阅 了很多光电建筑的资料和专利技术,并请相 关研究机构作了文献查新。我仔细 分拆了查阅到的专利技术,发现不 少都是为了专利而专利,根本没有可操作性。其中有 一个日本的发明专利,其指导思想是“阻”,光申报 图纸就有近百张,结构非常复杂。而我的“高平整 度一体化太阳能发电整体屋顶”的指导思想则是“疏”,申报图纸仅有五张,结构也很简单。

  因为我 曾在国内一家最早引进美国太阳电池组件生产线的单位工作过,因此对 太阳电池组件的结构很了解。我知道,要实现 光伏系统成为建筑构件,且不用一滴胶去安装,就要采 用结构设计的方法,还要对 太阳电池组件的结构做一些改变。

  目前鼎 城光伏使用的太阳电池组件,己不是 通常意义上的组件,而是经 过特殊结构设计的专用太阳电池组件。这种组 件由工厂模块化生产,兼有砼屋面板、SBS防水层、屋面瓦 三种建筑材料的功能,并改变 了传统太阳电池组件与支架的纵向联接为横向联接。

  这个技 术用几句话可以总结,那就是:构思新颖、设计巧妙、结构简单、安装高效、效果完美。

  构思新颖、设计巧妙、结构简 单前面已经说了。而由于 设计的巧妙和结构的简单,因此安 装起来就特别方便。通过大量工程统计,我们发现,十个熟 练工人五天可至少安装100KW,安装非常高效。

  而效果完美,可以用工程实景图片(见右图)来说明:从表面上看,图片上 的电池方阵与传统的电池方阵并无两样,但仔细看就会发现,图片中 的电池方阵表面无任何一个固定卡,也没有 用结构胶粘的痕迹,上、下两个 太阳电池组件之间的联接也是无缝的,且滴水不漏。

  这种用 结构设计的方法,是一种 不同于现有光伏建筑一体化的全新结构模式:不用一 滴胶就将电池组件组装成一个发电方阵,并完全 替代了建筑物的南坡屋顶,使太阳 能发电方阵成为建筑物整体功能结构的一部份——“屋顶”,还节省了原屋顶400~500元/㎡的工程造价。

  这种以 建筑物为载体的用户侧并网太阳能发电模式具有显著的“三零”特性,即“零”土地使用、“零”距离输电、用电黄金时段的“零”排放发电。

  目前,我们用 这种结构设计已在多个国家级、省级康 居工程和绿色建筑中设计安装了屋顶光伏电站项目,最早的 己有效运行超过三年,至今还 未发现任何问题。

  《太阳能发电》杂志:您能否 为我们总结一下光电建筑的设计应该注意哪些问题?

  余国光:首先是思路正确。比如我们的“高平整 度一体化太阳能发电整体屋顶”技术,目标就 是要把太阳能发电方阵作为建筑整体的功能构件来考虑,这样的 结构才能使光伏发电和建筑物形成有机统一的整体,才能经 得起时间的考验。

  其次是要结构简单,要满足 建筑物本身的部分功能。如果结构复杂,不但安 装起来需要技术,还可能大大增加成本,这对于 原本成本就较高的光伏来说是不实用的。如果不 能承担建筑物的部分功能,那就仍是一个“多余”的东西 附加在了建筑上,与建筑就谈不上融合,就不是真正的一体化。

  再者是 散热与抗震性能要好。既要照 顾到光伏组件发电对环境的要求,还要照 顾到建筑本身的安全,比如防水、防风、防震等,当然,还有更 重要的与建筑物寿命匹配的问题。做到这些,才是真 正意义上的光电建筑一体化。

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