“冰丝带”速滑馆启示:政府和市场合力推动光伏发电玻璃发展

发布时间:

2022-08-10 00:00

2022年北京冬奥会顺应“双碳”目标与绿色发展理念指引,通过运动场馆的重复利用与节能改造,提升建筑利用率,减少因建筑耗材、建筑生产造成的污染。而仅有的新建速滑场馆“冰丝带”也根据《北京市绿色雪上运动场馆评价标准》的要求,充分运用绿色电力、绿色建筑,将绿色元素融入冰雪运动场馆。

 

“冰丝带”的“丝带”状曲面玻璃幕墙采用一万多块光伏发电玻璃拼接而成,兼具美感和发电性能,通过结构与建材设计使得其不仅是一个容纳运动赛事的建筑体,同时也成为一座发电厂。

 

即将突破400亿的光伏发电玻璃市场

 

光伏发电玻璃即碲化镉发电玻璃,属于建材与新能源产业的复合产品。通过在玻璃表面涂抹一层碲化镉光电材料,促使绝缘玻璃变为导体进行高效导发电。目前每微米光伏发电玻璃可有效吸收90%以上可见光并转换为电力,仅三四块即可满足一个家庭全年用电量。

 

根据最新市场数据显示,2020年全球光伏玻璃市场规模达到273亿元。按照2元/W的光伏组件价格计算,至2022年底全球光伏市场规模预计突破400亿元,2026年将扩张至652亿元。此外,近些年全球光伏发电成本不断下探,2010至2022年间成本下降幅度达85%,随着光伏玻璃经济性的不断提升,市场需求将进一步增长。

 

受“双碳”目标引导与能源结构转型影响,我国已成为世界光伏发电装机量最多的国家,光伏发电玻璃市场需求持续扩大。目前我国光伏玻璃市场呈现规模化发展趋势,并主要依仗两大行业龙头企业——信义光能与福莱特(601865),两家在市场占有率总计已超50%以上。

 

光伏发电玻璃具有三大优势

 

相比于传统太阳能电池产品,光伏发电玻璃具有如下几大优势:一是光电转换效率更高,对于光线强弱及天气要求更低,更适应环境苛刻地区;二是制造成本更低,虽然光伏发电玻璃整体制作结构更简单,但碲化镉材料的光吸收能力却更强,所需制造材料消耗更少;三是耐用性更强,电池结构设计寿命普遍长达30年,损耗率更低。

 

在环境影响方面,光伏发电玻璃某些情况下能改善环境并创造环境效益。以荒漠治理为例,原本某些荒山因缺乏植被而造成的水分流失、土地干涸,可通过安装光伏发电玻璃将空气中的水分凝结在背板,复又形成露珠滴回地面,从而为土地提供水分补给。而在能源消耗与碳排放方面,光伏发电玻璃主要碳排放仍发生于玻璃生产阶段。碲化镉则由废渣废料提取,其碳排放、各类有害元素排放量明显低于晶硅电池等,能效转化却更高。目前,每生产1度电碲化镉仅排放11克二氧化碳。随着玻璃生产技术的不断改进,未来光伏发电玻璃碳排放将进一步削减。基于上述优势,光伏发电玻璃目前被主要应用于绿色建筑建设中。

 

在绿色建筑领域方面,光伏发电玻璃可促进建筑体能源使用的绿色化、低碳化,已受到市场认可并被广泛应用于建筑的屋顶或幕墙。一方面,该设计可为建筑体提供足够的清洁电能,满足建筑内部电器和设备需求;另一方面,该设计不阻碍和违背建筑美学构建,具备可观性,并解决传统玻璃幕墙所存在的光污染问题。张家口帝达世博广场将光伏发电玻璃与建筑外立面完美结合,转变成清洁能源发电站。宁波龙谷村使用光伏发电玻璃代替传统琉璃瓦的屋顶,使自己变成一个新型光伏电站。

 

此外,当前盛行的光伏建筑—体化不同于将光伏系统简单地附着在建筑,可将光伏产品和建筑在产业链充分融合,是未来光伏产业重要发展方向。在上游产业链,建筑师设计需考虑到建筑结构构造、光伏产品节能、物理性能及其他功能的有机融合。中游产业链即生产光伏产品及相关配套设备产品并在施工环节进行组装,包括光伏组件、逆变器、各类支架、各类电力系统监控等。下游产业链主要为运维,将产品组装完成后进行光伏建筑运营和产业链维护。目前在武汉、上海、北京、大同等地已陆续建设光伏建筑一体化建筑,通过合理利用能源资源、减少传统建材用量并在新型建材上贴附光伏发电玻璃,实现“自发自用、余量上网”,为我国能源转型提供稳固支持。

 

除建筑领域外,在汽车、电子设备、光伏电站等领域光伏发电玻璃也同样具有巨大的应用潜力。通过将车载光伏玻璃安装于电动汽车车身或车顶,有效提升电动汽车行驶性能,解决部分太阳辐射强地区电动汽车性能难以支撑里程的问题,并一定程度上缩短电动汽车充电时长。

 

光伏发电玻璃的应用有四大痛点

 

光伏发电玻璃应用于建筑能虽具有光电转换效率更高、制造成本更低、耐用性更强、创造环境效益并能实现光伏建筑一体化效能提升等优势,但在市场实践的应用推广阶段依旧存在痛点。

 

以光伏发电玻璃在建筑领域的应用为例。首先,光伏建筑一体化建筑既涉及建筑体,又涉及光伏产品这样的“发电机”,构造比较复杂。而目前光伏建筑一体化尚未有自己的标准体系,严重拖累光伏建筑一体化的安全、防火、设备的管控等建筑管理的实施,也影响市场监控并规范其整体发展秩序。

 

其次是光伏发电玻璃在建筑市场的认可度问题。虽然光伏发电玻璃具有较好的美观性、建筑实用性,但其所具备的建筑功能并不能完全满足建筑市场的不同需求。光伏发电玻璃等光伏产品多往产品化、规模化方向发展,以期适应不同建筑的需求。而受建筑设计偏好的影响,建筑市场中大部分建筑材料都是定制化。

 

此外,维护建筑光伏一体化建筑体的光伏产品的效能,保持建筑体的耐用性和稳定性也有待关注。虽然研究专家解释光伏发电玻璃寿命期多为25—30年,一旦在使用期间光伏发电玻璃因其使用状态不佳而其功能遭受损坏,建筑体本身和建筑体内的居民生活将会受到很大的影响。

 

最后,由于光伏发电玻璃应用涉及多产业协作,光伏建筑一体化绵长的产业链也需多方运维决策并受到制约,应综合考虑并兼顾各方需求。

 

政府和市场共同发力推动发展

 

针对光伏发电玻璃应用实践过程中产生的问题,笔者认为,可从政府和市场两方发力,共同加以改进。

 

在政府端,围绕目前光伏发电玻璃应用最为广泛的光伏建筑一体化,在制度层面上应加以规范,建立涉及光伏发电玻璃应用与光伏建筑一体化运行和维护的相关制度规范。明确各领域职责分工与权限归属,加强合作协调规范性,共同推动相关制度规范的落实。同时引导从国家标准、行业标准、团体标准三个维度着手推进标准体系制定,针对设计标准、建设工程和产品服务均制定规范化标准、技术指导与评估制度。

 

在市场端,光伏发电玻璃生产商可联合政府研发对于光伏建筑一体化建筑体的管理与运维系统。厂商可以产品化、规模化、低碳化为基础,持续开展产品低碳创新,并发展个体建筑定制化光伏产品路线,满足规模化生产的需要的同时达到节约生产成本的效果,并一定程度上实现有个性化需求的建筑方要求。