在21世紀(jì)的新能源技術(shù)中有兩大能源優(yōu)先：太陽光伏發(fā)電與核聚變。太陽光伏發(fā)電是到為止最長壽,、最清潔的發(fā)電技術(shù),。光伏發(fā)電對世界能源需求將會做出重大貢獻的兩個領(lǐng)域是提供住戶用電和用于大型中心電站的發(fā)電。前者將對建筑的發(fā)展產(chǎn)生重大的,。太陽光伏發(fā)電系統(tǒng)只涉及到半導(dǎo)體封裝器件,，不消耗常規(guī)能源，無運動機械部件,，無污染,，無噪聲，維護方便,，發(fā)電容量可任意選擇,。
光伏—建筑一體化（BIPV）提出了“建筑物產(chǎn)生能源”的新概念，即建筑物與光伏發(fā)電的集成化,，在建筑物的外圍護結(jié)構(gòu)表面上布設(shè)光伏陣列產(chǎn)生電力,。
BIPV系統(tǒng)可以劃分為兩種形式：光伏屋頂結(jié)構(gòu)（PVROOF）和光伏墻結(jié)構(gòu)（PVWALL）。BIPV系統(tǒng)一般由光伏陣列（電池板）,、墻面（屋頂）和冷卻空氣流道,、支架等組成,。
對于一個完整的BIPV系統(tǒng)，還應(yīng)該有另外一些設(shè)備：負(fù)載,、蓄電池,、逆變器、系統(tǒng)控制,、濾波保護等裝置,。當(dāng)一個BIPV系統(tǒng)參與并網(wǎng)時，則不需蓄電池,，但需有與電網(wǎng)的聯(lián)入裝置,。
一光伏—建筑一體化（BIPV）的形式與特點
在80年代，光伏地面系統(tǒng)除大量用于偏僻無電地區(qū),、游牧家庭,、航海燈塔、孤島居民供電以及某些特殊領(lǐng)域外,，已開始進入一般單獨用戶,、聯(lián)網(wǎng)用戶和商業(yè)建筑。進入90年代后,，隨著常規(guī)能源的日益枯竭而引起的發(fā)電成本上升和人們環(huán)境意識的日益增強,，一些國家紛紛開始實施、推廣BIPV系統(tǒng),。
光伏與建筑的結(jié)合有兩種方式：一種是建筑與光伏系統(tǒng)相結(jié)合,；另外一種是建筑與光伏器件相結(jié)合,。
1建筑與光伏系統(tǒng)相結(jié)合
把封裝好的的光伏組件（平板或曲面板）安裝在居民住宅或建筑物的屋頂上,，再與逆變器、蓄電池,、控制器,、負(fù)載等裝置相聯(lián)。光伏系統(tǒng)還可以通過一定的裝置與公共電網(wǎng)聯(lián)接,。
2建筑與光伏器件相結(jié)合
建筑與光伏的進一步結(jié)合是將光伏器件與建筑材料集成化,。一般的建筑物外圍護表面采用涂料、裝飾瓷磚或幕墻玻璃,，目的是為了保護和裝飾建筑物,。如果用光伏器件代替部分建材，即用光伏組件來做建筑物的屋頂,、外墻和窗戶,，這樣既可用做建材也可用以發(fā)電，可謂物盡其美,。對于框架結(jié)構(gòu)的建筑物,，可把其整個圍護結(jié)構(gòu)做成光伏陣列,，選擇適當(dāng)光伏組件，既可吸收太陽直射光,，也可吸收太陽反射光,。目前已經(jīng)研制出大尺度的彩色光伏模塊，可以實現(xiàn)以上目的,，還可使建筑外觀更具魅力,。
把光伏器件用做建材，必須具備建材所要求的幾項條件：堅固耐用,、保溫隔熱,、防水防潮、適當(dāng)?shù)膹姸群蛣偠鹊刃阅?。若是用于窗戶,、天窗等，則必須能夠透光,，就是說既可發(fā)電又可采光,。除此之外，還要考慮安全性能,、外觀和施工簡便等因素,。
用光伏器件代替部分建材，在將來隨著面的擴大,，光伏組件的生產(chǎn)規(guī)模也隨之增大,，則可從規(guī)模效益上降低光伏組件的成本，有利于光伏產(chǎn)品的推廣應(yīng)用,，所以存在著巨大的潛在市場,。
從建筑、技術(shù)和角度來看,，光伏—建筑一體化有以下諸多優(yōu)點：①聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)光伏陣列一般安裝在閑置的屋頂或墻面上,，無需額外用地或增建其他設(shè)施，適用于人口密集的地方使用,。這對于土地昂貴的城市建筑尤其重要,。②可原地發(fā)電、原地用電,，在一定距離范圍內(nèi)可以節(jié)省電站送電網(wǎng)的投資,。對于聯(lián)網(wǎng)戶用系統(tǒng)，光伏陣列所發(fā)電力既可供給本建筑物負(fù)載使用,，也可送
入電網(wǎng),。在陰雨天、夜晚或光強很小的時候,，負(fù)載可由電網(wǎng)供電,。由于有光伏陣列和公共電網(wǎng)共同給負(fù)載供應(yīng)電力,，增加了供電的可靠性。③夏季,，處于日照時,，由于大量制冷設(shè)備的使用，形成電網(wǎng)用電高峰,。而這時也是光伏陣列發(fā)電最多的時候,。BIPV系統(tǒng)除保證自身建筑用電外，還可以向電網(wǎng)供電,，從而緩解高峰電力需求,。④由于光伏陣列安裝在屋頂和墻壁等外圍護結(jié)構(gòu)上，吸收太陽能,，轉(zhuǎn)化為電能,，大大降低了室外綜合溫度，減少了墻體得熱和室內(nèi)空調(diào)冷負(fù)荷,，既節(jié)省了能源,，又利于保證室內(nèi)的空氣品質(zhì)。 ⑤避免了由于使用一般化石燃料發(fā)電所導(dǎo)致的空氣污染和廢渣污染,，這對于環(huán)保要求嚴(yán)格的今天與未來更為重要,。⑥由于光伏電池的組件化，光伏陣列安裝起來很簡便,，而且可以任意選擇發(fā)電容量,。⑦在建筑圍護結(jié)構(gòu)上安裝光伏陣列，可以促進PV部件的大規(guī)模生產(chǎn),，從而能夠進一步降低PV部件的市場價格,，這對于BIPV系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用有著極大的推動作用。
二BIPV系統(tǒng)的發(fā)展趨勢
在能源和環(huán)保壓力的促進下,，太陽能光伏技術(shù)已逐步成為國際走可持續(xù)發(fā)展道路的首選技術(shù)之一,。事實已經(jīng)證明,，對于幾kW以下的系統(tǒng),，采用太陽光伏發(fā)電是最為理想的。光伏（PV）技術(shù)除傳統(tǒng)的單獨用戶及特殊領(lǐng)域應(yīng)用外,，正在向高水平和大規(guī)模方向發(fā)展,。BIPV的聯(lián)網(wǎng)發(fā)電已成為近年來PV應(yīng)用的主要方向和熱點。聯(lián)合國能源機構(gòu)最近發(fā)布的調(diào)查報告顯示,，BIPV將成為21世紀(jì)的市場熱點,，太陽能建筑業(yè)將是21世紀(jì)最重要的新興產(chǎn)業(yè)之一。各國一直在通過改進工藝,、擴大規(guī)模,、開拓市場等,，大力降低光伏電池的制造成本和提高其發(fā)電效率。
近年來,，世界光伏市場發(fā)生了很大變化：由過去的獨立運行（提水,、照明等）和通訊設(shè)備、衛(wèi)生保健,、導(dǎo)航浮標(biāo)等領(lǐng)域轉(zhuǎn)向并網(wǎng)發(fā)電和與建筑物結(jié)合的常規(guī)供電,；開始由作為補充性能源逐步向替代性能源過渡。現(xiàn)在分別介紹一下不同國家的發(fā)展情況,。
1美國
1993年6月,，美國能源部和國立再生能源實驗室簽定五年合同，實施“PV：BONUS”計劃,，耗資2 500萬美元發(fā)展與建筑相結(jié)合的光伏產(chǎn)品,，即建筑幕墻光伏器件和大型屋頂光伏組件等。
為了促進美國光伏產(chǎn)業(yè)的快速,，降低光伏發(fā)電成本以及節(jié)約能源和保護環(huán)境,，美國前總統(tǒng)克林頓1997年6月26日在聯(lián)合國環(huán)境與發(fā)展特別會議上宣布美國將實施“百萬太陽能屋頂”計劃，到2010年要在全國范圍的住宅,、商業(yè)建筑,、學(xué)校和聯(lián)邦政府辦公樓屋頂上安裝100萬套太陽能系統(tǒng)，包括光伏系統(tǒng)和太陽能集熱器,，可以供應(yīng)電力和熱水,。為此，1998財政年度美國政府的光伏經(jīng)費增加了30％,。
2日本
日本很重視光伏與建筑相結(jié)合的技術(shù),。20世紀(jì)90年代，政府資助一些大學(xué),、研究所和公司進行開發(fā)研究,。如三洋電氣公司推出了幾種非晶硅電池與建筑材料相結(jié)合的產(chǎn)品（三洋公司在非晶體太陽電池技術(shù)方面是世界一流的）：一種是做成曲線形瓦片形狀，每片面積為305平方厘米,、輸出功率2.7 WP,，價格比較昂貴；另一種是90cm×35cm的平板非晶硅電池組件,，組件背面有“腳”便于安裝,，一般用做屋頂材料。三洋電氣公司還推出了半透明和不透明的非晶硅玻璃組件,，用于商業(yè)建筑物的垂直幕墻,。其半透明組件的透光率為30％，既可作為窗戶采光用，又可用于發(fā)電（德國也有類似產(chǎn)品）,。以上光伏組件已安裝在三洋電氣公司,、Fsukasa電力公司等辦公樓建筑物上。
1997年,，通產(chǎn)省又宣布執(zhí)行“七萬屋頂”計劃,，安裝了37 MWP屋頂光伏系統(tǒng)。該計劃使日本成為該年度世界最大的光伏組件市場,。日本政府計劃到2000年安裝400 MW,、2010年安裝4 600 MW光伏發(fā)電系統(tǒng)。
1998年,，日本三家公司（清水建筑,、夏普、川崎制鐵）合作研制一種新型建筑材料,，即把太陽能電池安裝在建筑材料里,，并按需要做成三種，用做屋頂和外墻,。
3德國
1990年首先開始實施“一千屋頂計劃”,，在私人住宅屋頂上推廣容量為1～5 kWP的戶用聯(lián)網(wǎng)光伏系統(tǒng)。
在光伏器件與建筑相結(jié)合方面,，ASE所屬幾家公司分別推出了多種光伏組件,，其中有大尺寸（1.5 m×2.5m）的無邊框非晶硅組件，每塊組件功率可達360Wp,，可用于垂直外墻和傾斜屋頂,；也推出了尺寸為1 m×0.6m的非晶硅不透明組件，可分別用于屋面,、垂直幕墻和窗戶,。
目前世界上最大的太陽能屋頂光伏系統(tǒng)安裝在新慕尼黑貿(mào)易展覽中心。
4印度
印度近年來大力推廣太陽能,，已取得了很大成績,。在發(fā)展家，印度的光伏產(chǎn)業(yè)及應(yīng)用市場居領(lǐng)先地位,；據(jù)報道,，目前已成為繼美國之后的第二大單晶硅太陽能電池生產(chǎn)國。全國已有40萬套光伏系統(tǒng)用于多種應(yīng)用領(lǐng)域,。并且,，政府正在組織一些研究和生產(chǎn)機構(gòu)開展光伏器件與建筑相結(jié)合的研究開發(fā)。
1997年12月18日印度政府宣布,，到2002年要在全國范圍內(nèi)推廣150萬套太陽能屋頂。
5中國
中國的太陽能光伏技術(shù)也具有了一定的規(guī)模。據(jù)統(tǒng)計,，截止1997年底,，我國已完成并正常使用的太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)裝機容量為10～15MW，主要用于邊遠(yuǎn)地區(qū)居民的供電,。隨著光伏發(fā)電領(lǐng)域的轉(zhuǎn)變,，我國的BIPV系統(tǒng)的研究與開發(fā)已取得了很大的發(fā)展。“九五”期間我國在深圳,、北京分別成功建成17kWp,、7kWp光伏發(fā)電屋頂并實現(xiàn)并網(wǎng)發(fā)電。在世界銀行捐贈及雙邊或多邊技術(shù)合作的支持下,，預(yù)計我國光伏市場年銷售量將以20％的年增長速度發(fā)展,，到2010年可望超過10MW.
最近獲悉，香港特區(qū)政府為支持環(huán)保,，香港工業(yè)署日前撥款170萬港元給香港理工大學(xué),，建立第一座“光伏建筑”實驗系統(tǒng)，以太陽能為大廈提供部分電力,。
有資料對1984～1994年間的光伏需求進行了統(tǒng)計并對到2010年可以安裝PV的容量進行了預(yù)測,，結(jié)果如表1所示。
緊緊圍繞降低光伏發(fā)電成本的各種研究開發(fā)工作一直在發(fā)達國家緊張地進行,。在光伏系統(tǒng)方面,，目前已開發(fā)出帶微型逆變器的光伏組件，這將給光伏系統(tǒng)安裝及與建筑集成帶來革命性的變化,。
BIPV的開發(fā)是目前世界上大規(guī)模利用光伏技術(shù)發(fā)電的一大研究熱點,，西方發(fā)達國家都在作為重點項目積極進行。除了在屋頂安裝光伏電池板外,，已推出了把光伏電池裝在瓦片內(nèi)的產(chǎn)品,。
在飛速發(fā)展的智能建筑（IB）中，樓宇自動化系統(tǒng)（BAS）是一個重要組成部分,。對于BIPV系統(tǒng),，其本質(zhì)上是屬于樓宇設(shè)備的范疇，但在目前關(guān)于BAS的資料中還沒有被納入其中,。筆者認(rèn)為,，BIPV系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)納入BAS.未雨綢繆，在實際建筑施工中應(yīng)當(dāng)預(yù)留光伏陣列的鋪設(shè)裝置,；在綜合布線系統(tǒng)（PDS）中,，應(yīng)當(dāng)預(yù)設(shè)光伏設(shè)備的接入端口和線路匣，為以后光伏組件與樓宇設(shè)備的結(jié)合作準(zhǔn)備,。隨著光伏組件的廣泛應(yīng)用和價格大幅度下降,，未來實現(xiàn)智能化的建筑物必定要配裝BIPV系統(tǒng)，同時這也是對IB的一個重要補充。
可以預(yù)計,，光伏與建筑相結(jié)合是未來光伏應(yīng)用中最重要的領(lǐng)域之之一,，其發(fā)展前景十分廣闊，并且有著巨大的市場潛力,。
由于價格,、法規(guī)等因素，BIPV系統(tǒng)在短期內(nèi)還難以大規(guī)模普及,，但隨著常規(guī)能源的日益枯竭,、人們環(huán)保意識的日益提高，以及由此促進的制造工藝的革新和技術(shù)的發(fā)展,，BIPV一定會展現(xiàn)出強大的生命力,。