在過去十年中，光伏的快速增長達到了每年安裝的約100GWp的全球市場，這意味著每年生產和銷售約350至4億個太陽能組件。但是，將它們集成到建筑物中仍然是一個利基市場。根據歐盟Horizon 2020研究項目PVSITES的最新報告，2016年僅約2％的已安裝PV容量被集成到建筑中。當認為70％以上的能源消耗時，這一微不足道的數字尤其引人注目。世界范圍內生產的二氧化碳都消耗在城市中，所有溫室氣體排放中約有40％到50％來自城市地區。

為了應對這一溫室氣體挑戰并促進現場發電，歐洲議會和理事會于2010年引入了關于建筑物能源性能的指令 2010/31 / EU，其概念為“近乎零能耗的建筑物（NZEB）”。該指令適用于2021年以后建造的所有新建筑物。對于要容納公共機構的新建筑物，該指令已于今年年初生效。

沒有指定要達到NZEB狀態的具體措施。建筑業主可以考慮能源效率的各個方面，例如保溫，熱回收和節電概念。但是，由于建筑物的整體能量平衡是監管的目標，因此，要達到NZEB標準，建筑物內或建筑物周圍的有功電能生產必不可少。

潛力與挑戰

毫無疑問，PV的實施將在未來建筑物的設計或現有建筑物基礎設施的改造中發揮重要作用。NZEB標準將是實現這一目標的一個驅動力，但并不孤單。建筑物集成光伏（BIPV）可用于激活現有區域或表面以生產電力。因此，不需要額外的空間即可將更多的PV帶入市區。集成光伏發電產生的清潔電力潛力巨大。正如Becquerel研究所在2016年發現的那樣，德國的BIPV發電在總電力需求中的潛在份額超過30％，對于更多的南部國家（如意大利）甚至約為40％。

但是，為什么BIPV解決方案在太陽能業務中仍然只發揮邊際作用？迄今為止，為什么很少在建設項目中考慮它們？

為了回答這些問題，德國Helmholtz-Zentrum柏林研究中心（HZB）去年組織了一次研討會并與BIPV所有領域的利益相關者進行了交流，從而進行了需求分析。結果表明，并不是缺乏技術本身。

在HZB研討會上，來自建筑業的許多人都在執行新建或翻新項目，他們承認在BIPV的潛力和支持技術方面存在認知差距。大多數建筑師，規劃師和建筑所有者根本就沒有足夠的信息將光伏技術集成到他們的項目中。結果，對BIPV的保留很多，例如誘人的設計，高昂的成本以及令人望而卻步的復雜性。為了克服這些明顯的誤解，必須將建筑師和建筑商所有者的需求擺在首位，并且將對這些利益相關者如何看待BIPV的理解作為重點。

功能與風格

BIPV的特征在于，太陽能模塊是建筑表皮不可或缺的一部分，因此成為多功能建筑元素。除了發電以外，該組件現在還必須承擔建筑外墻的其他功能。

傳統屋頂裝置的最知名替代品是太陽能組件，該太陽能組件在功能上和美學上都直接集成在屋頂上。因此，這些組件不僅可以發電，而且還可以充當屋頂，以防風雨。如果可見，則在傾斜的屋頂情況下，太陽能組件也會影響建筑物的外觀。常規屋頂元件的多樣性還需要形狀，顏色和外觀具有高度可變性的PV有源元件。需要大面積，均質的玻璃-玻璃模塊，以及小型系統，例如屋頂瓦片，其形狀和顏色與常規屋頂瓦片完美匹配。

類似的標準對于用作外墻元素的太陽能組件也有效，但是在這里，美學品質尤為重要。有各種類型的PV活性立面。作為通風冷立面安裝的太陽能組件可以很容易地替換通風幕墻的傳統元件。但是也可以將解決方案用作溫暖的立面元素，例如直接粘貼到立面上。除了具有防風雨功能外，隔熱層或隔音層是PV主動立面元素可以提供的其他屬性。

關于立面元素的美學功能，市場上已經有不同的概念。彩色組件的范圍從無煙煤/黑色到灰色，藍色，綠色，黃色甚至“金色”。例如，可以通過使用包含納米層結構的特殊前玻璃來實現這些顏色。重要的是，這種類型的模塊的功率輸出不會被過分降低，與具有透明前玻璃的傳統模塊相比，其初始功率輸出可達到80％以上。

替代使用這種特殊的前玻璃是陶瓷印刷。該技術實現了均勻的顏色以及架構師喜歡的另一個功能：可以在模塊頂部打印幾乎任何結構或圖片的潛力。實際上，此功能可使觀察者幾乎看不到組成模塊的太陽能電池。但是，這種打印確實會更強烈地影響最終功率輸出。但是由于太陽能電池幾乎完全不可見，該技術也可以應用于高功率晶體模塊，因此可以用作具有高美學價值和高功率的建筑元素。

創建彩色BIPV元件的第三種技術是使用彩色箔。這項技術的成本更低，更重要的是，它幾乎允許任何顏色。由于此功能，瑞士電子和微技術中心（CSEM）的研究人員能夠開發白色太陽能電池組件。原則上，這種發展可以“激活”世界上大量存在的常規白色立面。

將太陽能電池或模塊集成到遮光元件中是一種將防曬和能源生產結合起來的有吸引力的方法。例如，這可以通過使用具有非常薄，均勻覆蓋的活性光伏材料的玻璃來實現。諸如有機半導體（OPV），CIGS（銅銦鎵硒化物/亞硫酸鹽）或薄膜硅之類的薄膜技術非常適合此類應用。

替代地，如果將結晶硅電池布置成玻璃-玻璃模塊中的圖案或在電池之間具有較大間隙，則也可以通過使用結晶硅電池來實現半透明。此概念與立式玻璃幕墻一起用于頭頂安裝的系統中。它也可以安裝在可移動的遮陽裝置中，以減少一天中的某些時間的日照。

所有這些方法都證明了BIPV太陽能模塊可以提供附加功能并解決美學問題的方式，從而使它們對建筑師更具吸引力。但是，與常規的產量優化模塊相比，它們還伴隨著一定程度的功率輸出降低。盡管存在功率損耗，但美學和功能優勢仍使它們對建筑行業具有吸引力，而建筑行業對發電優化的重視程度則大大降低。鑒于此，BIPV元素應相對于常規的非電活動建筑元素進行基準測試。

改變心態

BIPV在許多方面與傳統的屋頂太陽能系統不同，傳統的屋頂太陽能系統既不需要多功能，也沒有考慮美學方面。如果開發用于集成到建筑元素中的產品，制造商需要重新考慮。建筑師，建筑商以及建筑物的使用者最初期望在建筑物表皮中實現常規功能。從他們的角度來看，發電是一種附加財產。除此之外，多功能BIPV元素的開發人員還必須考慮以下方面：

為尺寸，形狀，顏色和透明度可變的太陽能活性建筑元件開發具有成本效益的定制解決方案；

制定標準并具有價格吸引力（理想情況下可用于已建立的規劃工具，例如建筑信息模型（BIM）；

通過建筑材料和能量產生元素的組合將光伏元素整合到新穎的立面元素中；

抵御臨時（局部）陰影的高彈性；

長期穩定性和功率輸出的長期穩定性和退化，以及外觀（例如顏色穩定性）的長期穩定性和退化；

制定監測和維護概念，以適應現場的具體情況（考慮安裝高度，更換有缺陷的模塊或立面元素）；

并符合安全（包括防火），建筑法，能源法等法律要求。

法規遵從問題對所有利益相關者都是一個挑戰。建筑法規和能源行業的法規通常都很大程度上取決于當地法規。它們不僅在各個國家之間是不同的，而且在不同的州，城市甚至地方社區中常常經常彼此顯著偏離。但是，不僅需要適應太陽能產業。

建筑業必須意識到其對整個社會的責任。新建筑和裝修項目都必須明確考慮能耗和現場發電。建筑設計師和參與施工的人員必須愿意使用提供額外發電功能的新材料和新元素。他們還需要接受其常規計劃過程中的更改，因為必須在概念階段就考慮電氣方面。

縮小差距

將光伏發電整合到建筑物中對所有利益相關者都是一個挑戰。不僅存在關于技術和可能性的知識，而且文化之間也存在差距。為了彌合這些差距，必須在建筑世界和能源世界之間架起一座橋梁。挑戰必須由所有人管理：建筑師和規劃師；材料和組件制造商；以及研發部門。這些挑戰通常對所有參與者都是新挑戰，并受到現有偏見的影響。這些是多方面的挑戰，從本質上講，它們只能在接受思想轉變后才能共同應對。