光伏气膜一体化:创新能源与建筑解决方案

作者:中成空间 2024.02.23

近日,全球首个商业化光伏气膜在江苏省常州市新北区录安洲码头实现并网发电,在环保和新能源领域产生了重大影响,展示了光伏气膜在能源结构优化和可再生能源高质量发展方面的潜力,也标志着光伏气膜一体化应用技术在节能环保领域有着多方位的核心竞争力。
 
环保光伏气膜新能源技术有哪些竞争优势?新产品在研发过程中遇到了哪些困难,是如何克服的?当前行业的发展趋势和未来市场的前景如何?为此,本报对中成空间(深圳)智能技术有限公司党支部书记尚明进行了专访。
 
环保光伏气膜新能源技术有哪些竞争优势?
尚明:气膜是一种具有相对密闭性,能对产生粉尘、各类污染物、水环境污染等场所进行环保封闭并净化处理的智能产品,其相较于传统结构具有内部无梁无柱、全封闭、大空间、大跨度、零排放、建造快、造价低、安全性高、环保性好、智能化运行等特点,在环保封闭领域广泛应用。随着行业发展,气膜运行能耗成为行业发展重点关注的焦点,为优化气膜运行用能结构,践行国家“双碳”战略的实施规划,促进能源供给侧结构性改革,我们通过攻克太阳能光伏板轻质化、柔性化以及与环保气膜集成一体化等技术难题,开发了光伏新能源技术与环保气膜技术相结合的智能环保光伏气膜,首创了新能源技术在气膜行业应用的先例。光伏气膜不仅能实现清洁能源自给自足,还能拓宽环保功能,解决了环保、节能、绿色、低碳等方面的问题,最大限度地实现了节能、节水、节地、节材,减少污染,保护环境,改善应用场景的舒适性、健康性和安全性。光伏气膜一体化应用技术项目的发展不仅拓展了气膜产品应用领域新赛道,也是改善高能耗设备能源供给结构及促进经济、环境可持续发展的新兴技术。
 
江苏常州港录安洲码头分布式气膜光伏项目 尚 明/供图

新产品在研发过程中遇到了哪些困难,是如何克服的?
尚明:充气膜是靠充气送风加压系统向气膜内部充气,使膜内外形成压力差,靠内部微正压支撑的空间结构体系,内部无梁、柱支撑。因此,气膜建筑顶部承重能力有限,传统光伏组件每平方米质量在15~20kg不等,气膜无法支撑大面积光伏组件施加的荷载。相较于传统结构,其对风荷载、雪荷载、可变荷载等较为敏感,使得膜面荷载不能太重,且结构存在一定的变形和位移。传统光伏组件自身太重,不能弯曲,因此不适用气膜结构。当气膜建筑产生位移时,会破坏安装在气膜顶部及侧面的光伏组件,不仅会影响气膜的结构安全性,还会影响整个光伏系统的正常使用。此外,从研发到项目落地,项目开发周期长、资金投入大无参考规范和技术标准等难题,对研发团队的综合实力提出严峻考验。
 
我们的研发团队根据充气膜结构的特性,首先在光伏组件的材料性能上开展市场调研和研究,与光伏组件厂家开展技术交流和研讨,根据气膜结构性质及特性,共同研发出适用于气膜结构的轻质柔性太阳能电池片组件,代替传统钢化玻璃太阳能组件,解决了气膜膜面承载力的问题,在外界环境变化时,使其具备与气膜具有相对和谐的微变形性能,满足气膜结构使用需求。
 
光伏气膜一体化应用在外界极端环境的影响下,其维持结构安全的抗性是检验光伏气膜的重要参考指标,研发团队通过建模进行结构受力计算、安全性验算、模拟风洞试验、仿真模拟等技术手段从理论上攻克了光伏气膜的设计方式。
 
产品样机试产是检验研发成果的重要环节,经过内部研讨,按照前期研究技术方案,决定在我们的产研基地气膜车间上进行光伏气膜一体化应用的实际试验,检验研发技术成果的成熟度、可实施性、安全性及可靠性,为光伏气膜市场推广做好应用优化和验证。同时,按照实际光伏气膜一体化应用的实施工艺,制作1:1的光伏气膜组件,并进行实际的风洞试验,从技术保障以及应用测试方面为光伏气膜技术落地提供坚实基础。同时,研发团队在光伏气膜的防雷接地、防火技术、清洗技术上也做了诸多理论研究和项目验证,为产研基地光伏气膜项目以及国内首个商业化气膜项目——江苏常州港录安洲码头分布式气膜光伏项目的落成提供全方位技术支持。
 
对当前行业的发展趋势和未来市场的前景有何看法,有哪些应对策略和措施?
尚明:随着绿色砂石、绿色港口、绿色化工等绿色工业仓储要求的不断强化,气膜产品为工业绿色转型提供了技术支持。与此同时,更广泛的民用、农业等场景的使用也为气膜产品提供了巨大的市场空间。根据行业报告数据显示,2021年1—3月我国充气膜产品行业销售收入达到了10.78亿元,同比增加了28.4%。2021年,我国充气建筑行业工业总产值达到了11.01亿元,同比增加了27.6%。2020年,我国充气建筑行业工业总产值达到了36.71亿元,同比增加了30.7%。
 
光伏气膜一体化项目依托于气膜产品的高速发展,在现有气膜产品市场的基础上,充分利用建设项目地区的光照资源,在满足结构安全的前提下进行光伏面板与气膜的集成应用,实现气膜低碳及光伏发电的绿色可持续双路径。结合传统气膜产品的发展趋势,考虑到具有新能源建设条件项目的占比情况,运用统计学曲线预测模型来预测2021到2027年我国光伏气膜一体化产品行业销售收入达近千亿元份额。
 
根据中国光伏行业协会的测算,全球光伏新增装机量乐观情况下从2020年的130GW增长到2025年330GW,保守估计增长到2025年270GW,中国光伏新增装机量乐观情况下从2020年的48.2GW增长到110GW,保守情况下增长到90GW。随着大跨度气膜产品技术不断完善以及屋顶资源的利用需求,光伏气膜一体化项目将会随着每年新增装机量快速增长。在“双碳”政策和光伏技术革新的推动下,光伏气膜一体化项目新增装机量持续高增长将带动气膜行业与光伏产业链的持续景气。

中成空间(深圳)智能技术有限公司湖南产研基地光伏气膜车间  尚明/供图

气膜及光伏气膜均属于战略新兴产业发展的重要范畴,行业长久稳定发展从以下几个方面要做好应对措施:
 
一是发展光伏气膜新的核心技术支撑欠缺。现阶段,要在行业技术领域中重点研发和技术创新,掌握核心前沿技术,解决技术依赖和进口,同时,要链接做好产业链上下游的高端输出,提升产业链能效,强化科技成果产业化,产业发展要兼具创新与高质量发展的轨道。
 
二是发展光伏气膜的制度环境有待健全。现阶段,产业发展的监管制度、规范标准、产业链能效与行业发展不匹配,完善外部监管制度,完善规范标准,改善产业链效能是新兴行业发展过程中亟待解决的问题。
 
三是社会资本对高新技术直接投资欠缺兴趣。这就导致新兴产业不但得到银行的资金支持困难,基本的社会资金支持也较难得到。由此,完善的行业政策性体系、产业投资机制以及产业价值评估体系等亟待完善。
 
四是高端人才尤其是科技型领军人才引进困难。行业发展过程中,要注重人才的培养、引进和队伍的孵化,要把人才的引进、培育和使用与行业的发展紧密结合起来,努力培养和建构高层次的领军人才和团队。从社会以及企业的角度,在政策、环境、待遇上给予尖端人才更多的扶持和倾斜,吸纳更多的科研技术人才。另一方面,要加强产学研合作,强化企业与科研院所、高校、强企的科技合作,头部企业肩负引导行业高阶发展的使命,不断推动人才、技术、装备以及其他生产要素市场的链接和完善,以加速人才、技术、装备以及其生产要素向行业流动的速度。
 
未来,行业发展到一定阶段,标准化的评价体系是确保行业健康发展的必要条件,比如产品的从业评价监管体系、技术评价体系、节能环保评价体系、管理评价体系等是行业迈向更高阶发展必须完善的重要考评指标,要重视行业生态建设、产权保护、科技创新、产品质量、品牌建设等,可以切实有效地解决行业发展中重效益、轻研发、乱竞争、门槛低等突出问题。
 
本文原载于《中国建材报》11月27日1版《对话“专精特新” | 光伏气膜一体化:创新能源与建筑解决方案》

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