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摘要：我國太陽能光伏利用主要為地面光伏電站和分布式光伏兩種，地面電站所占份額達到70%，主要分布在西北太陽能資源豐富區(qū)域，而分布式光伏主要分布在中東經(jīng)濟發(fā)達、用能需求大的地區(qū)，是未來光伏的主要發(fā)展趨勢;本文分析中國建筑光伏分布式利用現(xiàn)狀，并探究其未來發(fā)展趨勢。
關鍵詞：地面光伏電站；分布式光伏；光伏建筑一體化
現(xiàn)代化社會中，人們對舒適的建筑環(huán)境的追求越來越高，導致建筑采暖和空調(diào)的能耗日益增長。在發(fā)達國家，建筑用能已占全國總能耗的30%-40%，對經(jīng)濟發(fā)展形成了一定的制約作用，節(jié)能減排、綠色發(fā)展、開發(fā)利用各種可再生能源已成為世界各國的發(fā)展戰(zhàn)略。
太陽能屬于可再生能源的一種，具有清潔無污染、可再生等特點，因此成為目前人類所知可利用的最佳能源選擇。自上世紀五十年代美國貝爾實驗室三位科學家研制成功單晶硅電池以來，光伏電池技術經(jīng)過不斷改進與發(fā)展，目前已經(jīng)形成一套完整而成熟的技術。隨著全球可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的實施，該技術得到了許多國家政府的大力支持，在全球范圍內(nèi)廣泛使用。尤其在二十一世紀，光伏產(chǎn)業(yè)以令世人驚嘆的速度向前發(fā)展。
光伏建筑一體化(簡稱BIPV)是與新建筑物同時設計、同時施工和同時安裝并與建筑形成完美結合的光伏發(fā)電系統(tǒng)，是建筑物必不可少的一部分，既發(fā)揮建筑材料的功能(如遮風、擋雨、隔熱等)，又具備發(fā)電的功能，使建筑物成為綠色建筑。這與附著在建筑物上的太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)(簡稱BAPV)不同，BIPV的電池作為建筑物外部結構的一部分，既具有發(fā)電功能又具有建筑材料的功能，BAPV為依附于建筑的太陽能光伏系統(tǒng)應用形式，實際項目以屋頂光伏電站為主，本研究統(tǒng)計分析的對象包含BIPV和BAPV。
1. 光伏建筑一體化行業(yè)現(xiàn)狀
1.1.行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀
從2015年開始至今，中國的光伏組件出貨量以及新增和累計光伏裝機容量繼續(xù)保持全球雙料第一位置。截至2019年底，累計并網(wǎng)量達到204.30GW，同比增長17.3%;全年光伏發(fā)電量2243億千瓦時，同比增長26.3%[1]。從國家能源局取得數(shù)據(jù)，歷年來光伏的裝機容量數(shù)據(jù)如表1所示：
在能源局統(tǒng)計的“分布式光伏”應用中，截至2019年底，國內(nèi)光伏累計裝機204.3GW，包括141.67GW集中式電站、62.63GW分布式電站。“分布式光伏”中估計有50%在建筑中安裝，也就是2019年約6GW為建筑光伏系統(tǒng)，截止2019年累計約30GW為建筑光伏系統(tǒng)。
1.2.應用成本分析
近10年，光伏組件與傳統(tǒng)的光伏系統(tǒng)的價格降低了近80%，標準光伏組件甚至降到了1.5元/瓦，不到300元/m2。這就加大了光伏組件集成到其他產(chǎn)品(如建筑構件)中的可能性，光伏的度電成本已經(jīng)實現(xiàn)用戶側全面平價，揭示了光伏能源與建筑結合具有巨大的技術和經(jīng)濟潛力。
光伏建筑一體化的大部分潛力仍未被利用，主要是因為標準化的產(chǎn)品還無法滿足各種建筑性能要求，設備或者工藝的局限性還無法為建筑師提供更大設計自由度的創(chuàng)新光伏建筑一體化產(chǎn)品，如顏色、感官、尺寸、透光率等。因此光伏建筑一體化系統(tǒng)大部分設計都需要進行“光伏組件”到“光伏構件”的二次加工，非標產(chǎn)品的定制大大增加了系統(tǒng)使用成本，因此未來在該領域需要進一步突破，進行技術革新、降低二次加工成本、產(chǎn)品標準化、加強產(chǎn)業(yè)鏈整合與創(chuàng)新。
2.建筑光伏系統(tǒng)發(fā)展?jié)摿Ψ治?/p>
有多少建筑圍護面積可用于安裝光伏系統(tǒng)，是本文分析的基礎數(shù)據(jù)，本文擬從建筑面積的估算比例來分析各省的建筑資源條件，從而對建筑光伏系統(tǒng)可安裝容量進行分析。
2016年，全國建筑總面積達到634.87億平方米，其中公共建筑面積約115.06億平方米，占比18.12%;城鎮(zhèn)居住建筑面積278.64億平方米，占比43.89%;農(nóng)村居住建筑241.17億平方米，占比37.99%[9]。假設建筑屋頂面積平均占建筑面積的15%，南立面面積也占建筑面積的15%，屋面可安裝光伏比例系數(shù)取20%，南墻可安裝光伏比例系數(shù)取20%。截至2016年，可利用的南墻和屋面面積為190.46億平方米，按照可用面積的20%用于安裝光伏系統(tǒng)計算，屆時可安裝光伏的建筑面積約為38億平方米。根據(jù)屋面安裝120W/m2、南墻安裝80W/m2光伏系統(tǒng)進行計算，2016年建筑光伏最大裝機容量可高達380GW，光伏建筑一體化發(fā)展空間巨大。
3.建筑光伏系統(tǒng)發(fā)展中長期預測
已知至2016年，中國的建筑光伏系統(tǒng)的最大裝機容量，以此為數(shù)據(jù)分析的基數(shù)，綜合考慮建筑逐年增量面積、減量面積、各省太陽能資源(w1)、各省經(jīng)濟強度(w2)、各省建筑能耗強度(w3)、和各省政策力度(w4)，對未來2025-2050年的建筑光伏系統(tǒng)的發(fā)展進行預測。
建筑光伏的發(fā)展?jié)摿Σ荒軉渭兊挠媚骋粩?shù)據(jù)來評價，發(fā)展?jié)摿εc氣象資源、經(jīng)濟發(fā)達程度、建筑能耗強度、政策扶持力度等息息相關。綜合各項影響因素，XX年建筑光伏系統(tǒng)最大安裝量=M*w1*w2*w3*w4
(1)最大發(fā)展?jié)摿?M)
取南墻和屋面光伏可安裝量作為該地區(qū)最大發(fā)展?jié)摿?M);
(2)太陽能資源(w1)
因各省的可能存在跨越幾個氣象資源區(qū)域，因此系數(shù)取為省會所在城市的氣象資源計算系數(shù)，氣象資源系數(shù)(w1)取值0.2~1，最好的一類地區(qū)年輻射量1855-2333kWh，資源系數(shù)為1，最差的五類地區(qū)年輻射量928-1163kWh，系數(shù)為0.2。
(3)經(jīng)濟強度(w2)
經(jīng)濟強度(w2)取值0.85~1，人均GDP最高省份為北京118198元/年，系數(shù)為1，最低為甘肅27463元/年，系數(shù)為0.85。
(4)建筑能耗強度(w3)
建筑能耗強度與所屬氣候區(qū)域、經(jīng)濟發(fā)達程度、主導產(chǎn)業(yè)均有較大關系，建筑能耗強度系數(shù)(w3)取值0.8~1，單位面積建筑能耗最高省份為北京33kgce/m2.a，系數(shù)為1，最低江西、廣西、云南省5kgce/ m2.a，系數(shù)為0.83。
太陽能資源(w1)、經(jīng)濟強度(w2)、建筑能耗強度(w3)等系數(shù)取值見表2。
(5)政策力度(w4)
政府政策力度系數(shù)(w4)取值0~1，政府逐年加強對光伏建筑一體化的扶持力度，系數(shù)取值以五年一個周期遞增，到2050年政策力度達到最大。2020年暫定各省市取值一樣，政策力度系數(shù)取值為0.05;2025年-2050年各省份政策力度系數(shù)取值，以北京、上海、浙江、江蘇、江西、山東等省市對政策的敏感度較高，響應速度快，其取值為第一個梯度，其他省市為第二梯度，故w4總體取值見表3。
根據(jù)預測模型和各系數(shù)的取值預測見表4-表6：
4.行業(yè)發(fā)展策略研究
近年來，光伏建筑一體化作為一種新興的光伏應用場景，在全球范圍內(nèi)受到越來越多的關注，在建筑行業(yè)和光伏行業(yè)中也有越來越多的企業(yè)進行光伏建筑一體化業(yè)務布局，但新興事物的成長總會伴隨著一系列問題，光伏建筑一體化同樣如此。目前我國光伏建筑一體化項目存在的問題大致可歸納為以下幾方面：政策影響、發(fā)展路線、行業(yè)標準及光伏和建筑兩個行業(yè)的融合度。為推動可再生能源在建筑領域規(guī)模化高水平應用，促進我國光伏建筑一體化產(chǎn)業(yè)快速健康發(fā)展，可以考慮從以下幾個方面來快速推進行業(yè)的發(fā)展：
(1)政策層面：鼓勵建筑規(guī)劃、設計時，在滿足建筑功能和安全條件下優(yōu)先考慮光伏材料。可參考綠色建筑行業(yè)的鼓勵政策通過容積率優(yōu)惠、不限購、不限價等優(yōu)惠措施讓開發(fā)商有動力。
(2)標準層面：推進完善光伏建筑一體化國家標準體系，以便于新建光伏建筑一體化項目能夠順利通過建筑驗收。
(3)經(jīng)濟層面：對光伏建筑一體化形式給予適當?shù)膶ｍ椡顿Y補貼，對于新建或改造建筑使用符合國家標準的光伏建筑一體化產(chǎn)品，國家驗收合格后依據(jù)安裝面積給予一次性投資補貼。通過對超低能耗、近(凈)零能耗建筑的補貼間接鼓勵采用光伏建筑一體化技術。
(4)其他層面：制定強制性推廣措施，要求片區(qū)內(nèi)一定比例新建筑規(guī)劃中，強制性采用光伏一體化產(chǎn)品，或者強制性規(guī)定新建筑耗能必須實現(xiàn)一定比例能源自給。
5.結論
(1)目前我國的光伏電站主要以地面電站為主，占到總裝機量的70%，主要分布在甘肅、青海、內(nèi)蒙等太陽能資源豐富的西北地區(qū)，而我國分布式光伏發(fā)電主要集中在浙江、江蘇、山東等經(jīng)濟發(fā)達、用能集中的中東地區(qū)。
(2)隨著我國光伏發(fā)展策略的調(diào)整以及西北地區(qū)日益加重的棄光現(xiàn)象，大型地面電站的建設將受到影響，分布式光伏所占份額將得到提高，特別是在經(jīng)濟發(fā)達地區(qū)，是未來光伏利用的主要形式。
(3)隨著國家大力推動光伏建筑一體化產(chǎn)業(yè)，并出臺相關扶持政策，光伏建筑一體化產(chǎn)業(yè)將迎來高速發(fā)展，到2025年，全國光伏建筑一體化系統(tǒng)可安裝容量預估可達到35GW，按每瓦3元計算，十四五可預測的市場規(guī)模將超千億元。
作者：羅多 曾澤榮 李進 勞彩鳳 余國保
來源：2020-2021分析報告
