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(dá)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(jì)發(fā)達(dá)、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(guān)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(dǎo)致建筑采暖和空調(diào)的能耗日益增長。在發(fā)達(dá)國家，建筑用能已占全國總能耗的30%-40%，對經(jīng)濟(jì)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(diǎn)，因此成為目前人類所知可利用的最佳能源選擇。自上世紀(jì)五十年代美國貝爾實(shí)驗室三位科學(xué)家研制成功單晶硅電池以來，光伏電池技術(shù)經(jīng)過不斷改進(jìn)與發(fā)展，目前已經(jīng)形成一套完整而成熟的技術(shù)。隨著全球可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的實(shí)施，該技術(shù)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(jì)，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(shè)計、同時施工和同時安裝并與建筑形成完美結(jié)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(fēng)、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(jié)構(gòu)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(yīng)用形式，實(shí)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(jī)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(dá)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(jī)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(yīng)用中，截至2019年底，國內(nèi)光伏累計裝機(jī)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(yīng)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(biāo)準(zhǔn)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(gòu)件)中的可能性，光伏的度電成本已經(jīng)實(shí)現(xiàn)用戶側(cè)全面平價，揭示了光伏能源與建筑結(jié)合具有巨大的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)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(biāo)準(zhǔn)化的產(chǎn)品還無法滿足各種建筑性能要求，設(shè)備或者工藝的局限性還無法為建筑師提供更大設(shè)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(shè)計都需要進(jìn)行“光伏組件”到“光伏構(gòu)件”的二次加工，非標(biāo)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(lǐng)域需要進(jìn)一步突破，進(jìn)行技術(shù)革新、降低二次加工成本、產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)化、加強(qiáng)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(hù)面積可用于安裝光伏系統(tǒng)，是本文分析的基礎(chǔ)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(jìn)行分析。
2016年，全國建筑總面積達(dá)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(shè)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(jìn)行計算，2016年建筑光伏最大裝機(jī)容量可高達(dá)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(yù)測
已知至2016年，中國的建筑光伏系統(tǒng)的最大裝機(jī)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(jì)強(qiáng)度(w2)、各省建筑能耗強(qiáng)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(jìn)行預(yù)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(jì)發(fā)達(dá)程度、建筑能耗強(qiáng)度、政策扶持力度等息息相關(guān)。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(jì)強(qiáng)度(w2)
經(jīng)濟(jì)強(qiáng)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(qiáng)度(w3)
建筑能耗強(qiáng)度與所屬氣候區(qū)域、經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)程度、主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)均有較大關(guān)系，建筑能耗強(qiáng)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(jì)強(qiáng)度(w2)、建筑能耗強(qiáng)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(qiáng)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(dá)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(yīng)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(yù)測模型和各系數(shù)的取值預(yù)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(yīng)用場景，在全球范圍內(nèi)受到越來越多的關(guān)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(jìn)行光伏建筑一體化業(yè)務(wù)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(biāo)準(zhǔn)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(lǐng)域規(guī)模化高水平應(yīng)用，促進(jìn)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(jìn)行業(yè)的發(fā)展：
(1)政策層面：鼓勵建筑規(guī)劃、設(shè)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(biāo)準(zhǔn)層面：推進(jìn)完善光伏建筑一體化國家標(biāo)準(zhǔn)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(jì)層面：對光伏建筑一體化形式給予適當(dāng)?shù)膶ｍ椡顿Y補(bǔ)貼，對于新建或改造建筑使用符合國家標(biāo)準(zhǔn)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(bǔ)貼。通過對超低能耗、近(凈)零能耗建筑的補(bǔ)貼間接鼓勵采用光伏建筑一體化技術(shù)。
(4)其他層面：制定強(qiáng)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(qiáng)制性采用光伏一體化產(chǎn)品，或者強(qiáng)制性規(guī)定新建筑耗能必須實(shí)現(xiàn)一定比例能源自給。
5.結(jié)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(jī)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(jì)發(fā)達(dá)、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(shè)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(jì)發(fā)達(dá)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(guān)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(yù)估可達(dá)到35GW，按每瓦3元計算，十四五可預(yù)測的市場規(guī)模將超千億元。
作者：羅多 曾澤榮 李進(jìn) 勞彩鳳 余國保
來源：2020-2021分析報告
