光伏建筑一體化產業現狀分析與發展研究

摘要：光伏建筑一體化（BIPV）在構建綠色建筑標準體系與打造低碳、零碳建筑的過程中發揮著非常關鍵的作用，因此在“雙碳”目標下，探討BIPV 技術在建筑行業的應用和推廣策略，對減少建筑碳排放量和促進綠色建筑可持續發展具有重要意義。以江蘇省常州市現有BIPV 項目為例，先通過調查研究充分發掘BIPV 產業發展阻力，再針對項目規模小、應用產品單一、投資意愿低、運營管理困難等問題提出優化舉措，期望為調整地區能源產業結構和加快綠色低碳發展提供參考和依據，以及為江蘇省乃至全國BIPV 產業全面快速發展提供可行性建議。

關鍵詞：建筑碳排放；BIPV；綠色建筑

基金項目：江蘇省建設科技項目（2022ZD052）；常州市科技計劃項目（CJ20220050）

隨著人民生活水平的提高和國家對城鎮化建設的持續推進，建筑耗能占國家總能耗的比例逐年上升，使得高比例的建筑耗能成為我國綠色低碳發展道路上急需解決的問題之一。由于光伏建筑一體化（BIPV）作為綠色建筑和“零碳”建筑能夠實現的關鍵技術之一[1]，可將光伏發電系統與建筑物相結合，實現電力自給自足和節能減排，且光伏電池板可被集成到屋頂、外墻、窗戶等建筑物的結構中，使其既能承擔建筑物的結構功能又能進行光電轉換，因此被認為是建筑領域低碳轉型發展的理想選擇，可在未來的建筑領域發揮更加重要的作用。本文以江蘇省常州市為例，通過對常州BIPV 相關企業的調查研究，分析BIPV 項目全面發展阻力和行業熱點問題，以期通過切實可行的建議促進BIPV 全產業鏈快速發展。

1 我國建筑碳排放現狀

中國建筑節能協會和重慶大學聯合發布的《2023 中國建筑與城市基礎設施碳排放研究報告》[2] 顯示，2021 年，我國房屋建筑全過程（不含基礎設施建造）能耗總量為19.1億tce，占全國能源消費的36.3%；全國房屋建筑全過程碳排放總量為40.7 億tCO2，占全國能源相關碳排放的比重為38.2%。其中，建材生產階段碳排放17.0 億tCO2，占全國的比重為16.0%，占全過程碳排放的41.8%；建筑施工階段碳排放0.7 億tCO2，占全國的比重為0.6%，占全過程碳排放的1.6%%；建筑運行階段碳排放23.0 億tCO2，占全國的比重為21.6%，占全過程碳排放的56.6%。因此，如圖1 所示，建筑行業已成為我國加快低碳發展和節能減排的重點領域，建筑運行階段的碳排放量控制成為國家能否實現“雙碳”目標的關鍵問題之一。為減小建筑運行階段的碳排放量和滿足節能減排要求，大力推進BIPV 建設、發展清潔能源至關重要。

2 政策推動與BIPV 產業發展現狀

2.1 相關推動政策

近年來，為了加快建筑產業綠色低碳轉型，面對建筑高能耗與高碳排放量壓力，我國大力優先發展新質生產力，通過減少建筑運行階段的碳排放量，促進建筑領域盡快實現碳達峰目標。如表1 所示，國家發展改革委、國家能源局、住房和城鄉建設部等部門出臺了多部政策和規劃文件來指導并推動BIPV 的應用，促進建筑節能及建筑領域的低碳發展。

從表1 可知，相關政策文件均明確指出我國正在大力推進BIPV 發展。因此，在國家加快發展綠色生產力背景下，優先發展清潔能源，降低建筑運行階段的碳排放量，全面推進BIPV 產業建設勢在必行。

2.2 BIPV 產業發展現狀

雖然建設BIPV 對降低我國建筑能耗與碳排放具有重大意義，但在政策指導與推動下我國的BIPV 產業整體發展依然較為緩慢。2022 年，我國的BIPV 項目總裝機容量為709 MW，總安裝面積為377.4 萬m2，僅為全國光伏市場總裝機量的1%。因此，開發難度大、設計要求高、投資回報周期長、建筑企業積極性不高等問題，導致產業發展動力不足，使得BIPV 發展面臨較多瓶頸。以常州市為例，其BIPV 項目主要以光伏企業自有建筑示范為主，各企業雖已建成了單體BIPV 工程，但面積小，裝機功率無法和大型光伏電站相提并論。

3 常州市BIPV 產業概況

3.1 發展環境與政策背景

常州市是光伏大市，地處長三角中心位置，全年光照充足，工業發達，建筑類型豐富，有較好的環境資源，匯聚了天合光能、常州亞瑪頓、東方日升、億晶光電、江蘇中信博等一大批國內外知名新能源企業，BIPV 產業背景豐富。同時，常州市工業制造基礎雄厚，相關技術人員儲備充足，有深厚的技術依托，且市政府大力支持綠色建筑發展、BIPV 產業發展，在環境資源、產業背景、技術依托等方面為發展BIPV 奠定了良好基礎，其中武進區綠色建筑產業集聚示范區是全國首家 “綠色建筑產業集聚示范區”，有很好的BIPV 產業發展政策保障。另外，常州市金壇區計劃到2025 年，全區屋頂分布式光伏新增裝機量達到450 MW 左右，年發電量約6 億kWh；鐘樓區力爭到2025 年，全區90% 以上的新建建筑安裝光伏發電系統，建筑領域光伏裝機容量占光伏并網總容量的60% 以上。

3.2 BIPV 產品與項目

目前， 常州市各大光伏企業紛紛布局BIPV 市場，在新產品研發、應用場景拓展、智能建造、工藝創新上均已取得了一定成果。研究通過深入企業調查獲取產品（項目）的應用案例和詳細參數，分析BIPV 產業發展的現狀。常州市各大企業代表性的BIPV 產品和項目如表2 所示。

3.3 建設現狀與發展趨勢

研究發現，常州市BIPV 項目建設還處于試點和推廣階段，已建成項目主要以試點工程和光伏企業自有建筑BIPV 示范項目為主，且光伏企業在BIPV 項目建設中占主導地位。不過，盡管常州市BIPV 項目還未開始大面積建設，但當地光伏企業已經開始為BIPV 項目能實現產業化全面發展做出了積極響應，如有的光伏企業已經在廠區建立起自有的BIPV示范項目，有的光伏企業已經成功研發多款新型光伏建筑一體化材料，有的光伏企業已經著手BIPV 行業標準編制。由此可見，多元化將是常州市BIPV 產業發展的必然態勢。

4 常州市BIPV 產業發展存在的問題

雖然常州市BIPV 產業迅速興起，政府也出臺了若干政策支持，但是總體看來其商業化、規模化、一體化程度仍然不高，裝機總量僅占光伏應用的1%～3%。因此，通過對產業發展環境、政策背景、項目產品、相關人員調查分析后，總結歸納出制約BIPV 產業發展的5 項主要問題。

4.1 項目形式與材料產品單一

常州市光伏企業雖均已經開始布局和參與BIPV 項目建設，但項目建設形式較為單一，基本上為工商業屋頂BIPV 項目。以常州市各大光伏企業代表性的BIPV 項目為例，天合光能9.8 MW-BIPV 光伏電站項目、億晶光電18MW-BIPV 工商業屋頂光伏項目、江蘇中信博金壇11 MW-BIPV 工商業屋頂光伏項目等，都是光伏企業自有工業廠房屋面彩鋼瓦替換為光伏組件的項目，建造形式單一，且權屬、投資、收益都歸光伏企業獨立所有，不適合作為市場化的項目案例去推廣。同時，調查發現，常州市的BIPV 產品生產主要集中在各區光伏產業園內，同類企業匯聚雖然能帶來產業集群效益，但是企業間相互參照，容易導致同類BIPV 產品同時出現，如天合光能的“天能瓦”、東方日升的“超能頂”、億晶光電的“星辰頂”，產品技術路線差異性不大，易出現重復投入和產品同質化現象，造成產品核心競爭力缺失。

4.2 項目一體化設計水平較低

光伏組件結構和色彩單一，需要水平較高的設計師來解決BIPV 建筑美學和環境協調問題，是常州市BIPV 建筑設計現存的難題之一。據調查，目前常州市的BIPV 建筑設計水平普遍不高，設計任務主要集中在少數設計單位中，只有約1/5 的設計單位參與過BIPV 項目，1/4 的建筑設計人員參與過具體的BIPV 項目設計。這些情況說明常州市大部分專業設計人員還未接觸過BIPV 項目設計，導致專業人員缺乏設計經驗和靈感交流難以提供優秀的設計方案，不利于BIPV 設計水平的提高和典型案例的推廣。

4.3 行業標準規范未切實落地

目前，國家雖已出臺了一些關于BIPV 的技術規范，但針對BIPV 的產品、設計、施工、建筑等方面的國家標準、行業標準規范、建筑標準圖集等仍有缺失，不利于市場的進一步發展[3]。根據調查反饋，常州市BIPV 建設主要參考應用的標準規范為《建筑光伏系統應用技術標準》《建筑光伏幕墻采光頂檢測方法》《太陽能光伏玻璃幕墻電氣設計規范》，且參考應用的標準規范大多側重于光伏組件產品的安裝和建造，忽略了光伏組件與建筑一體化的協同程度，導致相關標準很難在項目建設的全過程管理中起到指導和規范作用。

4.4 產業可持續發展動力不足

BIPV 項目建設成本高、投資回報周期長[4]，導致建筑企業投資意愿降低，各大資本對項目的投資熱度不高。常州市的BIPV 項目建設成本在1600～5000 元/m2，且不包括運營和維護的成本，投資回報期為10～15 a。同時，受常州市的BIPV 建設市場活力不足影響，相對應的激勵機制力度欠缺，使得光伏企業對工程建設環節缺乏全過程認識，以及建筑企業對“碳交易”“碳稅”等市場手段認知度不高，因此導致BIPV 產業可持續發展動力不足。

4.5 項目運營管理難度大

BIPV 是光伏與建筑的融合，在具備太陽能發電功能的同時，也兼具良好的防水、防火、耐腐蝕、保溫等性能，因此BIPV 項目的維護管理要求高、難度大、影響因素多。如，常州市已建成的部分BIPV 項目，由于過高的維護管理成本，大多項目被閑置且出現組件和設備損壞現象。同時，在項目運營管理階段，用戶最為關心的出資集資問題、權屬與收益分配問題、既有建筑安裝問題、政府補貼問題，也對BIPV 的推廣應用與產業發展產生了較大阻礙。另外，BIPV 項目立項申請、施工建造、運營維護、電網消納等問題，也對BIPV 項目的運營管理產生了負面影響，急需相關管理部門解決。

5 BIPV 產業發展策略

針對常州市BIPV 產業發展過程中存在的建設形式、材料產品、設計水平、規范標準、投資運營、維護管理等問題，從鼓勵多元化的BIPV 項目和產品、融入數字技術提升設計水平、制定智能建造規范豐富行業標準、探索多元化商業模式、制定用戶端管理制度鼓勵配備儲能5 個方面提出BIPV 產業發展策略。

5.1 鼓勵多元化的BIPV 項目和產品

首先，積極有序地推進BIPV 項目建設，以常州市內分布式光伏開發試點為契機，加大對項目的引導和投入。其次，依據常州市出臺的《關于加快推動綠色低碳循環發展專項行動方案》，豐富BIPV 項目建筑形式，除了工商業屋頂BIPV 項目外，還應鼓勵新建公共機構建筑、新建住宅、既有公共建筑等加裝太陽能光伏系統[5]，如常州市博物館、中吳賓館、政務中心等代表性建筑均完成了新型“光儲充放”BIPV 系統的加裝，都是集光伏發電、新能源充電、智能管理于一體的智慧示范項目，其中政務中心項目占地面積1300 m2，日均發電量350 kWh，建設充電樁容量1227 kW，可同時滿足43 輛新能源汽車充電。最后，大力支持光伏企業對新型BIPV 產品的研發與推廣，依托本地光伏企業多且研發能力強的優勢，鼓勵企業自主創新與差異化發展，并推動BIPV產品互補性研究。

5.2 融入數字技術提升設計水平

在設計美學與建筑功能方面，重視BIPV建筑設計與光伏組件設計協調美觀[6][7]。常州市直溪光伏小鎮BIPV 項目的設計，就充分考慮了與周邊建筑群和環境的融合。該項目采用了54 片最新的異質結410 Wp 組件，其中主要包括210 無主柵超薄化異質結電池，無主柵線的電池片顏色使得建筑外立面更加協調統一。光伏屋頂與幕墻的一體化設計充分考慮了光伏組件的顏色、板塊大小及傾斜角度等設計元素，確定建筑的造型、材質、外立面色調等，使光伏組件與建筑構件巧妙融合，建筑美學效果大大提高。同時，該項目在設計過程中還應用了BIM 技術、AI 技術等數字技術，構建完整的虛擬模型，不僅能展現BIPV 的建筑美學特點，還能表達日照變化、光電轉換、熱傳導途徑等信息。因此，常州市應鼓勵各大設計單位積極參與BIPV 項目設計，促進各設計單位交流與經驗分享，推廣BIPV 項目設計理念與具體做法，提高BIPV 項目設計評優評先比例，讓更多優秀的設計單位加入到BIPV 項目建設中，推動 BIPV 設計水平的整體提高。

5.3 制定智能建造規范豐富行業標準

進一步完善BIPV 行業標準化工作，盡快落實BIPV 統一標準規范。如，加快修訂與完善 BIPV 標準；盡快出臺關于材料強度、安全性、防水、保溫等BIPV 產品性能的驗收標準；盡快修訂發布 BIPV 定額標準；在規劃設計階段，要求新建項目強制采用光伏材料產品；積極探討制定裝配式、信息化、AI 設計等智能化的建造規范。同時，重視“光儲直柔”的重要作用[8]，制定強制性標準，推進“光伏一體化”向“光儲一體化”的轉變，在BIPV產業上形成發電、儲能、輸送和應用的融合發展，以及在“發儲輸用”各環節產業鏈上形成完整的生態鏈閉環。

5.4 探索多元化商業模式

探討成立光伏和建筑合并的總承包企業，實行BIPV 建設總承包模式（EPC），即項目的設計、采購、施工由總承包方負責，但對應的投資建設模式可靈活多樣。如，可以由業主方投資，總承包方提供包含項目申報、設計、施工、并網等全方位的EPC 服務，電站產生收益歸投資方所有。目前，天合光能正在嘗試運用合同能源管理模式，由投資方與用戶共享BIPV 項目的收益，即公司投資擁用BIPV 項目產權，項目所發電量給予電價優惠優先供業主使用，或支付租金。另外，還可探索利用“碳信用”價值和可交易性在相關市場開發BIPV 融資交易的新模式，讓BIPV 項目充分利用碳權的價值和可交易性在相關市場開發融資交易。

5.5 制定用戶端管理制度鼓勵配備儲能

盡快制定BIPV 用戶端管理保障制度[9]，明確BIPV 項目申請主體和管理責任，明確投資方與用戶的權屬關系和利益分配原則，明確工程質量維修和使用安全細則，落實政府補貼政策，完善居民滿意度調查和回訪工作等。加強基層管理部門聯動，做好BIPV 項目建設的全過程服務，如常州市金壇區在BIPV項目立項、規劃審批設立綠色通道等一站式服務，在項目報建和審圖階段設立容缺受理機制，不僅極大地簡化了建設流程，也保障了各項BIPV 項目的順利實施與穩定運營。重視BIP 項目運營階段電網消納問題，鼓勵項目配建儲能電站或引導社會資本投資新型儲能項目，如蜂巢能源BIPV 屋頂項目場地內共設置15 臺儲能電池艙、2 臺PCS 艙、2 臺箱變艙、1 座電氣配置室，完整的發電、儲能和并網送電系統，不僅緩解了地方電網調峰壓力，還推進了BIPV 在常州市電力調峰及可再生能源并網中的應用。

6 結束語

綜上所述，政策的指導與支持下，BIPV市場前景十分廣闊。BIPV 項目綠色環保、經濟節能、節約用地、建筑美觀等優點將被廣泛認可；新材料、新工藝、新技術的運用可使投資運營成本進一步降低；新型投融資與建造模式可使BIPV 項目更具備商業價值。因此，在“雙碳”目標的持續推進下，我國的BIPV 產業規模和質量必將走在世界前列。但目前還需清醒地認識到，BIPV 屬于新生產業，其市場認可度、應用場景深度、投資熱度還有待提升，急需通過政策引領、技術創新、強化標準、優化管理、創新模式等措施來實現BIPV 的可持續發展。相信，隨著綠色建筑和“零碳”建筑的大面積應用，BIPV 一定會促進我國建筑產業實現能源、建筑、環境的協調發展。

參考文獻

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[9] 孫瑞鴻，周盛世，李龍.“雙碳”背景下光伏建筑一體化發展影響因素分析[J].湖南工業大學學報，2023，37（2）：65-71.

作者簡介

李曉波（1986—），男，漢族，江蘇常州人，高級工程師，碩士，研究方向為建筑節能、綠色建筑。

林改（1976—），男，漢族，江蘇常州人，正高級工程師，碩士，研究方向為新型綠色建材。

李靜（1982—），女，漢族，湖北武漢人，高級工程師，碩士，研究方向為太陽能電池、光伏組件。

加工編輯：馮為為

收稿日期：2024-07-22