中国建筑分布式光伏利用现状及未来趋势分析

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　　摘要：我国太阳能光伏利用主要为地面光伏电站和分布式光伏两种，地面电站所占份额达到70%，主要分布在西北太阳能资源丰富区域，而分布式光伏主要分布在中东经济发达、用能需求大的地区，是未来光伏的主要发展趋势;本文分析中国建筑光伏分布式利用现状，并探究其未来发展趋势。

　　关键词：地面光伏电站;分布式光伏;光伏建筑一体化

　　现代化社会中，人们对舒适的建筑环境的追求越来越高，导致建筑采暖和空调的能耗日益增长。在发达国家，建筑用能已占全国总能耗的30%-40%，对经济发展形成了一定的制约作用，节能减排、绿色发展、开发利用各种可再生能源已成为世界各国的发展战略。

　　太阳能属于可再生能源的一种，具有清洁无污染、可再生等特点，因此成为目前人类所知可利用的最佳能源选择。自上世纪五十年代美国贝尔实验室三位科学家研制成功单晶硅电池以来，光伏电池技术经过不断改进与发展，目前已经形成一套完整而成熟的技术。随着全球可持续发展战略的实施，该技术得到了许多国家政府的大力支持，在全球范围内广泛使用。尤其在二十一世纪，光伏产业以令世人惊叹的速度向前发展。

　　光伏建筑一体化(简称BIPV（词条“BIPV”由行业大百科提供）)是与新建筑物同时设计、同时施工和同时安装并与建筑形成完美结合的光伏发电系统，是建筑物必不可少的一部分，既发挥建筑材料的功能(如遮风、挡雨、隔热（词条“隔热”由行业大百科提供）等)，又具备发电的功能，使建筑物成为绿色建筑。这与附着在建筑物上的太阳能光伏发电系统(简称BAPV)不同，BIPV的电池作为建筑物外部结构的一部分，既具有发电功能又具有建筑材料的功能，BAPV为依附于建筑的太阳能光伏系统（词条“太阳能光伏系统”由行业大百科提供）应用形式，实际项目以屋顶光伏电站为主，本研究统计分析的对象包含BIPV和BAPV。

　　1. 光伏建筑一体化行业现状

　　1.1.行业发展现状

　　从2015年开始至今，中国的光伏组件出货量以及新增和累计光伏装机容量继续保持全球双料第一位置。截至2019年底，累计并网量达到204.30GW，同比增长17.3%;全年光伏发电量2243亿千瓦时，同比增长26.3%[1]。从国家能源局取得数据，历年来光伏的装机容量数据如表1所示：

表1 历年光伏装机容量表

　　在能源局统计的“分布式光伏”应用中，截至2019年底，国内光伏累计装机204.3GW，包括141.67GW集中式电站、62.63GW分布式电站。“分布式光伏”中估计有50%在建筑中安装，也就是2019年约6GW为建筑光伏系统，截止2019年累计约30GW为建筑光伏系统。

　　1.2.应用成本分析

　　近10年，光伏组件与传统的光伏系统的价格降低了近80%，标准光伏组件甚至降到了1.5元/瓦，不到300元/m2。这就加大了光伏组件集成到其他产品(如建筑构件)中的可能性，光伏的度电成本已经实现用户侧全面平价，揭示了光伏能源与建筑结合具有巨大的技术和经济潜力。

　　光伏建筑一体化的大部分潜力仍未被利用，主要是因为标准化的产品还无法满足各种建筑性能要求，设备或者工艺的局限性还无法为建筑师提供更大设计自由度的创新光伏建筑一体化产品，如颜色、感官、尺寸、透光率等。因此光伏建筑一体化系统大部分设计都需要进行“光伏组件”到“光伏构件（词条“构件”由行业大百科提供）”的二次加工，非标产品的定制大大增加了系统使用成本，因此未来在该领域需要进一步突破，进行技术革新、降低二次加工成本、产品标准化、加强产业链整合与创新。

　　展望十四五，BIPV造价从最初的280元/瓦下降到当前市场的5-6元/瓦，未来有望再下降一半到2-3元/瓦。按照每平方米晶硅150瓦，也即每平米300-450元，而常规屋顶造价基本在100-150元，相当于晶硅造价的1/3，晶硅每平方米每年发电180度电，收入100元，这样2-3年收回投资;因此可以进入普及期。

　　2.建筑光伏系统发展潜力分析

　　有多少建筑围护面积可用于安装光伏系统，是本文分析的基础数据，本文拟从建筑面积的估算比例来分析各省的建筑资源条件，从而对建筑光伏系统可安装容量进行分析。

　　2016年，全国建筑总面积达到634.87亿平方米，其中公共建筑面积约115.06亿平方米，占比18.12%;城镇居住建筑面积278.64亿平方米，占比43.89%;农村居住建筑241.17亿平方米，占比37.99%[9]。假设建筑屋顶面积平均占建筑面积的15%，南立面面积也占建筑面积的15%，屋面可安装光伏比例系数取20%，南墙可安装光伏比例系数取20%。截至2016年，可利用的南墙和屋面面积为190.46亿平方米，按照可用面积的20%用于安装光伏系统计算，届时可安装光伏的建筑面积约为38亿平方米。根据屋面安装120W/m2、南墙安装80W/m2光伏系统进行计算，2016年建筑光伏最大装机容量可高达380GW，光伏建筑一体化发展空间巨大。

　　3.建筑光伏系统发展中长期预测

　　已知至2016年，中国的建筑光伏系统的最大装机容量，以此为数据分析的基数，综合考虑建筑逐年增量面积、减量面积、各省太阳能资源(w1)、各省经济强度(w2)、各省建筑能耗强度(w3)、和各省政策力度(w4)，对未来2025-2050年的建筑光伏系统的发展进行预测。

　　建筑光伏的发展潜力不能单纯的用某一数据来评价，发展潜力与气象资源、经济发达程度、建筑能耗强度、政策扶持力度等息息相关。综合各项影响因素，XX年建筑光伏系统最大安装量=M*w1*w2*w3*w4

　　(1)最大发展潜力(M)

　　取南墙和屋面光伏可安装量作为该地区最大发展潜力(M);

　　(2)太阳能资源(w1)

　　因各省的可能存在跨越几个气象资源区域，因此系数取为省会所在城市的气象资源计算系数，气象资源系数(w1)取值0.2~1，最好的一类地区年辐射量1855-2333kWh，资源系数为1，最差的五类地区年辐射量928-1163kWh，系数为0.2。

　　(3)经济强度(w2)

　　经济强度(w2)取值0.85~1，人均GDP最高省份为北京118198元/年，系数为1，最低为甘肃27463元/年，系数为0.85。

　　(4)建筑能耗强度(w3)

　　建筑能耗强度与所属气候区域、经济发达程度、主导产业均有较大关系，建筑能耗强度系数(w3)取值0.8~1，单位面积建筑能耗最高省份为北京33kgce/m2.a，系数为1，最低江西、广西、云南省5kgce/ m2.a，系数为0.83。

　　太阳能资源(w1)、经济强度(w2)、建筑能耗强度(w3)等系数取值见表2。

　　(5)政策力度(w4)

　　政府政策力度系数(w4)取值0~1，政府逐年加强对光伏建筑一体化的扶持力度，系数取值以五年一个周期递增，到2050年政策力度达到最大。2020年暂定各省市取值一样，政策力度系数取值为0.05;2025年-2050年各省份政策力度系数取值，以北京、上海、浙江、江苏、江西、山东等省市对政策的敏感度较高，响应速度快，其取值为第一个梯度，其他省市为第二梯度，故w4总体取值见表3。

表2太阳能资源(w1)、经济强度(w2)、建筑能耗强度(w3)等系数取值表

表3 2025年-2050年各省份政策力度系数(w4)取值表

　　根据预测模型和各系数的取值预测见表4-表6：

表4 2025-2050年中国各省市建筑光伏系统最大可安装容量预估表

表5 2025-2050年中国各省市建筑光伏系统发展潜力预测表

　　4.行业发展策略研究

　　近年来，光伏建筑一体化作为一种新兴的光伏应用场景，在全球范围内受到越来越多的关注，在建筑行业和光伏行业中也有越来越多的企业进行光伏建筑一体化业务布局，但新兴事物的成长总会伴随着一系列问题，光伏建筑一体化同样如此。目前我国光伏建筑一体化项目存在的问题大致可归纳为以下几方面：政策影响、发展路线、行业标准及光伏和建筑两个行业的融合度。为推动可再生能源在建筑领域规模化高水平应用，促进我国光伏建筑一体化产业快速健康发展，可以考虑从以下几个方面来快速推进行业的发展：

　　(1)政策层面：鼓励建筑规划、设计时，在满足建筑功能和安全条件下优先考虑光伏材料。可参考绿色建筑行业的鼓励政策通过容积率优惠、不限购、不限价等优惠措施让开发商有动力。

　　(2)标准层面：推进完善光伏建筑一体化国家标准体系，以便于新建光伏建筑一体化项目能够顺利通过建筑验收。

　　(3)经济层面：对光伏建筑一体化形式给予适当的专项投资补贴，对于新建或改造建筑使用符合国家标准的光伏建筑一体化产品，国家验收合格后依据安装面积给予一次性投资补贴。通过对超低能耗、近(净)零能耗建筑的补贴间接鼓励采用光伏建筑一体化技术。

　　(4)其他层面：制定强制性推广措施，要求片区内一定比例新建筑规划中，强制性采用光伏一体化产品，或者强制性规定新建筑耗能必须实现一定比例能源自给。

　　5.结论

　　(1)目前我国的光伏电站主要以地面电站为主，占到总装机量的70%，主要分布在甘肃、青海、内蒙等太阳能资源丰富的西北地区，而我国分布式光伏发电主要集中在浙江、江苏、山东等经济发达、用能集中的中东地区。

　　(2)随着我国光伏发展策略的调整以及西北地区日益加重的弃光现象，大型地面电站的建设将受到影响，分布式光伏所占份额将得到提高，特别是在经济发达地区，是未来光伏利用的主要形式。

　　(3)随着国家大力推动光伏建筑一体化产业，并出台相关扶持政策，光伏建筑一体化产业将迎来高速发展，到2025年，全国光伏建筑一体化系统可安装容量预估可达到35GW，按每瓦3元计算，十四五可预测的市场规模将超千亿元。

　　参考文献

　　[1] 王文静,王斯成.我国分布式光伏发电的现状与展望[J].中国科学院院刊, 2016(2):165-172.

　　[2] 国家可再生能源中心.2014中国可再生能源产业发展报告[R].北京:中国环境出版社.

　　[3] 侯恩哲.《中国建筑能耗研究报告(2017)》概述[J].建筑节能,2017,45(12):131.

　　[4] .2018中国建筑能耗研究报告[J].建筑,2019(02):26-31.

　　[5] .2019中国建筑能耗研究报告[J].建筑,2020(07):30-39.

　　[6] 国家统计局.中国统计年鉴-2019[J].北京：中国统计出版社，2020.

作者单位：珠海兴业绿色建筑科技有限公司