光伏建筑一体化产业现状分析与发展研究

摘要：光伏建筑一体化（BIPV）在构建绿色建筑标准体系与打造低碳、零碳建筑的过程中发挥着非常关键的作用，因此在“双碳”目标下，探讨BIPV 技术在建筑行业的应用和推广策略，对减少建筑碳排放量和促进绿色建筑可持续发展具有重要意义。以江苏省常州市现有BIPV 项目为例，先通过调查研究充分发掘BIPV 产业发展阻力，再针对项目规模小、应用产品单一、投资意愿低、运营管理困难等问题提出优化举措，期望为调整地区能源产业结构和加快绿色低碳发展提供参考和依据，以及为江苏省乃至全国BIPV 产业全面快速发展提供可行性建议。

关键词：建筑碳排放；BIPV；绿色建筑

基金项目：江苏省建设科技项目（2022ZD052）；常州市科技计划项目（CJ20220050）

随着人民生活水平的提高和国家对城镇化建设的持续推进，建筑耗能占国家总能耗的比例逐年上升，使得高比例的建筑耗能成为我国绿色低碳发展道路上急需解决的问题之一。由于光伏建筑一体化（BIPV）作为绿色建筑和“零碳”建筑能够实现的关键技术之一[1]，可将光伏发电系统与建筑物相结合，实现电力自给自足和节能减排，且光伏电池板可被集成到屋顶、外墙、窗户等建筑物的结构中，使其既能承担建筑物的结构功能又能进行光电转换，因此被认为是建筑领域低碳转型发展的理想选择，可在未来的建筑领域发挥更加重要的作用。本文以江苏省常州市为例，通过对常州BIPV 相关企业的调查研究，分析BIPV 项目全面发展阻力和行业热点问题，以期通过切实可行的建议促进BIPV 全产业链快速发展。

1 我国建筑碳排放现状

中国建筑节能协会和重庆大学联合发布的《2023 中国建筑与城市基础设施碳排放研究报告》[2] 显示，2021 年，我国房屋建筑全过程（不含基础设施建造）能耗总量为19.1亿tce，占全国能源消费的36.3%；全国房屋建筑全过程碳排放总量为40.7 亿tCO2，占全国能源相关碳排放的比重为38.2%。其中，建材生产阶段碳排放17.0 亿tCO2，占全国的比重为16.0%，占全过程碳排放的41.8%；建筑施工阶段碳排放0.7 亿tCO2，占全国的比重为0.6%，占全过程碳排放的1.6%%；建筑运行阶段碳排放23.0 亿tCO2，占全国的比重为21.6%，占全过程碳排放的56.6%。因此，如图1 所示，建筑行业已成为我国加快低碳发展和节能减排的重点领域，建筑运行阶段的碳排放量控制成为国家能否实现“双碳”目标的关键问题之一。为减小建筑运行阶段的碳排放量和满足节能减排要求，大力推进BIPV 建设、发展清洁能源至关重要。

2 政策推动与BIPV 产业发展现状

2.1 相关推动政策

近年来，为了加快建筑产业绿色低碳转型，面对建筑高能耗与高碳排放量压力，我国大力优先发展新质生产力，通过减少建筑运行阶段的碳排放量，促进建筑领域尽快实现碳达峰目标。如表1 所示，国家发展改革委、国家能源局、住房和城乡建设部等部门出台了多部政策和规划文件来指导并推动BIPV 的应用，促进建筑节能及建筑领域的低碳发展。

从表1 可知，相关政策文件均明确指出我国正在大力推进BIPV 发展。因此，在国家加快发展绿色生产力背景下，优先发展清洁能源，降低建筑运行阶段的碳排放量，全面推进BIPV 产业建设势在必行。

2.2 BIPV 产业发展现状

虽然建设BIPV 对降低我国建筑能耗与碳排放具有重大意义，但在政策指导与推动下我国的BIPV 产业整体发展依然较为缓慢。2022 年，我国的BIPV 项目总装机容量为709 MW，总安装面积为377.4 万m2，仅为全国光伏市场总装机量的1%。因此，开发难度大、设计要求高、投资回报周期长、建筑企业积极性不高等问题，导致产业发展动力不足，使得BIPV 发展面临较多瓶颈。以常州市为例，其BIPV 项目主要以光伏企业自有建筑示范为主，各企业虽已建成了单体BIPV 工程，但面积小，装机功率无法和大型光伏电站相提并论。

3 常州市BIPV 产业概况

3.1 发展环境与政策背景

常州市是光伏大市，地处长三角中心位置，全年光照充足，工业发达，建筑类型丰富，有较好的环境资源，汇聚了天合光能、常州亚玛顿、东方日升、亿晶光电、江苏中信博等一大批国内外知名新能源企业，BIPV 产业背景丰富。同时，常州市工业制造基础雄厚，相关技术人员储备充足，有深厚的技术依托，且市政府大力支持绿色建筑发展、BIPV 产业发展，在环境资源、产业背景、技术依托等方面为发展BIPV 奠定了良好基础，其中武进区绿色建筑产业集聚示范区是全国首家 “绿色建筑产业集聚示范区”，有很好的BIPV 产业发展政策保障。另外，常州市金坛区计划到2025 年，全区屋顶分布式光伏新增装机量达到450 MW 左右，年发电量约6 亿kWh；钟楼区力争到2025 年，全区90% 以上的新建建筑安装光伏发电系统，建筑领域光伏装机容量占光伏并网总容量的60% 以上。

3.2 BIPV 产品与项目

目前， 常州市各大光伏企业纷纷布局BIPV 市场，在新产品研发、应用场景拓展、智能建造、工艺创新上均已取得了一定成果。研究通过深入企业调查获取产品（项目）的应用案例和详细参数，分析BIPV 产业发展的现状。常州市各大企业代表性的BIPV 产品和项目如表2 所示。

3.3 建设现状与发展趋势

研究发现，常州市BIPV 项目建设还处于试点和推广阶段，已建成项目主要以试点工程和光伏企业自有建筑BIPV 示范项目为主，且光伏企业在BIPV 项目建设中占主导地位。不过，尽管常州市BIPV 项目还未开始大面积建设，但当地光伏企业已经开始为BIPV 项目能实现产业化全面发展做出了积极响应，如有的光伏企业已经在厂区建立起自有的BIPV示范项目，有的光伏企业已经成功研发多款新型光伏建筑一体化材料，有的光伏企业已经着手BIPV 行业标准编制。由此可见，多元化将是常州市BIPV 产业发展的必然态势。

4 常州市BIPV 产业发展存在的问题

虽然常州市BIPV 产业迅速兴起，政府也出台了若干政策支持，但是总体看来其商业化、规模化、一体化程度仍然不高，装机总量仅占光伏应用的1%～3%。因此，通过对产业发展环境、政策背景、项目产品、相关人员调查分析后，总结归纳出制约BIPV 产业发展的5 项主要问题。

4.1 项目形式与材料产品单一

常州市光伏企业虽均已经开始布局和参与BIPV 项目建设，但项目建设形式较为单一，基本上为工商业屋顶BIPV 项目。以常州市各大光伏企业代表性的BIPV 项目为例，天合光能9.8 MW-BIPV 光伏电站项目、亿晶光电18MW-BIPV 工商业屋顶光伏项目、江苏中信博金坛11 MW-BIPV 工商业屋顶光伏项目等，都是光伏企业自有工业厂房屋面彩钢瓦替换为光伏组件的项目，建造形式单一，且权属、投资、收益都归光伏企业独立所有，不适合作为市场化的项目案例去推广。同时，调查发现，常州市的BIPV 产品生产主要集中在各区光伏产业园内，同类企业汇聚虽然能带来产业集群效益，但是企业间相互参照，容易导致同类BIPV 产品同时出现，如天合光能的“天能瓦”、东方日升的“超能顶”、亿晶光电的“星辰顶”，产品技术路线差异性不大，易出现重复投入和产品同质化现象，造成产品核心竞争力缺失。

4.2 项目一体化设计水平较低

光伏组件结构和色彩单一，需要水平较高的设计师来解决BIPV 建筑美学和环境协调问题，是常州市BIPV 建筑设计现存的难题之一。据调查，目前常州市的BIPV 建筑设计水平普遍不高，设计任务主要集中在少数设计单位中，只有约1/5 的设计单位参与过BIPV 项目，1/4 的建筑设计人员参与过具体的BIPV 项目设计。这些情况说明常州市大部分专业设计人员还未接触过BIPV 项目设计，导致专业人员缺乏设计经验和灵感交流难以提供优秀的设计方案，不利于BIPV 设计水平的提高和典型案例的推广。

4.3 行业标准规范未切实落地

目前，国家虽已出台了一些关于BIPV 的技术规范，但针对BIPV 的产品、设计、施工、建筑等方面的国家标准、行业标准规范、建筑标准图集等仍有缺失，不利于市场的进一步发展[3]。根据调查反馈，常州市BIPV 建设主要参考应用的标准规范为《建筑光伏系统应用技术标准》《建筑光伏幕墙采光顶检测方法》《太阳能光伏玻璃幕墙电气设计规范》，且参考应用的标准规范大多侧重于光伏组件产品的安装和建造，忽略了光伏组件与建筑一体化的协同程度，导致相关标准很难在项目建设的全过程管理中起到指导和规范作用。

4.4 产业可持续发展动力不足

BIPV 项目建设成本高、投资回报周期长[4]，导致建筑企业投资意愿降低，各大资本对项目的投资热度不高。常州市的BIPV 项目建设成本在1600～5000 元/m2，且不包括运营和维护的成本，投资回报期为10～15 a。同时，受常州市的BIPV 建设市场活力不足影响，相对应的激励机制力度欠缺，使得光伏企业对工程建设环节缺乏全过程认识，以及建筑企业对“碳交易”“碳税”等市场手段认知度不高，因此导致BIPV 产业可持续发展动力不足。

4.5 项目运营管理难度大

BIPV 是光伏与建筑的融合，在具备太阳能发电功能的同时，也兼具良好的防水、防火、耐腐蚀、保温等性能，因此BIPV 项目的维护管理要求高、难度大、影响因素多。如，常州市已建成的部分BIPV 项目，由于过高的维护管理成本，大多项目被闲置且出现组件和设备损坏现象。同时，在项目运营管理阶段，用户最为关心的出资集资问题、权属与收益分配问题、既有建筑安装问题、政府补贴问题，也对BIPV 的推广应用与产业发展产生了较大阻碍。另外，BIPV 项目立项申请、施工建造、运营维护、电网消纳等问题，也对BIPV 项目的运营管理产生了负面影响，急需相关管理部门解决。

5 BIPV 产业发展策略

针对常州市BIPV 产业发展过程中存在的建设形式、材料产品、设计水平、规范标准、投资运营、维护管理等问题，从鼓励多元化的BIPV 项目和产品、融入数字技术提升设计水平、制定智能建造规范丰富行业标准、探索多元化商业模式、制定用户端管理制度鼓励配备储能5 个方面提出BIPV 产业发展策略。

5.1 鼓励多元化的BIPV 项目和产品

首先，积极有序地推进BIPV 项目建设，以常州市内分布式光伏开发试点为契机，加大对项目的引导和投入。其次，依据常州市出台的《关于加快推动绿色低碳循环发展专项行动方案》，丰富BIPV 项目建筑形式，除了工商业屋顶BIPV 项目外，还应鼓励新建公共机构建筑、新建住宅、既有公共建筑等加装太阳能光伏系统[5]，如常州市博物馆、中吴宾馆、政务中心等代表性建筑均完成了新型“光储充放”BIPV 系统的加装，都是集光伏发电、新能源充电、智能管理于一体的智慧示范项目，其中政务中心项目占地面积1300 m2，日均发电量350 kWh，建设充电桩容量1227 kW，可同时满足43 辆新能源汽车充电。最后，大力支持光伏企业对新型BIPV 产品的研发与推广，依托本地光伏企业多且研发能力强的优势，鼓励企业自主创新与差异化发展，并推动BIPV产品互补性研究。

5.2 融入数字技术提升设计水平

在设计美学与建筑功能方面，重视BIPV建筑设计与光伏组件设计协调美观[6][7]。常州市直溪光伏小镇BIPV 项目的设计，就充分考虑了与周边建筑群和环境的融合。该项目采用了54 片最新的异质结410 Wp 组件，其中主要包括210 无主栅超薄化异质结电池，无主栅线的电池片颜色使得建筑外立面更加协调统一。光伏屋顶与幕墙的一体化设计充分考虑了光伏组件的颜色、板块大小及倾斜角度等设计元素，确定建筑的造型、材质、外立面色调等，使光伏组件与建筑构件巧妙融合，建筑美学效果大大提高。同时，该项目在设计过程中还应用了BIM 技术、AI 技术等数字技术，构建完整的虚拟模型，不仅能展现BIPV 的建筑美学特点，还能表达日照变化、光电转换、热传导途径等信息。因此，常州市应鼓励各大设计单位积极参与BIPV 项目设计，促进各设计单位交流与经验分享，推广BIPV 项目设计理念与具体做法，提高BIPV 项目设计评优评先比例，让更多优秀的设计单位加入到BIPV 项目建设中，推动 BIPV 设计水平的整体提高。

5.3 制定智能建造规范丰富行业标准

进一步完善BIPV 行业标准化工作，尽快落实BIPV 统一标准规范。如，加快修订与完善 BIPV 标准；尽快出台关于材料强度、安全性、防水、保温等BIPV 产品性能的验收标准；尽快修订发布 BIPV 定额标准；在规划设计阶段，要求新建项目强制采用光伏材料产品；积极探讨制定装配式、信息化、AI 设计等智能化的建造规范。同时，重视“光储直柔”的重要作用[8]，制定强制性标准，推进“光伏一体化”向“光储一体化”的转变，在BIPV产业上形成发电、储能、输送和应用的融合发展，以及在“发储输用”各环节产业链上形成完整的生态链闭环。

5.4 探索多元化商业模式

探讨成立光伏和建筑合并的总承包企业，实行BIPV 建设总承包模式（EPC），即项目的设计、采购、施工由总承包方负责，但对应的投资建设模式可灵活多样。如，可以由业主方投资，总承包方提供包含项目申报、设计、施工、并网等全方位的EPC 服务，电站产生收益归投资方所有。目前，天合光能正在尝试运用合同能源管理模式，由投资方与用户共享BIPV 项目的收益，即公司投资拥用BIPV 项目产权，项目所发电量给予电价优惠优先供业主使用，或支付租金。另外，还可探索利用“碳信用”价值和可交易性在相关市场开发BIPV 融资交易的新模式，让BIPV 项目充分利用碳权的价值和可交易性在相关市场开发融资交易。

5.5 制定用户端管理制度鼓励配备储能

尽快制定BIPV 用户端管理保障制度[9]，明确BIPV 项目申请主体和管理责任，明确投资方与用户的权属关系和利益分配原则，明确工程质量维修和使用安全细则，落实政府补贴政策，完善居民满意度调查和回访工作等。加强基层管理部门联动，做好BIPV 项目建设的全过程服务，如常州市金坛区在BIPV项目立项、规划审批设立绿色通道等一站式服务，在项目报建和审图阶段设立容缺受理机制，不仅极大地简化了建设流程，也保障了各项BIPV 项目的顺利实施与稳定运营。重视BIP 项目运营阶段电网消纳问题，鼓励项目配建储能电站或引导社会资本投资新型储能项目，如蜂巢能源BIPV 屋顶项目场地内共设置15 台储能电池舱、2 台PCS 舱、2 台箱变舱、1 座电气配置室，完整的发电、储能和并网送电系统，不仅缓解了地方电网调峰压力，还推进了BIPV 在常州市电力调峰及可再生能源并网中的应用。

6 结束语

综上所述，政策的指导与支持下，BIPV市场前景十分广阔。BIPV 项目绿色环保、经济节能、节约用地、建筑美观等优点将被广泛认可；新材料、新工艺、新技术的运用可使投资运营成本进一步降低；新型投融资与建造模式可使BIPV 项目更具备商业价值。因此，在“双碳”目标的持续推进下，我国的BIPV 产业规模和质量必将走在世界前列。但目前还需清醒地认识到，BIPV 属于新生产业，其市场认可度、应用场景深度、投资热度还有待提升，急需通过政策引领、技术创新、强化标准、优化管理、创新模式等措施来实现BIPV 的可持续发展。相信，随着绿色建筑和“零碳”建筑的大面积应用，BIPV 一定会促进我国建筑产业实现能源、建筑、环境的协调发展。

参考文献

[1] 高明.光伏建筑一体化的关键技术分析[J].城市建筑，2023，20（10）：176-179，184.

[2] 中国建筑节能协会，重庆大学.2023中国建筑与城市基础设施碳排放研究报告[R/OL].（2023-12-27）[2024-07-18].http：//www.jzlj.org.cn/Item/Show.asp？m=1amp;d=9737.

[3] 黄心雨，陈稳.光伏建筑一体化（BIPV）应用现状与发展前景[J].土木工程与管理学报，2022，39（3）：160-166.

[4] 任小玲，周逸铖，杨晨旭.光伏建筑一体化应用及经济效益分析[J].建筑经济，2022，43（S1）：975-978.

[5] 马才，向宴德，马元.“双碳”背景下BIPV的应用与探索[J].太阳能，2024（2）：5-10.

[6] 张强.光伏建筑一体化设计与实现研究[J].光源与照明，2024（2）：115-117.

[7] 谭志昆.光伏建筑一体化光伏系统设计探讨[J].建筑电气，2022，41（10）：31-36.

[8] 房建军.光储直柔在整县光伏开发中的应用分析[J].建筑节能（中英文），2024，52（1）：120-123.

[9] 孙瑞鸿，周盛世，李龙.“双碳”背景下光伏建筑一体化发展影响因素分析[J].湖南工业大学学报，2023，37（2）：65-71.

作者简介

李晓波（1986—），男，汉族，江苏常州人，高级工程师，硕士，研究方向为建筑节能、绿色建筑。

林改（1976—），男，汉族，江苏常州人，正高级工程师，硕士，研究方向为新型绿色建材。

李静（1982—），女，汉族，湖北武汉人，高级工程师，硕士，研究方向为太阳能电池、光伏组件。

加工编辑：冯为为

收稿日期：2024-07-22