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建筑立面光伏潜力长期被低估：中国十个特大城市BIPV潜力评估分析

发布时间：

2025-04-22 00:00

建筑立面光伏潜力长期被低估：中国十个特大城市BIPV潜力评估分析

随着全球对可持续发展和碳中和目标的追求，太阳能作为一种清洁、可再生的能源形式，正受到前所未有的关注。在中国，随着城市化进程的加速和能源需求的不断增长，建筑光伏一体化（BIPV）系统作为一种高效的太阳能利用方式，正逐渐成为解决城市能源问题的重要途径。

论文图解摘要

近日，南方科技大学环境科学与工程学院叶斌团队在工程技术领域顶刊Applied Energy期刊上发表了题为“Energy-economy-environment evaluation of building-integrated photovoltaic considering facade factors for representative megacities in China”的研究论文。该研究开发了一个建筑光伏一体化系统（BIPV）节能降碳综合评估模型，评估了中国代表性气候区域十个特大城市太阳能资源禀赋和BIPV的节能降碳潜力。该研究采用多维图像和三维建筑足迹的方法创新性的对建筑侧立面光伏系统的发电潜力进行了评估。此外，还探讨了建筑光伏一体化系统与电动汽车的耦合互联，以评估电动汽车在降低电网峰谷差方面的作用。

复制下方论文链接至浏览器访问或点击文末“阅读原文”，即可查看论文：

https://authors.elsevier.com/a/1ks0t15eifFubw

本文基于南方科技大学环境科学与工程学院叶斌团队在Applied Energy期刊上发表的研究论文，对中国十个特大城市BIPV的潜力进行了深入评估分析，旨在为行业从业者提供有价值的参考和启发。

研究框架图

中国作为全球最大的能源消费国之一，面临着巨大的碳减排压力。为了应对这一挑战，中国政府提出了一系列气候缓解路径，旨在通过推广可再生能源来逐步转变能源结构。BIPV系统作为一种将光伏发电与建筑相结合的创新模式，不仅能够提供清洁的电力供应，还能有效降低建筑能耗和碳排放。然而，由于不同城市的地理位置、气候条件、建筑类型等因素的差异，BIPV系统的发电潜力存在显著差异。因此，本研究旨在通过多维图像和三维建筑足迹的方法，对中国十个代表性气候区域的特大城市BIPV潜力进行全面评估，为城市规划者和决策者提供科学依据。

研究显示，十大城市屋顶光伏（RPV）年均发电潜力达14.19 TWh（拉萨）至108.92 TWh（上海），可覆盖城市电力需求的29.1%-63.2%。其中，高纬度城市（如哈尔滨、乌鲁木齐）通过优化屋顶倾角（平均提升辐照吸收24.8%），显著提升发电效率。例如，哈尔滨RPV系统可满足43.6%的本地电力需求，成为北方城市能源自给的重要选项。

太阳辐射值低于每个表面上BIPV的最佳安装表面

建筑立面光伏（FPV）的潜力长期被低估。研究表明，南向立面因辐照强度高（平均978.8 kWh/m²/年），发电效率接近RPV的60%-80%。以北京为例，其高层建筑密集，南向FPV面积占比达25%，年发电量可提升59.77%。然而，北向立面因辐照不足（平均454.5 kWh/m²/年）经济性较差，需结合建筑形态优化布局。

因气候区差异，需因地制宜的装机策略：

严寒地区（哈尔滨）：RPV为主，冬季低角度阳光下屋顶效率最优。
夏热冬暖地区（广州）：FPV补充性强，南向立面可缓解夏季用电高峰压力。
高原地区（拉萨）：辐照强度全国最高（超2000 kWh/m²/年），但建筑密度低，需精细化开发。

随着电动汽车在各个城市的普及，其用电量占总发电量的比例在6.39%-16.46%之间。研究发现，BIPV-EV的协同作用可以显著提高建筑光伏一体化自发电的比例。以乌鲁木齐为例，电动汽车的消纳能力使分布式系统过剩电力下降了13.81%。这表明，电动汽车作为一种灵活的电力负载，可以有效吸收BIPV系统产生的富余电力，从而降低电力系统的过剩电力比率和电网回售比率。

十大城市建筑立面角面积

BIPV系统对十大城市环境碳排放的影响

从能源安全角度看，BIPV系统能够显著提高城市的可再生能源比例，减少对传统能源的依赖。从经济角度看，尽管BIPV系统的初始投资较高，但随着技术的进步和成本的降低，其经济效益逐渐显现。特别是屋顶光伏（RPV）系统和南向立面光伏系统，由于其较好的发电潜力和较低的发电成本，具有更好的经济性能。从环境角度看，BIPV系统的推广使用能够显著降低城市的碳排放强度，为实现碳中和目标做出重要贡献。

政策与技术建议：破局规模化瓶颈

政策层：强制标准与市场化激励并行

新建建筑：强制要求BIPV覆盖率（如屋顶≥50%、南向立面≥30%）。
财政工具：对FPV项目提供15%-20%的安装补贴，并试点碳积分交易。

技术层：材料创新与数字化赋能

光伏建材：开发轻量化、透光率可调的FPV产品，适配玻璃幕墙与异形建筑。
数字孪生：基于3D GIS模型，模拟不同气候区的BIPV发电效能，优化装机方案。

BIPV的规模化应用不仅依赖技术进步，更需政策、市场与城市规划的联动。十大城市的分析表明，RPV是当前经济性最优选择，而FPV的潜力释放需结合建筑设计与材料创新。未来，通过“BIPV+EV+智能电网”的生态构建，中国特大城市有望率先实现“零碳建筑”目标，为全球高密度城市能源转型提供范本。

信息来源：Applied Energy

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