光電建筑

阮祥林

光電建筑對于建筑行業的從業者來說，并不是一個陌生的事物，或多或少大家都見到過一些光伏與建筑的結合。敏感的人更能覺察到，似乎這兩年關于光電建筑的討論越來越多，甚至一些幕墻企業也已經開始接觸光伏幕墻工程了。而國內知名的光伏企業例如漢能、英利的身影開始頻繁地出現在各種建筑論壇上，但更多的人并不知道這其中的緣由。

其實答案很簡單，光伏行業變天了。從2018年5月31日之后，國家對于光伏補貼政策進行了調整，光伏的財政補貼加速退坡，在近一兩年內貼補將會徹底取消。由于這項政策的調整，光伏將不再依靠國家的補貼發展，而要靠市場來發展。大家之所以看好光電建筑，是因為在無補貼之后，建筑將成為光伏應用最有利的市場。也正是這股力量，不斷驅使著光伏向建筑靠攏。

光伏應用的發端

一提到光伏，大多數人腦海里浮現出的是西北荒漠中如同汪洋大海一樣廣闊的光伏組件。這種聯想是符合實際情況的，因為在我國地面光伏電站確實是光伏應用的主要形式，但這卻并不是我國發展光伏的初衷。

發展光伏原本是希望在建筑上應用，以解決建筑節能的問題，因為光伏最符合分布式的發電特征。分布式發電是指在用電場所或附近建設的電源系統，社會上的用電負荷基本都在建筑里，在建筑上安裝光伏系統，其電力可以即發即用。世界上光 伏發展最早的德國，80%的光伏裝機量都是在居民住宅的屋頂。

我們可以回顧一下光伏應用的發展歷程，2009年之前，我國的光伏組件主要是向歐美國家出口，和我國其他產品一樣，憑借著物美價廉，我國的光伏組件快速占領了歐美市場，市場份額達到了90%。2008年之后，歐美一些國家開始對中國光伏組件實行反傾銷，給我國的光伏行業發展帶來了巨大的沖擊。光伏作為一種可再生新能源，擁有廣闊的前景，發展光伏是當前世界各國為應對能源危機而采取的主要措施之一，而我國又面臨著居高不下的能源消耗問題和碳排放問題，于是政府有意識讓出口受阻的光伏轉而在國內發展，同時寄希望它能解決建筑能耗問題。

當時國家希望通過光伏在建筑上的應用解決建筑節能的問題。眾所周知，建筑一直是能耗大戶，我國的社會總能耗有40%是建筑能耗。如果光伏與建筑的結合能減少這一能耗，將極大地緩解我國節能減排的壓力。正是出于這種期望，中央財政通過發改委和住建部兩個渠道給予補貼，這在各個行業中都是很少見的，而且補貼的力度前所未有，初期每瓦補貼20元。2009 年3 月23 日， 財政部、住房和城鄉建設部聯合發布了《關于加快推進太陽能光電建筑應用的實施意見》。文件提出，到2010年，要在經濟較發達、現代化水平較高的大中城市，建成1000 個屋頂光伏發電項目;要通過示范工程，啟動國內光電建筑應用市場。同年9月，中國建筑金屬結構協會成立了光電建筑構件應用委員會，配合住房城鄉建設部這一工作，在全國推廣光電建筑示范項目。

轉向西部荒野

光伏應用初起時，因成本比較高，導致電價大幅高于火力發電、水力發電等，所以市場無法驅動行業發展。為了解決這個問題，國家希望通過財政補貼，使其與常規電價基本一致。這里需要提到的是發改委能源局為了推動光伏應用，實施了金太陽示范工程，最初也是希望在建筑上推動光伏的應用。后來經過一段時間的摸索，發現光伏在建筑上應用較在地面應用受到的約束條件較多，且發展速度較慢。首先是缺少大面積平整的屋面;其次是不能影響建筑原有功能;第三是要征得建筑業主的同意。

在光電建筑發展初期，工業廠房屋頂附加安裝光伏組件的形式占了主流，一是作為載體的建筑都是既有建筑，二是施工安裝比較簡單。但是這種形式仍然存在一些問題，比如附加的光伏組件既要與屋面結構牢固連接，又要避免破壞屋面原有的防水層和保溫層，結果在實踐中許多項目采用混凝土墩壓住光伏支架的方式，這種方式雖然沒有破壞屋面的防水層，但是光伏組件沒有與屋面結構牢固連接，為了抗風荷載，混凝土墩加大了屋面的自重荷載。再有，工業廠房在設計時，多采用大跨度輕型鋼結構金屬板屋面，在安裝了光伏組件之后，如果不對屋面結構進行加固，那么原來的荷載余量就被占用了，安全隱患也會相應增加。普通光伏組件的背板都是采用的復合材料，燃燒性能難以滿足屋面防火的要求，也存在安全隱患。

建筑上的光伏投資并不順利，但投資者們很快發現，建設地面光伏電站在經濟上比較合算，因為我國西部太陽輻射強、日照時間長，地廣人稀，到處是荒漠戈壁，可以大規模建設。約束條件少，建設速度快，地面光伏電站在電價補貼政策的扶持下發展得非常迅速，成本也快速下降，補貼逐年降低。實踐證明，西部地面光伏電站的建設，只用了短短幾年的時間，就使我國光伏裝機量躍居世界第一;雖然這并不是最初的目的，但在十年間光伏成本下降了90%，對世界光伏發展做出了巨大的貢獻，依舊是非常值得稱贊的光榮業績。

仍舊青睞地面

光伏補貼政策吸引了眾多社會資本的涌入。一時間，西部地面光伏電站的建設如火如荼，同時也不可避免地出現了亂象。有的投資者在獲得項目批準后，自己不做，而是將項目轉手賣給他人，擊鼓傳花，層層轉包。一個項目在被轉包了多家之后，利潤也就所剩無幾了。因此，很多殘次產品被用到了工程上，不僅工程質量無法保障，也對行業的發展造成了危害。為了防止這一現象的蔓延，2012年國家對光伏的補貼政策進行了調整，由示范項目補貼轉變為電價補貼，即通過制定光伏標桿上網電價，國家用高于脫硫燃煤的電價收購光伏電力，使光伏投資者獲得相應的補貼。

政策改變之后，雖然要求提高了很多，但投資者們對于西部地面光伏電站的熱情依舊不減，因為即使是如此，利潤空間依舊很大，假如國家電網按照每千瓦時電1元錢收購，相比較火力發電平均每千瓦時電0.3～0.4元，光伏仍然有0.6～0.7元的利潤空間，這足以讓投資者趨之若鶩。

由于西部地面光伏電站發展過快，當地又無法消納，輸電線路一時無法滿足電力外送的需要，于是出現了光伏電與火電爭搶線路的現象。火電是我國最成熟的，也是最穩定的電力，占到全部電力的70%，新興的光伏產業，雖然有政策支持，也很難與其競爭。因此，棄光限電、拖欠補貼成了制約光伏應用發展的難題。

對于投資者而言，無法將光伏所發的電上交到國家電網，不僅拿不到國家的電價補貼，就連發電所投入的成本也無法收回。雖然國家政策明確規定，對于光伏發電要全額收購，但迫于現實情況，目前很難做到。

之所以會出現這樣的矛盾，關鍵在于西部地面光伏電站遠離城市，縱然那里擁有得天獨厚的發電條件，但當地卻無法消納。于是光伏政策又進行了調整，開始由集中式發電向分布式發電調整。光伏原本就具有較強的分布式發電特征，國家在中長期發展規劃中也希望讓集中式發電和分布式發電平衡發展，但由于高漲的投資熱情，平衡被打破了，問題就出現了。但是調整政策對于分布式光伏發電并沒有明確要求一定要建在建筑上，出于之前所陳述的原因，投資者們依舊規避建筑。一時間，在許多丘陵緩坡上開始出現大量的光伏電站，在湖泊、水庫、漁塘也建起了許多水面光伏，在農業大棚，甚至田間地頭也出現了光伏應用場景。這些分布式光伏難免會與林業、種植、養殖等業態產生矛盾;這種分布式光伏依然需要輸送電力，依然不能就地消納;這樣的分布式光伏依舊熱衷于大規模。

光電建筑的回歸

我國光伏應用的發展路線沒有一味地模仿德國，而是摸著石頭過河，走出了一條自己的道路。實踐證明，經過十年的快速發展，光伏發電成本大幅降低，到2019年，光伏發電的成本已經非常接近火力發電了，甚至有些項目還能使成本低于火電。這也標志著，通過國家近十年的補貼，其目的已經達到了，光伏可以不需要政府補貼，開始具備市場競爭力了。

市場是一個行業發展的最大動力，任何行業沒有市場是無論如何也難以發展的。但接下來的路該如何走？

雖然政府補貼光伏的目的達到了，但光伏的發展并不是說其成本降低就行，降低成本只是將光伏送到了起跑線而已，接下來光伏的應用才將真正開始。目前我國光伏發電還不到總電量的3%，這遠低于國際10%的平均水平，所以光伏的發展仍然有很長的路要走。此時光伏面臨著真正的對決，它必須要去挑戰最為強大的火力發電。

光伏雖可以將成本降到每千瓦時電0.3～0.4元，但還僅是與火電的售電價格相當，光伏發電還需要有利潤，沒有利潤企業不能生存。如何尋找到較大的利潤空間？光伏應用在繞了一圈之后，終于又回到了建筑上。

建筑光伏的成本與地面光伏電站相差不大，但建筑卻是用電的場所，對于工業建筑和公共建筑而言，工商業電價在高峰期大概1元左右，平均電價也在0.7～0.8元之間。如此一來，采用“自發自用、余電上網”的建筑光伏就有了較大的利潤空間。以當前光伏的投資收益計算，通常只需要6～7年便能收回成本，投資回報率在10%以上，而如果光伏能在建筑上順利發展，成本應該還能進一步降低。

光電建筑蓄勢待發

由于國家政策的調整，如今在建筑上面應用光伏有了利潤空間。回想當初，發展光伏也是解決建筑節能的問題，這些年在建筑行業討論得最多的便是建筑節能問題，今天再談這個問題，不論是輿論環境還是現實條件都比當年要成熟得多。

過去的十年，地面光伏電站大概占總裝機量的80%，建筑光伏大概占總裝機量的20%。建筑光伏應用最多的是在工業廠房的屋面上附加，也是目前國內光電建筑應用的主流形式。其次是在農村農戶的屋頂，當時這種形式作為一種投資理財獲得了很多農戶的歡迎，一度也成為熱點。當時在一些地區，農村戶用光伏可以獲得國家、省、市三級補貼，其中最多的地區一千瓦時電售價接近2元錢。

目前光伏在公共建筑上的應用不多，所建的項目幾乎都是政府的示范項目。公共建筑在節能方面其實有很大的需求，就公共建筑而言，其實屋面并沒有多少空間來安裝光伏，通常公共建筑的樓頂都有冷凝塔、電梯間、信號塔等設備，這些設施已經占據了大部分的屋頂，沒有多少空間留給光伏。但是公共建筑的幕墻比較多，因此在公共建筑的外立面發展光伏是一個不錯的選擇，我國最早推行光電建筑并不是從屋頂開始，而是從公共建筑的幕墻開始，我國現存既有幕墻面積在16億平方米左右，如果這些幕墻有10%能光伏發電，收益將十分可觀。

經過十年的市場培育，也出現了一批專業從事建筑光伏一體化研發的企業，專業從事光伏組件建材化的研發，這些新型產品不再是簡單地將光伏組件安裝在屋頂上，而是將光伏組件做成建筑構件，例如光伏屋面板構件、光伏幕墻構件、光伏屋頂構件等。

光電建筑巨大的應用場景

一幢建筑，從耗能變為產能，給當前的建筑行業帶來一線曙光。光伏帶來的收益有望破解當前建筑行業的一些困境，例如，現在很多老舊小區改造、既有幕墻改造缺乏資金，而發生在河北滄州的一個成功案例證明了光伏具有這種可能性。

港獅小區位于河北省滄州市滄縣舊州鎮，該小區是中國石油大港油田公司上世紀90年代為解決職工住房而修建的住宅小區。多年以來，為解決小區防水，運維費用每年須投入100萬元左右，每5年左右要進行一次大修，大約需要投入300萬～400萬元。

2018年，國家電力投資公司天津分公司對港獅小區60棟住宅樓進行了“平改坡”改造，該項目采用了煙臺鼎城新能源有限公司的“高平整度光伏屋面一體化”技術，不僅徹底解決了原有建筑屋面的雨水滲漏和保溫問題，而且使投資者能夠實現較大規模的發電收益。由于有了資本的進入，所以既有建筑的節能改造才能被撬動。

“高平整度光伏屋面一體化”技術是通過光伏組件玻璃材料的憎水性、一定的屋面坡度、支承水槽構件，形成了一種剛性防水構造，不僅保持了屋面的防水功能和保溫功能，而且增加了發電功能，增強了美感。天津大港油田在采用這個方案之后，將防水難題轉移給項目投資方，大大減少了防水運維費用的支出。從投資方分析，業主支付的防水運維費用，也一定程度上提高了光伏電站的項目收益率。從實際防水效果看，經過近一年的降雨降雪考驗，小區物業管理公司未收到居民漏雨投訴。這一方案也大大提高了小區居民的居住舒適度。

2019年7月，中國建筑金屬結構協會光電建筑應用委員會對該項目進行了授牌，該項目是河北電網首例用戶端自有電網接入的光伏電站，也是迄今為止，國內采用光伏建筑一體化技術將住宅小區屋頂平改坡，建成光伏發電系統并解決屋頂防水的最大綜合型分布式光伏項目，創造了多項“第一”。

光伏不僅能直接用于改造屋面，還能用收益轉作它用。上海普陀區曹楊新村街道桂巷新村39號樓，于2019年加裝了太陽能光伏發電電梯，在投入并網運行后，不僅有望實現使用周期內的零電費，還能補貼電梯的維護保養費用。

國務院參事、住建部原副部長仇保興在一次講話中提到：在屋頂上面加蓋一個“太陽能博士帽”就能在政府不需要出錢的情況下實現既有隔熱屋又能發電的功效，有的老舊小區每平方米的改造費用達到了三四千元，比如說有的小區需要加電梯，有的加太陽能屋頂，其實這些企業都可以邀請來參與，由企業租借這些設備，不需要大量的財政投資。企業在小區加裝太陽能裝置之后，小區的居民也可以得到分成，這就是一種完全的PPP模式、合同能源管理的模式。

光電建筑的標準化發展

標準與規范是一種更科學的語言，也是一種世界性的語言，未來的發展我們將更多地用標準說話。關于建筑未來發展方向的《綠色建筑評價標準》和更進一步的《近零能耗建筑技術標準》都著重提到了光伏在建筑上的應用。

建筑一定是向著低能耗發展，建筑節能將是長期的發展目標。目前建筑節能無非是兩種形式，被動節能和可再生能源利用，現在的《綠色建筑評價標準》中，只要使用了可再生能源便能加分，如果減排還能加分，綠色創新還能再加分，也就是說只要建筑采用了光伏可再生能源，不論是在屋頂還是在外立面，便能在三個方面獲得加分。對于綠色建筑有所關注的人一定知道，自從去年評價標準修改以后，對于綠色建筑評價要求在建筑工程竣工后進行，這無疑給綠色建筑的評定帶來了難度，因此光伏作為加分項猶為重要。

去年住建部出臺了《近零能耗建筑技術標準》，與綠色建筑寬泛的概念相比，這項標準更強調通過先進的技術手段，讓建筑本身更加節能。超低能耗建筑主要還是通過門窗節能和高效保溫等被動式技術來節能，但到了零能耗建筑階段，就必須強調對于可再生能源的利用，因為建筑即使再節能也不可能一點能耗沒有，冰箱、電燈、熱水都需要使用能源，這時就需要建筑能夠自給自足。簡單地說，近零能耗建筑就是“被動房+可再生能源”，光伏無疑是首選項。

在建筑上加上光伏，不僅符合現階段對于綠色建筑的要求，還符合下一階段對于近零能耗建筑的要求。據了解，有些地方對近零能耗建筑給予補貼，有些地方還有獎勵容積率等紅利形式，這將讓開發商產生投資光伏的熱情。

如果我們再將目光放寬泛一點，不局限于建筑領域，便能注意到建筑光伏事關國家能源結構，具有戰略意義。2020年4月15日，國家能源局發布《關于做好可再生能源發展“十四五”規劃編制工作有關事項的通知》，明確了可再生能源發展“十四五”規劃編制的重點任務，其中強調統籌做好可再生能源的本地消納，并提出要優先開發當地分散式和分布式可再生能源資源，大力推進分布式可再生電力、熱力、燃氣等在用戶側直接就近利用，結合儲能、氫能等新技術，提升可再生能源在區域能源供應中的比重。

如此來看，光電建筑任重而道遠。

感謝中國建筑金屬結構協會光電建筑應用委員會對本文予以支持。