光电建筑

阮祥林

光电建筑对于建筑行业的从业者来说，并不是一个陌生的事物，或多或少大家都见到过一些光伏与建筑的结合。敏感的人更能觉察到，似乎这两年关于光电建筑的讨论越来越多，甚至一些幕墙企业也已经开始接触光伏幕墙工程了。而国内知名的光伏企业例如汉能、英利的身影开始频繁地出现在各种建筑论坛上，但更多的人并不知道这其中的缘由。

其实答案很简单，光伏行业变天了。从2018年5月31日之后，国家对于光伏补贴政策进行了调整，光伏的财政补贴加速退坡，在近一两年内贴补将会彻底取消。由于这项政策的调整，光伏将不再依靠国家的补贴发展，而要靠市场来发展。大家之所以看好光电建筑，是因为在无补贴之后，建筑将成为光伏应用最有利的市场。也正是这股力量，不断驱使着光伏向建筑靠拢。

光伏应用的发端

一提到光伏，大多数人脑海里浮现出的是西北荒漠中如同汪洋大海一样广阔的光伏组件。这种联想是符合实际情况的，因为在我国地面光伏电站确实是光伏应用的主要形式，但这却并不是我国发展光伏的初衷。

发展光伏原本是希望在建筑上应用，以解决建筑节能的问题，因为光伏最符合分布式的发电特征。分布式发电是指在用电场所或附近建设的电源系统，社会上的用电负荷基本都在建筑里，在建筑上安装光伏系统，其电力可以即发即用。世界上光 伏发展最早的德国，80%的光伏装机量都是在居民住宅的屋顶。

我们可以回顾一下光伏应用的发展历程，2009年之前，我国的光伏组件主要是向欧美国家出口，和我国其他产品一样，凭借着物美价廉，我国的光伏组件快速占领了欧美市场，市场份额达到了90%。2008年之后，欧美一些国家开始对中国光伏组件实行反倾销，给我国的光伏行业发展带来了巨大的冲击。光伏作为一种可再生新能源，拥有广阔的前景，发展光伏是当前世界各国为应对能源危机而采取的主要措施之一，而我国又面临着居高不下的能源消耗问题和碳排放问题，于是政府有意识让出口受阻的光伏转而在国内发展，同时寄希望它能解决建筑能耗问题。

当时国家希望通过光伏在建筑上的应用解决建筑节能的问题。众所周知，建筑一直是能耗大户，我国的社会总能耗有40%是建筑能耗。如果光伏与建筑的结合能减少这一能耗，将极大地缓解我国节能减排的压力。正是出于这种期望，中央财政通过发改委和住建部两个渠道给予补贴，这在各个行业中都是很少见的，而且补贴的力度前所未有，初期每瓦补贴20元。2009 年3 月23 日， 财政部、住房和城乡建设部联合发布了《关于加快推进太阳能光电建筑应用的实施意见》。文件提出，到2010年，要在经济较发达、现代化水平较高的大中城市，建成1000 个屋顶光伏发电项目;要通过示范工程，启动国内光电建筑应用市场。同年9月，中国建筑金属结构协会成立了光电建筑构件应用委员会，配合住房城乡建设部这一工作，在全国推广光电建筑示范项目。

转向西部荒野

光伏应用初起时，因成本比较高，导致电价大幅高于火力发电、水力发电等，所以市场无法驱动行业发展。为了解决这个问题，国家希望通过财政补贴，使其与常规电价基本一致。这里需要提到的是发改委能源局为了推动光伏应用，实施了金太阳示范工程，最初也是希望在建筑上推动光伏的应用。后来经过一段时间的摸索，发现光伏在建筑上应用较在地面应用受到的约束条件较多，且发展速度较慢。首先是缺少大面积平整的屋面;其次是不能影响建筑原有功能;第三是要征得建筑业主的同意。

在光电建筑发展初期，工业厂房屋顶附加安装光伏组件的形式占了主流，一是作为载体的建筑都是既有建筑，二是施工安装比较简单。但是这种形式仍然存在一些问题，比如附加的光伏组件既要与屋面结构牢固连接，又要避免破坏屋面原有的防水层和保温层，结果在实践中许多项目采用混凝土墩压住光伏支架的方式，这种方式虽然没有破坏屋面的防水层，但是光伏组件没有与屋面结构牢固连接，为了抗风荷载，混凝土墩加大了屋面的自重荷载。再有，工业厂房在设计时，多采用大跨度轻型钢结构金属板屋面，在安装了光伏组件之后，如果不对屋面结构进行加固，那么原来的荷载余量就被占用了，安全隐患也会相应增加。普通光伏组件的背板都是采用的复合材料，燃烧性能难以满足屋面防火的要求，也存在安全隐患。

建筑上的光伏投资并不顺利，但投资者们很快发现，建设地面光伏电站在经济上比较合算，因为我国西部太阳辐射强、日照时间长，地广人稀，到处是荒漠戈壁，可以大规模建设。约束条件少，建设速度快，地面光伏电站在电价补贴政策的扶持下发展得非常迅速，成本也快速下降，补贴逐年降低。实践证明，西部地面光伏电站的建设，只用了短短几年的时间，就使我国光伏装机量跃居世界第一;虽然这并不是最初的目的，但在十年间光伏成本下降了90%，對世界光伏发展做出了巨大的贡献，依旧是非常值得称赞的光荣业绩。

仍旧青睐地面

光伏补贴政策吸引了众多社会资本的涌入。一时间，西部地面光伏电站的建设如火如荼，同时也不可避免地出现了乱象。有的投资者在获得项目批准后，自己不做，而是将项目转手卖给他人，击鼓传花，层层转包。一个项目在被转包了多家之后，利润也就所剩无几了。因此，很多残次产品被用到了工程上，不仅工程质量无法保障，也对行业的发展造成了危害。为了防止这一现象的蔓延，2012年国家对光伏的补贴政策进行了调整，由示范项目补贴转变为电价补贴，即通过制定光伏标杆上网电价，国家用高于脱硫燃煤的电价收购光伏电力，使光伏投资者获得相应的补贴。

政策改变之后，虽然要求提高了很多，但投资者们对于西部地面光伏电站的热情依旧不减，因为即使是如此，利润空间依旧很大，假如国家电网按照每千瓦时电1元钱收购，相比较火力发电平均每千瓦时电0.3～0.4元，光伏仍然有0.6～0.7元的利润空间，这足以让投资者趋之若鹜。

由于西部地面光伏电站发展过快，当地又无法消纳，输电线路一时无法满足电力外送的需要，于是出现了光伏电与火电争抢线路的现象。火电是我国最成熟的，也是最稳定的电力，占到全部电力的70%，新兴的光伏产业，虽然有政策支持，也很难与其竞争。因此，弃光限电、拖欠补贴成了制约光伏应用发展的难题。

对于投资者而言，无法将光伏所发的电上交到国家电网，不仅拿不到国家的电价补贴，就连发电所投入的成本也无法收回。虽然国家政策明确规定，对于光伏发电要全额收购，但迫于现实情况，目前很难做到。

之所以会出现这样的矛盾，关键在于西部地面光伏电站远离城市，纵然那里拥有得天独厚的发电条件，但当地却无法消纳。于是光伏政策又进行了调整，开始由集中式发电向分布式发电调整。光伏原本就具有较强的分布式发电特征，国家在中长期发展规划中也希望让集中式发电和分布式发电平衡发展，但由于高涨的投资热情，平衡被打破了，问题就出现了。但是调整政策对于分布式光伏发电并没有明确要求一定要建在建筑上，出于之前所陈述的原因，投资者们依旧规避建筑。一时间，在许多丘陵缓坡上开始出现大量的光伏电站，在湖泊、水库、渔塘也建起了许多水面光伏，在农业大棚，甚至田间地头也出现了光伏应用场景。这些分布式光伏难免会与林业、种植、养殖等业态产生矛盾;这种分布式光伏依然需要输送电力，依然不能就地消纳;这样的分布式光伏依旧热衷于大规模。

光电建筑的回归

我国光伏应用的发展路线没有一味地模仿德国，而是摸着石头过河，走出了一条自己的道路。实践证明，经过十年的快速发展，光伏发电成本大幅降低，到2019年，光伏发电的成本已经非常接近火力发电了，甚至有些项目还能使成本低于火电。这也标志着，通过国家近十年的补贴，其目的已经达到了，光伏可以不需要政府补贴，开始具备市场竞争力了。

市场是一个行业发展的最大动力，任何行业没有市场是无论如何也难以发展的。但接下来的路该如何走？

虽然政府补贴光伏的目的达到了，但光伏的发展并不是说其成本降低就行，降低成本只是将光伏送到了起跑线而已，接下来光伏的应用才将真正开始。目前我国光伏发电还不到总电量的3%，这远低于国际10%的平均水平，所以光伏的发展仍然有很长的路要走。此时光伏面临着真正的对决，它必须要去挑战最为强大的火力发电。

光伏虽可以将成本降到每千瓦时电0.3～0.4元，但还仅是与火电的售电价格相当，光伏发电还需要有利润，没有利润企业不能生存。如何寻找到较大的利润空间？光伏应用在绕了一圈之后，终于又回到了建筑上。

建筑光伏的成本与地面光伏电站相差不大，但建筑却是用电的场所，对于工业建筑和公共建筑而言，工商业电价在高峰期大概1元左右，平均电价也在0.7～0.8元之间。如此一来，采用“自发自用、余电上网”的建筑光伏就有了较大的利润空间。以当前光伏的投资收益计算，通常只需要6～7年便能收回成本，投资回报率在10%以上，而如果光伏能在建筑上顺利发展，成本应该还能进一步降低。

光电建筑蓄势待发

由于国家政策的调整，如今在建筑上面应用光伏有了利润空间。回想当初，发展光伏也是解决建筑节能的问题，这些年在建筑行业讨论得最多的便是建筑节能问题，今天再谈这个问题，不论是舆论环境还是现实条件都比当年要成熟得多。

过去的十年，地面光伏电站大概占总装机量的80%，建筑光伏大概占总装机量的20%。建筑光伏应用最多的是在工业厂房的屋面上附加，也是目前国内光电建筑应用的主流形式。其次是在農村农户的屋顶，当时这种形式作为一种投资理财获得了很多农户的欢迎，一度也成为热点。当时在一些地区，农村户用光伏可以获得国家、省、市三级补贴，其中最多的地区一千瓦时电售价接近2元钱。

目前光伏在公共建筑上的应用不多，所建的项目几乎都是政府的示范项目。公共建筑在节能方面其实有很大的需求，就公共建筑而言，其实屋面并没有多少空间来安装光伏，通常公共建筑的楼顶都有冷凝塔、电梯间、信号塔等设备，这些设施已经占据了大部分的屋顶，没有多少空间留给光伏。但是公共建筑的幕墙比较多，因此在公共建筑的外立面发展光伏是一个不错的选择，我国最早推行光电建筑并不是从屋顶开始，而是从公共建筑的幕墙开始，我国现存既有幕墙面积在16亿平方米左右，如果这些幕墙有10%能光伏发电，收益将十分可观。

经过十年的市场培育，也出现了一批专业从事建筑光伏一体化研发的企业，专业从事光伏组件建材化的研发，这些新型产品不再是简单地将光伏组件安装在屋顶上，而是将光伏组件做成建筑构件，例如光伏屋面板构件、光伏幕墙构件、光伏屋顶构件等。

光电建筑巨大的应用场景

一幢建筑，从耗能变为产能，给当前的建筑行业带来一线曙光。光伏带来的收益有望破解当前建筑行业的一些困境，例如，现在很多老旧小区改造、既有幕墙改造缺乏资金，而发生在河北沧州的一个成功案例证明了光伏具有这种可能性。

港狮小区位于河北省沧州市沧县旧州镇，该小区是中国石油大港油田公司上世纪90年代为解决职工住房而修建的住宅小区。多年以来，为解决小区防水，运维费用每年须投入100万元左右，每5年左右要进行一次大修，大约需要投入300万～400万元。

2018年，国家电力投资公司天津分公司对港狮小区60栋住宅楼进行了“平改坡”改造，该项目采用了烟台鼎城新能源有限公司的“高平整度光伏屋面一体化”技术，不仅彻底解决了原有建筑屋面的雨水渗漏和保温问题，而且使投资者能够实现较大规模的发电收益。由于有了资本的进入，所以既有建筑的节能改造才能被撬动。

“高平整度光伏屋面一体化”技术是通过光伏组件玻璃材料的憎水性、一定的屋面坡度、支承水槽构件，形成了一种刚性防水构造，不仅保持了屋面的防水功能和保温功能，而且增加了发电功能，增强了美感。天津大港油田在采用这个方案之后，将防水难题转移给项目投资方，大大减少了防水运维费用的支出。从投资方分析，业主支付的防水运维费用，也一定程度上提高了光伏电站的项目收益率。从实际防水效果看，经过近一年的降雨降雪考验，小区物业管理公司未收到居民漏雨投诉。这一方案也大大提高了小区居民的居住舒适度。

2019年7月，中国建筑金属结构协会光电建筑应用委员会对该项目进行了授牌，该项目是河北电网首例用户端自有电网接入的光伏电站，也是迄今为止，国内采用光伏建筑一体化技术将住宅小区屋顶平改坡，建成光伏发电系统并解决屋顶防水的最大综合型分布式光伏项目，创造了多项“第一”。

光伏不仅能直接用于改造屋面，还能用收益转作它用。上海普陀区曹杨新村街道桂巷新村39号楼，于2019年加装了太阳能光伏发电电梯，在投入并网运行后，不仅有望实现使用周期内的零电费，还能补贴电梯的维护保养费用。

国务院参事、住建部原副部长仇保兴在一次讲话中提到：在屋顶上面加盖一个“太阳能博士帽”就能在政府不需要出钱的情况下实现既有隔热屋又能发电的功效，有的老旧小区每平方米的改造费用达到了三四千元，比如说有的小区需要加电梯，有的加太阳能屋顶，其实这些企业都可以邀请来参与，由企业租借这些设备，不需要大量的财政投资。企业在小区加装太阳能装置之后，小区的居民也可以得到分成，这就是一种完全的PPP模式、合同能源管理的模式。

光电建筑的标准化发展

标准与规范是一种更科学的语言，也是一种世界性的语言，未来的发展我们将更多地用标准说话。关于建筑未来发展方向的《绿色建筑评价标准》和更进一步的《近零能耗建筑技术标准》都着重提到了光伏在建筑上的应用。

建筑一定是向着低能耗发展，建筑节能将是长期的发展目标。目前建筑节能无非是两种形式，被动节能和可再生能源利用，现在的《绿色建筑评价标准》中，只要使用了可再生能源便能加分，如果减排还能加分，绿色创新还能再加分，也就是说只要建筑采用了光伏可再生能源，不论是在屋顶还是在外立面，便能在三个方面获得加分。对于绿色建筑有所關注的人一定知道，自从去年评价标准修改以后，对于绿色建筑评价要求在建筑工程竣工后进行，这无疑给绿色建筑的评定带来了难度，因此光伏作为加分项犹为重要。

去年住建部出台了《近零能耗建筑技术标准》，与绿色建筑宽泛的概念相比，这项标准更强调通过先进的技术手段，让建筑本身更加节能。超低能耗建筑主要还是通过门窗节能和高效保温等被动式技术来节能，但到了零能耗建筑阶段，就必须强调对于可再生能源的利用，因为建筑即使再节能也不可能一点能耗没有，冰箱、电灯、热水都需要使用能源，这时就需要建筑能够自给自足。简单地说，近零能耗建筑就是“被动房+可再生能源”，光伏无疑是首选项。

在建筑上加上光伏，不仅符合现阶段对于绿色建筑的要求，还符合下一阶段对于近零能耗建筑的要求。据了解，有些地方对近零能耗建筑给予补贴，有些地方还有奖励容积率等红利形式，这将让开发商产生投资光伏的热情。

如果我们再将目光放宽泛一点，不局限于建筑领域，便能注意到建筑光伏事关国家能源结构，具有战略意义。2020年4月15日，国家能源局发布《关于做好可再生能源发展“十四五”规划编制工作有关事项的通知》，明确了可再生能源发展“十四五”规划编制的重点任务，其中强调统筹做好可再生能源的本地消纳，并提出要优先开发当地分散式和分布式可再生能源资源，大力推进分布式可再生电力、热力、燃气等在用户侧直接就近利用，结合储能、氢能等新技术，提升可再生能源在区域能源供应中的比重。

如此来看，光电建筑任重而道远。

感谢中国建筑金属结构协会光电建筑应用委员会对本文予以支持。