摘 要：本文通过对光伏幕墙系统的常规构造分析，以目前国内主流应用于光伏幕墙及建筑一体化的碲化镉薄膜组件光伏幕墙为例，通过与传统玻璃幕墙的造价对比，测算出2022年碲化镉薄膜组件光伏幕墙的平方米造价，并对成都地区光伏幕墙的经济性进行分析。

   关键词：光伏幕墙；光伏建筑一体化；造价分析

   0 引言

   近年来，太阳能发电在我国已得到大力推广。据国家统计局2022年1、2、3月份能源生产情况显示，太阳能发电均保持较快增长，分别同比增长6.5%、16.8%、24.9%。作为建筑对太阳能的利用，现在已兴起了“光伏建筑一体化（BIPV）系统”的新概念，简单讲就是将太阳能光伏发电方阵安装在建筑的围护结构外表面来提供电力。目前应用最广泛的是光伏屋顶和光伏幕墙，其具有高效、经济、环保等诸多优点。

   同时，作为政策上的支持，2020年至今，全国31个省份都明确加大了绿色能源发展，各地政府在多个指导性和方向性的文件中均明确地指出光伏建筑一体化（BIPV）是新能源发展的主要方向之一。国家标准《建筑节能与可再生能源利用通用规范》（GB5015-2021）于2022年4月1日实施，其中明确要求“5.2.1 新建建筑应安装太阳能系统。”

   光伏建筑一体化（BIPV）势在必行，本文将通过对光伏幕墙进行造价测算，对比其与传统幕墙的价格差异，分析成都地区安装光伏幕墙的经济性。

   1 光伏幕墙系统的常规构造

   众所周知，太阳能取之不尽用之不竭，属于清洁、可再生的能源，加大对太阳能的利用是未来能源的利用趋势之一。光伏幕墙系统主要使用的是光伏幕墙结构技术、电能储存作用、并网技术以及光电转换系统等多种运用高新技术的综合应用系统。整个光伏发电系统是一个将太阳能转化为电能的系统。光电转换技术主要是指通过半导体所具有的光生伏特效应，将太阳辐射转变为电能，以此来充分利用资源。在普通建筑的幕墙中采用包含了光伏组件的光伏玻璃替代普通玻璃从而使建筑成为光伏建筑一体化（BIPV）建筑，这样既为光伏玻璃的使用提供了足够的空间，又不需要另占土地，还能省去光伏玻璃的支撑系统结构。光伏幕墙光伏系统包括作为光伏幕墙面板的光电板（即光伏组件）、控制器、蓄电池组、逆变器等。其工作过程是：光电幕墙在太阳照射下，由光电板产生直流电，通过多极集电，即在太阳能控制器的控制下将光电幕墙产生的直流电通过蓄电池组储存起来，当需要使用时，蓄电池组输出的直流经过逆变、变压等过程，转化成可供使用的交流电，并送入供电网络或直接驱动负载（如图1所示）。

图1 光伏发电系统常规构造 

   2 光伏发电系统在绿色建筑外墙中的应用

   在一个建筑中，建筑外墙与太阳光的接触面最大，特别是对于高层建筑来说，建筑外墙与太阳光的接触面更大。为了保证建筑外墙的美观效果，目前多数外墙装饰材料采用的是玻璃幕墙，仅仅具有装饰和围护的功能。如果将光伏发电系统应用到绿色建筑外墙中，将光伏发电系统中的光电板制成玻璃样式，不仅能够保证玻璃幕墙具有原有的功能和效果，而且还能大量收集和转化太阳能，对于建筑节能降耗有重要的作用。在绿色建筑外墙中应用光伏发电系统需要注意的主要是透明度问题，在应用光电板之后，还应能保证室内光线充足。同时，也需要注意倾斜角问题，要按照建筑朝向确保光电板可充分吸收太阳能，尽可能地提升光电转换效率。

   3 主流光伏幕墙介绍

   目前，主流光伏幕墙的光伏组件主要分为两类，一类是晶硅组件（单晶硅、多晶硅）；一类是薄膜组件（硅基、铜铟镓硒、砷化镓、碲化镉）。晶硅太阳能电池的转换效率在15%～25%之间。薄膜太阳能电池在建筑中使用较多的是碲化镉组件，该技术已入选《绿色技术推广目录（2020年）》（发改办环资〔2020〕990号）,碲化镉组件作为薄膜太阳能电池的代表，其电池的转换效率≥13%，部分先进工艺的已超过15%。

   晶硅组件的优点是光电转换效率高、安装尺寸小、生产材料和技术都较为成熟；但缺点在于幕墙透光性不好，在高温和弱光条件下表现较差，颜色单一。相对于晶硅组件，薄膜组件虽然发展相对较晚，且光电转换效率低于晶硅组件，但透光性较好，而且在高温和弱光条件下也能发挥作用，并且颜色种类多，能更好地适应建筑风格。碲化镉薄膜类太阳能电池不存在本征光致衰减效应，可保证25年80%的输出功率。晶硅组件对垂直角度太阳能利用率可达59%，碲化镉可达71%。

   所以，在光伏组件的选择上，晶硅组件大部分用于屋顶，而立面光伏幕墙更倾向于使用薄膜组件。

   4 光伏幕墙造价及经济性分析

   以目前国内主流应用于光伏幕墙及建筑一体化的碲化镉薄膜组件光伏幕墙为例，与传统立面玻璃幕墙的造价对比。

   碲化镉薄膜组件光伏幕墙包括内外两片钢化玻璃，中间夹PVB胶片复合薄膜式光伏电池片组成复合层，电池片之间由导线串并联汇集到引线端，将电流引出，形成光伏幕墙单元，最终把各个光伏幕墙单元的电流通过集电器进行汇总组成了光伏玻璃幕墙发电系统。

   我们就以最基础的不透光碲化镉组件BIPV为例，分析其单方造价。

   光伏组件为工业化批量生产，碲化镉元器件附着在一张3mm厚的玻璃上， BIPV必须使用超白夹胶玻璃。那么其造价组成见表1所示。

表1 造价构成对比分析表 

   由上表可见，与传统立面玻璃幕墙相比，光伏幕墙增加了薄膜电池组件的费用，在不考虑颜色、透光率（本文案例发电玻璃按几乎不透光考虑，不透光的发电量最高）和特殊定制的前提下，每平方米幕墙增加造价约800元～900元。此外是电路系统，每平方米幕墙增加造价约360元～480元不等。由于薄膜组件自身重量较轻，其对幕墙龙骨的含量影响较小。综上所述，以碲化镉组件为代表的薄膜类光伏幕墙比传统玻璃幕墙每平方米增加造价约1200元～1400元。

   光伏幕墙在设计上应充分考虑建筑外墙结构布局及建筑朝向，在非透光墙面位置设置光伏玻璃发电组件，实现光伏与建筑的完美结合，使建筑外墙面造型更加丰富、美观大方。本文分析案例按成都市的公共建筑、写字楼等商业建筑考虑，光伏发电考虑为解决部分商业自用。

   一般BIPV应用在南向幕墙经济性最好，光照较强的地区也可应用在东西向幕墙，但应用于北向幕墙的经济性较差。具体见表2所示。

表2 四川地区水平面与垂直面的年均辐射量统计结果 

   年均发电量= 光伏组件年均辐射量×光伏组件面积×光电转换效率

   光电转换效率还与下列因素有关：

  （1）电池总面积小于光伏组件的表面积引起的面积差异；

  （2）光伏组件在各安装角度下均存在反光损耗及辐射不均匀引起的输出功率降低；

  (3)实验室标准测试条件下测定的转换效率，与实际发电中存在的转换偏差（包含实际温度引起的偏差等）；

  (4)直流电经过逆变器转换成交流电后入网，期间会产生损失；

  (5)光伏组件在长期工作后，表面会形成不同程度的污垢，从而减弱接收太阳辐射量，影响光伏组件的发电性能。

   光电转换效率按13%综合考虑，每平方米年均发电量=401×13%=52.13kWh（依据表2，成都市龙泉驿区立面墙的年均辐射量为每平方米401千瓦时）

   自2020年起，四川省工商业分布式光伏发电上网指导价0.4元/千瓦时，低于四川省燃煤发电上网基准价0.4012元/千瓦时，已无补贴。本文案例为光伏发电解决部分商业自用，无余电上网，所以本次测算电价按2022年成都市商业用电价格考虑。四川省工商业目录销售电价取消后，工商业用户全部进入电力市场，按照市场价格购电，本文按0.80元/千瓦时考虑。

   光伏幕墙相较传统幕墙增加投资按每平方米1300元考虑（取增加造价的平均值），本次测算未考虑光伏组件后期维护维修所增加的费用，也未考虑电价上涨带来的增加收益。

   每平方米光伏幕墙年均发电金额=52.13×0.80=41.70元

   静态增量投资回收期=1300÷41.70=31.18年

   一般的光伏幕墙发电玻璃的设计使用年限为20年～30年，而本文分析案例静态增量投资回收期为31.18年，已超过发电玻璃的设计使用年限。据国际能源网采访数据，BIPV光伏幕墙的投资回收期常规在6年～8年。截至2021年底，从全国投资内部收益率水平来看，较好的立面光伏幕墙收益率约为7%。由此可见，成都地区由于所处盆地，日照时间较短、日照强度较低等原因，从经济性的角度出发，安装光伏玻璃幕墙其投资收益并不尽如人意。

   5 结语

   本文分析了2022年碲化镉薄膜组件光伏幕墙在成都地区的造价组成，在不考虑颜色、透光率及特殊定制的前提下，相较同类型同档次幕墙每平方米增加造价1200元～1400元。在不考虑政策、环保的因素下，光伏幕墙在成都地区的推广价值较低，在设计使用年限内基本不能收回增量投资。如果要在成都地区广泛推广光伏幕墙，那么则还需要更新技术，降低成本才会具有经济性。

   [1]唐华宇,赵干荣,吕胜男.户用分布式光伏幕墙在四川地区的经济与环境效益分析[J].太阳能杂志,2019,307(11):70-74. 

   [2]何兆财.关于太阳能光伏屋顶与幕墙经济性的分析[J].建材与装饰.2016(11):179-180.