（中旺建工集团有限公司，四川 成都 610000）

   摘 要：城乡建设领域碳达峰实施方案的推行，会极大地促进绿色节能建筑的比例提升，促进太阳能光伏一体化建设；绿色建筑的推行，不仅需要政策的推动，也需要各主体单位的支持；光伏一体化建筑属于新型绿色建筑，没有类似工程成本分析，使得建设单位在进行传统建筑与绿色建筑的对比中难以抉择，所以现阶段对太阳能光伏一体化建筑的前期建设成本与全寿命周期效益的对比分析尤为重要；太阳能光伏一体化相对于传统建筑最大的成本差别是太阳能光伏系统，通过对太阳能光伏系统的建设投资以及全寿命周期内的能源效益进行分析，验证推行光伏一体化建设的可行性，为各拟建项目提供参考。

   关键词：光伏建筑一体化；建设投资；全寿命周期；绿色建筑；光伏屋顶

   0 引言

   在能源危机与碳中和的大前景下，节能减排是一项长远的任务，建筑行业也面临着绿色建筑、绿色施工的改革。当前，建筑行业在建筑节能上主要还处于被动节能阶段，比如利用墙体保温板、地面保温砂浆、断桥铝合金窗等等。在住建部、发改委的推动下，印发了城乡建设领域碳达峰实施方案，提出了要优化城市建设用能结构，推进建筑太阳能光伏一体化建设。到2025年新建公共机构建筑、新建厂房屋顶光伏覆盖率力争达到50%，推动既有公共建筑屋顶加装太阳能光伏系统，加快智能光伏应用推广。本文主要通过对建设太阳能光伏屋顶的建设投资和光伏全寿命周期效益进行分析。

   1 光伏建筑一体化概念和优势

   1.1 概念

   光伏建筑一体化（BIPV Building Integrated Photovoltaic），就是将太阳能发电产品集成到建筑上的技术，它是一种光伏方阵与建筑的集合。光伏建筑一体化可以应用到光伏发电地砖，光伏发电玻璃幕墙、光伏发电屋面等等生活场景中，最终目的都在于减少碳排放，实现低碳绿色目标。光伏发电主要为两种：独立光伏发电和并网光伏发电。独立光伏发电也叫离网光伏发电，主要由太阳能电池组件、控制器、蓄电池组成；独立光伏电站包括边远地区的村庄供电系统，太阳能户用电源系统，通信信号电源、阴极保护、太阳能路灯等各种带有蓄电池的可以独立运行的光伏发电系统。并网光伏发电系统主要由光伏电池组件、光伏方阵支架、直流汇流箱、直流配电柜、并网逆变器、交流配电柜等设备，再加上供电系统监控装置和环境监测装置共同组成，光伏组件将太阳能转化为直流电能，通过并网逆变器将直流电能转化为与电网同频同相的交流电能，可以供给建筑自身负载，多余电力也可以经过并网逆变器转换成符合市电电网要求的交流电之后直接接入公共电网。

   1.2 优势

   光伏一体化建筑相对于传统建筑来说，有以下几点优势：1）光伏发电是无污染的绿色可再生能源，能够减少一般石化燃料发电所带来的环境污染，有利于环境保护；2）太阳能光伏电池板一般安装在屋顶和外墙面上，直接吸收太阳能，避免了墙面温度和屋顶温度过高，可有效降低室内温度，降低空调负荷，改善室内环境；3）原地发电，原地使用，减少了电力输送产生的损耗；4）由于日照时间处在高压电网用电高峰期，BIPV系统除保证自身建筑内用电外，还可以向电网供电，从而缓解高峰电力需求，解决电网峰谷供需矛盾，具有极大的社会效益；5）可以有效利用围护结构表面（屋顶和墙面），无需额外用地或加建其他设施，这对于土地昂贵的城市建筑尤为重要；6）维修保养简单，维护费用低，运行可靠性，稳定性好；7）大尺度新型彩色光伏模块的诞生，不仅节约了昂贵的外装饰材料（例如玻璃幕墙等），还可以使建筑物更加美观。[1]

   2 项目前期及投资管理

   2.1 设计阶段考虑的因素

   2.1.1 新建工程

   在节能减排的大环境下，在政策的推动下，新建建筑会逐步开始考虑光伏一体化设计。因此，在设计阶段就需要考虑当地的太阳能资源、年平均日照时数、年太阳辐射总量、设计建筑性质及其屋面结构、规模、企业属性、企业配电、设计年用电量、市场电价及当地政府、电网公司的相关政策等。

   2.1.2 旧房改造

   旧房改造不仅要考虑太阳能资源和当地政策，还需要考虑更多的现场因素。如需要考虑旧房荷载、屋面障碍物（风机、管道、其他设备）、可有效利用面积、房屋高度，以及片区变配电情况、白天的用电负荷能力、用电长期负荷的稳定性、总坪电缆沟、设备安装地点、场地内其它因素等。

   2.2 建设期管理重点

   2.2.1 并网逆变器选择

   并网逆变器是太阳能光伏发电系统的重要组成部件，是将太阳能电池板所发出的直流电能转化为可与系统连接的交流电能的核心设备，并网逆变器的质量和效率直接影响到发电量的输出，对经济效益和能源的利用都具有重要的影响。因此，并网逆变器的选择是整个太阳能光伏发电系统的一个重要环节，需要选择有以下特性的逆变器：①性能可靠，效率高；②输入电压有较宽的适应范围；③具有保护功能；④波形畸变小，功率因数高；⑤具有监控和数据采集功能；⑥根据项目大小情况选择组串型逆变器或集中型逆变器。

   2.2.2 光伏组件的验收

   太阳能光伏组件作为太阳能光伏发电系统最重要的组成部件，其材料优劣和安装质量直接影响发电量和发电效率，还可能影响生产安全。因此，在建设期应着重注意以下几点：①在进场时，应着重检查电池板外观是否变形、玻璃有无损坏、划伤及裂纹；②注意按照电力挡位分类存放、分类安装；③在安装前测试电池板开路电压是否符合要求，电池板输出端与标识正负是否吻合。

   2.3 建设投资

   光伏系统建设成本主要由光伏组件、逆变器、高低压设备、电线电缆等组成，本文根据项目估算指标对某厂房水泥屋顶建设光伏发电工程进行造价分析。此厂房建设地为四川阿坝州，屋顶光伏设计面积为5000m2，由2585块尺寸为1950mm×992mm的300W单晶硅电池板组成，可以计算出此厂房设计光伏电池输出功率一共是775500W，计算出此厂房光伏屋顶估算总价为3877500.00元，具体费用详见表1所示。

表1 某厂房5000m2屋顶分布式光伏发电项目估算清单

   3 运营期的效益分析

   3.1 运营期年平均光伏理论发电量?? 

   光伏发电量的计算方式为：光伏发电量=太阳辐射总量×电池总面积×光电转换效率。

   根据有关统计，全国分不同的地区，各地太阳能总辐射量范围为3344MJ/m2·年～8400MJ/m2·年，其中宁夏北部、甘肃北部、新疆南部、青海西部、西藏西部最高，为6680MJ/m2·年～8400MJ/m2·年，四川东部、贵州最低，为3344MJ/m2·年～4190MJ/m2·年。

   本文分析项目在四川西部阿坝州内，根据阿坝州各县气象站观测资料，各县近30年平均日照小时数在1450h～2440h之间，年总辐射量为4900～6300MJ/m2之间，年平均太阳辐射总量=5600?MJ／m2·年。由于太阳能电池组件铺设斜度正好与当地纬度相同，所以在计算辐照量时可以直接采用统计数据。

   近些年国内光伏产业发展迅速，光伏电池组件的光电转换效率也大幅提升，截至到目前，各类太阳能电池产业转化效率如表2所示，本文计算采用的单晶硅电池转化效率为17.5%。

表2 各类太阳能电池产业转化效率

   在实际应用中还需要考虑各种效率修正系数：①灰尘、植被等遮挡损耗。项目当地处荒草地、荒山、林地等环境，必然会存在被地表植被和自然扬尘的灰尘以及其它可能存在的物体遮挡，综合考虑损耗为2%；②入射角造成的不可利用的太阳辐射损耗。根据项目地的地理位置、气候气象和太阳辐射数据当地的气象和太阳辐射特点，结合项目地太阳入射角的分析，并兼顾山地的地形条件确定日照利用边界，相应修正系数取为95%；③光伏电池的效率会随着其工作时的温度变化而变化。光伏组件温度升高时，发电效率会呈降低趋势。一般而言，工作温度损耗平均值在2.5%左右；④光伏组件不匹配造成的损耗。由于组件电流、电压的差异，以及组件串联因为电流不一致会产生的效率降低现象，综合考虑损耗为1.5%；⑤逆变器效率，修正系数综合考虑为96%～98%；⑥交直流配电房和输电线路损失约占总发电量的3%，相应折减修正系数取为97%；⑦系统故障及维护损耗，综合考虑为1%。通过考虑以上影响因素，计算出运营期此光伏系统综合发电效率为83.28%。这种计算方法是比较全面的，综合效率系数的把握视情况而定。总的来讲，系统效率修正系数的取值在75%～85%之间。

   光伏系统理论年平均发电量=年平均太阳辐射总量×光伏电池板组件总面积×光电转换效率×综合发电效率修正系数=5600MJ／m2×5000m2×17.5%×83.28%=4080720MJ，1MJ=0.28kW·h，理论年平均发电量=4080720×0.28kW·h=1142601.60kW·h。

   3.2 预估运营期发电量及发电效益

   依据国能新能【2015】194 号《关于促进先进光伏技术产品应用和产业升级的意见》，领跑者先进技术产品应达到以下指标：多晶硅、单晶硅和薄膜光伏组件自项目投产运行之日起，一年内衰减率分别不高于2.5%、3%和5%，之后每年衰减率不高于0.7%，项目全生命周期内衰减率不高于20%。[2]本项目光伏组件考虑第一年衰减率为3%，之后每年衰减率为0.7%。

   根据四川省发展和改革委员会关于2022年新建风电、光伏发电项目上网电价政策有关事项的通知（川发改价格〔2022〕194号），2022年，对新核准陆上风电项目、新备案集中式光伏电站和工商业分布式光伏项目（以下简称“新建项目”）的上网电价，延续平价上网政策，按四川省燃煤发电基准价每千瓦时0.4012元执行；新建项目可自愿通过参与市场化交易形成上网电价，市场化增加新能源发电能力供给和电量消纳，促进能源绿色低碳转型发展。[3]

   在光伏组件25年的寿命周期内，如果考虑发电全部上网，上网电价按现阶段每千瓦时0.4012元执行的情况下，每年的发电量及发电收益计算见表3所示：光伏设备全寿命期内发电为25534860.56kW·h，总收益为10244586.06元，在考虑基准收益率为8%的情况下，光伏设备全寿命期内发电收益现值为4685789.65元。

表3 发电量及收益统计表

   3.3 运营期维护费用

   分布式光伏发电系统的运营期维护相对来说比较简单，主要就是对发电系统及输电线路进行?常检测，定时地对光伏组件加以清洗和保养，对部分失效部件的更换等简单操作，成本相对较低，对于10KW以下的系统维护成本?乎可以忽略不计，但是对于大型的光伏系统应当考虑系统总投资1%-3%维护成本。本文研究对象维护成本费率考虑为2%，全寿命周期内维护费用为77550元，现值为-29633.63元。

   3.4 光伏残值处置

   当回收废旧的光伏组件时，需要对光伏组件进行拆分，将金属边框、硅电池板、线缆、逆变器等分别分类处理，硅电池板经处理后得到硅晶片，有效的完整硅晶片回收方法有无机酸溶解法和热处理法。通常光伏组件的残值率为5%，本文研究对象的最终剩余残值为193875元，现值为28309.22元。

   3.5 光伏全寿命周期投资效益

   光伏系统投资总收益=-3877500+10244586.06-77550+193875=6483411.06元。

   净现值NPV=-3877500+4685789.65-29633.63+28309.22=806965.24元。

   4 结语

   通过对光伏系统建设投资与运营期发电效益的分析，在阿坝州投资建设5000m2的屋顶光伏系统，如果采取发电全部上网，能在第9年左右收回光伏投资成本，在光伏全寿命期，发电总量25534860.56kW·h，减少二氧化碳排放16980.682t，投资总收益6483411.06元。因此，在项目选址合适、日照条件良好、电网接入方便、业主企业用电量大的情况下，可以选择建设光伏一体化建筑。建设光伏项目能充分利用当地的资源优势，发展可再生能源，节能减排，治理环境污染，具有良好的经济和社会效益。 

 

   参考文献：

   [1]张鸣，蔡亮，虞维平.BIPV系统经济性分析[J].应用能源技术，2007（11）；2

   [2]关于促进先进光伏技术产品应用和产业升级的意见（国能新能【2015】194 号）

   [3]四川省发展和改革委员会关于2022年新建风电、光伏发电项目上网电价政策有关事项的通知（川发改价格〔2022〕194号）；