城市光伏建筑产业化发展研究

李辰琦 ,  曹也 ,  李想 ,  凌文

中国工程科学 ›› 2025, Vol. 27 ›› Issue (6) : 273 -285.

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中国工程科学 ›› 2025, Vol. 27 ›› Issue (6) : 273 -285. DOI: 10.15302/J-SSCAE-2025.10.004
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城市光伏建筑产业化发展研究

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Industrialized Development of Urban Photovoltaic Buildings

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摘要

光伏建筑通过建筑表皮发电可降低建筑运行阶段碳排放30%以上，我国城市光伏建筑产业具有极大的发展空间，在“双碳”目标、城市更新需求的驱动下，城市光伏建筑产业化发展对能源转型、建筑领域减碳意义重大。本文在剖析光伏建筑技术原理、辨识光伏建筑发展价值的基础上，从产业规模和格局、产业政策与标准等方面梳理了城市光伏建筑产业化发展现状，研判了政策系统性不足、技术集成存在瓶颈、市场机制不完善、基础设施薄弱等现实挑战。总结了城市光伏建筑产业化发展的关键环节，包括构建适合城市更新的光伏建筑模式、建立光伏建筑与城市规划的协同融合体系、打造城市级光伏能源数字协同平台、推进城市新型电力基础设施升级改造；以完成建设并投入运营的城市光伏建筑示范项目为案例，实证分析了城市光伏建筑模式的技术与经济可行性。后续可在加强顶层设计、强化政策协同，突破系统集成技术、提升集群化效能，完善市场生态体系、形成多元支撑，推进与城市更新结合的示范工程等方面采取切实行动，高质量推进城市光伏建筑产业化发展。

Abstract

Photovoltaic (PV) buildings generate electricity through their surfaces, which can reduce carbon emissions during operation by over 30%. The urban PV building industry in China has vast potentials for development. Driven by the carbon peaking and carbon neutralization goals as well as the demand for urban renewal, the industrialized development of the industry holds significant importance for energy transition and carbon reduction in the construction sector. This study analyzes the technical principles and development values of PV buildings, sorts out the current industrialization status of these buildings from the aspects of industrial scale, pattern, policies, and standards. It also identifies the challenges faced by the industrialization, including systematic inadequacy of policies, bottlenecks in technology integration, imperfect market mechanisms, and weak infrastructure. The study further summarizes the key links for industrial development, namely constructing a PV building model suitable for urban renewal, integrating PV buildings into the urban planning system, building a digital urban energy coordination platform, and upgrading the new urban power infrastructure. Using typical PV building projects as cases, this study empirically analyzes the technical and economic feasibility of urban PV building models, and further proposes the following suggestions for the high-quality industrialization of the urban PV building industry: strengthening top-level design and policy coordination, advancing system integration technologies to improve cluster efficiency, improving the market ecosystem to form multi-faceted support, and promoting the implementation of demonstration projects integrated with urban renewal.

Graphical abstract

关键词

光伏建筑 / 城市更新 / 系统集成技术 / 数字底座 / 电力基础设施

Key words

photovoltaic buildings / urban renewal / system integration technology / digital foundation / power infrastructure

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李辰琦,曹也,李想,凌文. 城市光伏建筑产业化发展研究[J]. 中国工程科学, 2025, 27(6): 273-285 DOI:10.15302/J-SSCAE-2025.10.004

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一、 前言

当前，全球气候问题趋于严峻，节能减碳成为各国发展的核心议题。我国在提出“双碳”目标后，宣布了2035年国家自主贡献目标，即温室气体净排放量较峰值下降7%~10%[1]。建筑作为全社会主要的能源消耗和碳排放来源之一，是绿色低碳发展的关键领域[2]。光伏建筑将光伏与建筑进行有机结合，使建筑从能源消耗者拓展为绿电生产者[3,4]，可降低建筑运行阶段碳排放30%以上。在城市中规模化应用光伏建筑，有助于推动城市能源结构转型、促进“双碳”目标实现。也要注意到，我国城镇建筑规模为6.96×1010 m2，而光伏建筑实际装机量不足可开发量的30%，建筑表皮资源闲置现象较为明显[5]。

我国城市发展进入“增量”“存量”共存的城市更新阶段，城市建设从规模扩张转向质量提升成为新的发展导向[6,7]。城市更新不仅要求提升建筑品质，而且强调绿色低碳与可持续发展，故城市光伏建筑契合新发展需求，实施产业化发展价值凸显。然而，现有研究多围绕光伏建筑的单体产品研发、单一市场应用展开[8~15]，导致面向城市化背景的系统性构思缺失，与城市更新行动相结合的发展研判尤显不足。与此同时，城市光伏建筑在产业化进程中仍面临诸多挑战，如政策支持力度不足、市场机制不健全、技术集成难度高、基础设施建设滞后等，制约了光伏建筑在城市中的规模化推广与应用以及相应减碳潜力的充分发挥。

城市光伏建筑产业化主要指光伏建筑在城市中的规模化推广与工程化落地。围绕这一研究定位，本文梳理光伏建筑的技术原理与发展价值，辨析产业化发展现状与面临的挑战，识别产业化发展的关键环节，分析示范项目应用成效，并提出共性发展建议。相关内容立足工程实践、兼有宏观探讨，可为我国城市光伏建筑产业化发展研究与应用提供基础支持。

二、 光伏建筑技术原理与发展价值

（一） 光伏建筑技术原理

光伏建筑指将光伏发电与建筑技术深度融合，在建筑外围护体系（如屋顶、墙面、门窗、遮阳构件）上集成或加装光伏组件，实现“建筑发电化、发电建筑化”的新型建筑形式。与采用传统围护结构的建筑相比，光伏建筑在严格遵循现行的设计规范、施工标准、安全验收要求的基础上，并无额外的风险隐患。光伏建筑既是满足居住、办公、商业等功能的建筑载体，又是利用太阳能生产清洁能源的发电系统，属于建筑节能、可再生能源利用的复合体。按照光伏组件与建筑的结合程度及功能集成度，光伏建筑主要经历了3个技术发展阶段。

一是光伏建筑分体化（BAPV）的基础应用阶段。光伏组件通过支架等方式“附加”在现有建筑表面（如屋顶加装光伏板），不替代建筑构件，对建筑原有结构和外观的影响较小，适合存量建筑改造。技术成熟度高、安装灵活、成本可控，尤其适合存量建筑的光伏改造（如旧厂房屋顶光伏、居民楼屋顶分布式光伏），快速实现“建筑+发电”的基础功能叠加。然而，受限于“附加式”设计，建筑的美学协调性较差，对建筑原有功能和安全性有一定的影响。

二是光伏建筑一体化（BIPV）的融合发展阶段。光伏组件直接作为建筑构件的一部分，替代传统建材（如光伏幕墙、光伏瓦片、光伏采光顶），与建筑结构完全融合。核心价值在于建筑功能与发电功能的一体化：一方面，光伏组件承担建筑围护、采光、遮阳等基础功能（如光伏幕墙需满足抗风压、保温、隔声等建筑标准）；另一方面，优化组件布局、匹配建筑朝向，能够提升发电效率、避免“附加式”设计存在的空间占用问题，符合新建建筑的设计需求。

三是光伏建筑功能化（BFPV）的创新发展。建筑与光伏系统集成为功能化的构件体系，兼具美观性（无光污染）、保温隔热性、防水性、隔声性、耐久耐候性、发电性等多种效能。相比仅补充发电功能的BAPV、融合基础建筑功能与发电功能的BIPV，BFPV提供高效保温隔热、长效防水等高级建筑效能，将解决传统光伏建筑“重发电、轻建筑”的关键不足，促成发电效率与建筑效能的双重优化。BFPV从单一建筑构件向整体建筑系统延伸，相应的技术融合度、建筑适配性、长期发展潜力等均为良好。当然，BFPV尚处于研发阶段，仅少量应用到实验性的示范项目中。

整体来看，光伏建筑自主发电并就地消纳供建筑使用，促成产能端与用能端一体化；不额外占用空间，避免远距离输电损耗，是实现零能耗建筑甚至产能建筑的重要途径。光伏建筑的减碳机制体现在3个方面：直接替代传统建材，提高建筑的维护性能，提升建筑综合节能效果10%以上；就地生产绿色电力，降低对高碳电力的依赖，1 kW·h光伏电力可少排放0.821 kgCO2[16]；通过“自发自用”模式规避电力远距离传输损耗，综合能效可提升15%~20%。

（二） 光伏建筑发展价值

1. 实现建筑领域“双碳”目标的必由之路

2022年，我国建筑与建筑业建造碳排放量为5.13×109 tCO2，约占全国能源相关碳排放量的48.3%[17]。建筑领域是公认的高耗能、高碳排放领域，成为节能降碳的关键环节，开展绿色低碳转型对实现“双碳”目标具有重要意义。若仅依赖传统的减排措施，建筑领域预计在2040年碳达峰，落后整体目标约10年[17]。建筑领域现有的节能技术面临着边际效益递减的瓶颈，而规模化应用光伏建筑技术将助力建筑领域“双碳”目标实现。城市建筑密集、用能密集、碳排放密集，具有成熟的电网接入条件、管理体系、经济承载能力；城市应是光伏建筑优先应用的主阵地，减碳潜力较大。例如，2020年我国354座城市的屋顶总面积为6.596 km2，按屋顶可利用率35%测算的屋顶光伏发电碳减排潜力为4×109 tCO2[18]，约占2030年碳排放峰值的1/3[19]。

2. 化解光伏产能过剩、培育新质生产力的重要途径

我国光伏产业世界领先，2024年光伏产能为1264 GW，约占全球总光伏产能的83%，其中2/3销往到国际市场[20]。然而，当前国际贸易摩擦频发，不利于我国光伏产业可持续发展；我国光伏产业面临结构性产能过剩、内需收紧、海外贸易壁垒的叠加压力。在较为紧迫的形势下，应充分挖掘光伏的多元价值，保障光伏产业的可持续发展，

光伏建筑“产消”一体模式凭借建筑表皮极大的装机潜力与“就地生产、就地消纳”的场景优势，成为扩大光伏内需、培育绿色低碳新兴产业、推动产业结构优化升级的关键路径。

3. 促进提升城市竞争力

零碳街区、零碳园区已是全球城市竞争的“绿色名片”，如新加坡“榜鹅数字园区”、德国“海德堡火车新城”均以光伏建筑的方式构建零碳城区，推动区域资产溢价8%~15%。我国多个城市也在积极布局：北京城市副中心在城市更新中系统推进光伏建筑应用，有效降低了建筑碳排放，带动绿色建筑、清洁能源等新兴产业集聚；杭州市在举办亚运会时实施了一批光伏建筑示范项目，实现绿色建筑与体育赛事的有机结合，显现了良好的绿色城市形象。国内外的发展实践表明，光伏建筑既是减碳的有效途径，也是集聚产业资源、提升城市影响力的重要支撑。

4. 保障能源安全的新支撑

城市电网成为现代战争中的重点打击对象，集中式公共电网易遭受打击而致破坏，不利于电气化城市和国防系统可靠运行。光伏建筑与微电网融合发展，将城市中大量建筑变成微型发电站，结合储能系统、与新能源汽车联动，在和平时期为城市提供绿色电能，在战争时期独立于公共电网运行，构成集中式与分布式相结合的韧性电力保障系统。这种平战功能的有机统一与灵活转换，可筑牢和平时期能源可持续供应的基础能力，也强化战时能源体系安全保障能力，实现节能减碳、能源安全的协同增效。

三、 城市光伏建筑产业化发展现状与面临的挑战

（一） 城市光伏建筑产业化发展现状

1. 产业规模

我国光伏建筑产业发展迅速，技术与产能均处于国际领先地位。在技术层面，光伏组件的光电转换效率持续提升，建筑与光伏系统的集成适配技术逐步成熟，光伏建筑构件寿命普遍超过25年，综合成本（500~1500元/m2）接近传统建材水平，为规模化推广提供了基础条件。光伏建筑作为分布式光伏的核心组成形式，市场规模不断扩大。截至2024年年底，我国分布式光伏累计并网装机量为375 GW[21]，其中建筑光伏占比为41.2%[22]。从市场规模、装机容量等维度看，BAPV仍居于主导地位，占比超过90%；BIPV呈快速增长势头，2025年的装机量约为13.8 GW，我国成为全球此类光伏建筑的主要应用市场[23,24]；BFPV处于示范应用阶段，将是光伏建筑领域未来的重要方向。从全球市场看，2023年分布式光伏新增装机量为189 GW，占全球光伏新增装机总量的41%；BIPV仍属小众市场，新增容量约为3 GW[25]。

2. 产业格局

我国光伏建筑产业贯通从原材料生产到终端应用的全流程（见表1），上下游涉及的材料、装备、设计、建造、运维等全链条具有万亿元规模的绿色产业发展潜能。属于上游环节的隆基绿能科技股份有限公司、晶科能源股份有限公司、保定嘉盛光电科技股份有限公司等生产商，提供电池片、组件等产品。属于中游环节的江河创建集团股份有限公司、森特士兴集团股份有限公司、浙江东南网架股份有限公司等系统集成商，将组件集成为光伏屋顶、幕墙、遮阳板等产品。属于下游环节的建筑商和能源商，开发、建设并运维各种光伏建筑。

3. 产业政策与标准

我国发布了鼓励光伏建筑行业发展的一系列政策。通过“规划引领 ‒ 标准规范 ‒ 资金支持 ‒ 市场创新”的系统性政策体系，推动光伏建筑行业由试点探索阶段转向规模化发展阶段。《“十四五”建筑节能与绿色建筑发展规划》（2022年）明确了到2025年新增建筑光伏装机容量50 GW的发展目标[26]。2021年，国家能源局明确了屋顶光伏安装比例目标（党政机关建筑≥50%、公共建筑≥40%、工商业建筑≥30%、农村居民建筑≥20%）[27]；2025年，推出了“千家万户沐光行动”，要求将试点经验向农村地区深化推广[28]。在资金支持方面，北京、浙江等省份实施了差异化的补贴政策（如北京市针对非居民项目给予0.26元/kW·h的补贴）、税收减免措施（企业所得税实行“三免三减半”政策）来降低投资门槛，也推出了“光伏贷”“绿色债券”等金融工具以促进行业发展。《建筑光伏系统应用技术标准》（GB/T 51368—2019）是首个针对建筑光伏系统全生命周期的国家级技术规范[29]，为光伏与建筑深度融合提供了系统性的技术框架。

（二） 城市光伏建筑产业化发展面临的挑战

1. 政策系统性不足制约落地推广

我国虽然发布了支持光伏建筑发展的一系列政策，但受限于部门分工、目标侧重差异等因素，政策的系统性不足问题依然突出（见表2）。光伏建筑涉及建筑设计、新能源并网、土地管理等领域，相关政策由住建、能源、自然资源等部门分别制定，缺乏统筹优化和多目标协同。例如，住建部门强调建筑美观与安全，能源部门侧重提升发电效率，电网企业关注电网稳定性和并网安全，导致同一项目需满足多重且可能不一致的技术要求。实践中，不乏企业按照建筑规范完成光伏改造，却因并网参数不符而无法入网运行的情况，政策层面的系统性和协同性不足直接制约了项目落地实施。

2. 系统集成技术难以满足规模化推广需求

光伏建筑用户分散、负荷波动大，通常需与储能、建筑负荷（如空调和照明）、周边能源网络高效耦合，进而动态融入城市能源系统。随着城市更新的推进，单体光伏建筑需要向“建筑群+微电网+智慧调度”的集群化模式发展，以实现“1+1>2”的系统增益效应。然而，现阶段的系统集成技术难以支撑光伏建筑的大规模协同应用：光伏组件、逆变器、储能、建筑控制系统等核心设备的接口标准（如电气参数、通信协议、数据格式）缺乏统一的技术规范；交／直流混用等关键技术尚未突破；城市级“源网荷储”调度平台技术不够健全，导致光伏建筑集群化系统的综合碳减排效能下降超过15%，制约了光伏建筑从分散单体向集群化、规模化发展。

3. 现有市场生态难以保障发电收益

新能源电力全面进入市场化交易阶段，光伏建筑因项目体量小而在市场交易中议价能力弱，上网销售电价明显下滑。鼓励绿电交易的相关政策主要面向集中式电站，光伏建筑等分布式项目受困于“不能充分消纳、不能隔墙售电、不能灵活交易”的市场机制性障碍而难以形成稳定可持续的收益模式。针对光伏建筑的财政金融支持体系尚不健全，资本化工具和配套激励政策亦不充分，企业融资难、成本高，制约了相关产业的扩张速度。现有试点项目未能形成可复制、可推广的系统经验，也难以带动产业链协同发展和政策机制持续优化。

4. 基础设施薄弱难以支撑规模化负荷

《关于新形势下配电网高质量发展的指导意见》（2024年）指出，我国分布式新能源发展较快，部分地区承载力接近极限，存在配电网电压越限、电网调峰困难的情况，同时部分商业区、居民区的配变容量不足，难以支撑大规模充电设施接入[34]。这在一定程度上反映了配电网升级滞后于分布式新能源和充电设施发展的现状。多数城市的配电网仍按传统集中式供电模式设计，对分布式能源接入的适应性不足，导致部分区域变压器容量不足、线路过载，难以满足大规模光伏建筑的并网需求，存在“接入难、消纳难”问题。此外，配电网智能化水平较低，缺乏实时监测与动态调控能力，难以精准匹配光伏发电与用电负荷的时空差异，进一步加剧了消纳矛盾。在全国范围内因配电网制约导致的光伏弃电率平均为8%~12%，部分地区甚至超过20%，严重影响了项目收益与推广成效。

四、 城市光伏建筑产业化发展的关键环节

（一） 构建适合城市更新的光伏建筑模式

推广光伏建筑需兼顾存量改造、增量优化的双重需求，即解决既有建筑改造中的结构适配、风貌协调难题，也通过标准化、工业化方式提升新建项目的效率与质量。

1. 构建全流程标准化设计与装配式建造体系

针对光伏建筑装配式建造中的设计、生产、施工系统断层等问题，建立覆盖全生命周期的标准化技术体系。明确光伏组件与建筑防火、防雷等级的兼容性指标，可参照《建筑设计防火规范》（GB 50016—2014）、《建筑物防雷设计规范》（GB 50057—2010）修订专项技术标准。统一装配式构件的接口规范，制定光伏组件与建筑幕墙、屋面的机械连接强度、电气接入协议、热工性能等关键参数标准。推广模块化设计理念，将光伏系统与建筑围护结构、设备管线深度集成，建立包含光伏屋面模块、光伏幕墙模块在内的标准化功能模块库。依托参数化设计平台开发智能验证插件，建立方案快速生成能力，开展发电量计算、结构荷载计算、防火防雷检查等合规性智能验证。

2. 研发轻量化既有建筑光伏改造技术体系

针对既有建筑承重有限、防水层老化、改造空间受限等问题，攻关轻量化光伏建材和无损施工关键技术。采用结构优化设计，将光伏系统单位面积自重控制在15 kg/m2以内，适配老旧建筑的结构安全要求。优先采用柔性薄膜组件、轻质晶硅组件等新型材料，结合吸附式安装、导轨式无穿透施工工艺，避免破坏原建筑防水层，对老旧屋面的防水扰动降至“零穿透”。结合建筑年代与结构类型，建立承载力 ‒ 光伏容量匹配模型，形成覆盖坡屋顶、平屋顶、建筑立面等场景的改造技术包。

3. 建设光伏建筑装配式部品库及建筑信息模型一体化接口

建立涵盖建筑屋面、幕墙、遮阳、栏杆的光伏部品库，增加全生命周期碳排因子与动态成本接口，在每个部品中搭载“几何 ‒ 热工 ‒ 结构 ‒ 电气 ‒ 碳排 ‒ 成本”六维参数。开发与Revit、PKPM、广联达等主流设计平台的一键调用接口，深度融合建筑信息模型技术实现“建筑 ‒ 结构 ‒ 光伏”一体化设计[35]；通过拖拽式操作完成一体化建模，系统自动输出光伏部品清单、电气系统施工图、结构荷载校核报告，形成标准化、高效化的设计流程体系，大幅提升设计精度与效率。

（二） 建立光伏建筑与城市规划的协同融合体系

城市规划是空间资源配置的核心手段、推动光伏建筑规模化发展的制度保障。光伏建筑兼具能源基础设施、城市空间载体的双重属性，是城市能源系统向分布式、清洁化转型的关键支撑，布局城市空间、塑造城市风貌的重要元素。构建覆盖顶层设计、精准落地、全流程管控的协同规划体系，以科学规划引领城市光伏建筑产业可持续发展。

1. 总体规划阶段的顶层设计赋能

将光伏建筑发展目标纳入城市能源规划、绿色建筑专项规划以及“双碳”行动方案，在规划层面明确不同功能区域、建筑类型的光伏应用比例与实施路径。建立“光伏建筑潜力 ‒ 电网潜力”双目标模型，基于地理信息系统整合区域内的太阳辐射强度、地形地貌数据，精准测算不同城市空间的光伏建筑开发潜力；对接配变可开放容量、线路输送能力数据，明确电网接纳能力；通过模型求解，形成多目标优化的规划方案，保障区域内光伏建筑规模最大化，规避分布式光伏无序接入导致的电网过载、电压波动等问题。

在差异化指标体系构建方面，立足城市功能分区的资源禀赋与用能特征，制定精准化的光伏应用要求。在商业区，重点推进大型商业综合体、写字楼等公共建筑光伏幕墙一体化改造；在工业区，鼓励利用厂房屋顶开发分布式光伏项目，推广“自发自用、余电上网”模式；在居住区，推动社区级光伏微电网建设，提高居住用电清洁化占比。强化光伏建筑与城市交通系统、市政基础设施的协同布局，在大型停车场、公交枢纽、新能源充电站、城市高架桥等场所集成光伏发电设施，通过多功能复合设计提升城市空间资源利用效率。

2. 控制性详细规划阶段的精准落地

控制性详细规划重在解决光伏建筑与建筑形态、风貌管控、技术适配的精准对接问题。细化光伏建筑技术要求与实施准则，结合光伏组件安装角度、间距需求，优化建筑密度、高度、间距等规划指标，保障光伏系统发电效率与城市风貌的协调性。将光伏系统纳入建筑风貌管控体系，在风貌兼容性方面引入光谱相似度指标（CIE1976色度空间内ΔE≤2.0），通过参数化色彩匹配、材质选型等技术手段实现光伏构件与建筑整体风格的协调统一。

针对不同区域特性制定差异化的应用指引。对于历史文化街区，可在非核心风貌区的附属建筑等部位应用，推广与传统建筑风貌（如青灰、黛瓦、赭石）适配的多色彩光伏构件，采用仿古纹理设计与模块化安装方式，避免破坏历史建筑风貌。对于新建城区，鼓励采用新型光伏建筑一体化幕墙产品，结合建筑形态进行一体化设计，兼具科技感与艺术感，提升城市空间品质的现代化表达水准。对于产业园区，以功能性为主导，优先选择高效、耐用的标准化光伏组件，顾及发电效率并保持工业建筑的简洁风格。

3. 规划实施阶段的全流程联动管控

优化光伏建筑项目审批流程，建立“一站式”并联审查机制，整合自然资源、住建、能源等部门审批事项，合理简化技术审查、备案登记等冗余环节，明确各环节办理时限并压缩整体审批周期，提升项目落地效率。构建“规划 ‒ 建设 ‒ 运营”全过程监管体系，将光伏设施安装质量、系统发电性能、节能减碳成效等指标纳入建筑工程竣工验收的必检内容。建立定期评估机制，依托数字化平台开展光伏建筑运营效果动态监测与问题预警，强化全生命周期持续监管，确保规划目标落地见效。通过流程优化与监管强化的协同，为光伏建筑的规模化推广提供制度保障，加快建筑领域“双碳”进程。

（三） 打造城市级光伏能源数字协同平台

为破解分布式光伏、储能、可调负荷、充电桩等能源资源碎片化分布、协同调度困难、价值转化不足的行业性问题，构建城市级光伏能源协同平台，推动“光储充消”群落向可调度能源体系升级。面向管理部门、电网企业、投资商、物业、居民等主体，基于数字化技术打破数据壁垒、整合分散资源，建立可计量、可预测、可交易、可调度的数字孪生体系，形成城市能源“一张网”，为光伏建筑规模化发展提供能源数字化管控平台支撑。

1. “云 ‒ 边 ‒ 端”三级协同架构

在云端，建立城市级能源数据中枢，依托城市大数据中心建设能源专题库，打通自然资源（屋顶矢量图、日照辐射）、住建（建筑竣工图、结构荷载数据）、交通（充电桩布局）、电网（台区实时负荷、电压）等部门的政务大数据，形成城市光伏建筑资源“一张图”、负荷特性“一张网”、经济收益“一张表”。

在边端，建立街区级能量管理节点，在110 kV变电站、大型开关站部署“边缘能量路由器”，嵌入人工智能预测与优化模型，滚动生成“光储充消”群落的日前 ‒ 日内 ‒ 实时调度曲线，支持与电网的配电管理系统双向交互。实时感知街区内的光伏出力、储能状态、充电桩负荷、建筑用电等需求，动态调整功率分配策略。

在终端，建立建筑级能源物联网关。对于新建建筑，预留“能源物联网关”标准导轨、通信、取电接口。对于既有建筑，推广“壁挂式能源网关+非侵入式电流钳”套装，支持逆变器、储能功率转换系统、充电桩、智能电表等设备的全部接入与实时联网。

2. “源 ‒ 荷 ‒ 网 ‒ 碳”四维数字底座

对于数字孪生底座，通过卫星图和人工智能航拍完成城市建筑三维建模，自动识别朝向、遮挡、可用面积，1∶1生成建筑光伏资源数字孪生模型，支持一键排布组件、一秒测算发电量。

对于负荷预测底座，融合气象、建筑类型、节假日等因素，构建多维度负荷预测模型，精准预测未来24 h至7 d的负荷。持续优化模型，提升对极端天气、突发事件等不确定性因素的应对能力，确保预测结果的高可靠与实用性。

对于市场交易底座，面向区域电力现货、辅助服务、碳普惠、绿证等市场需求，自动生成分布式能源聚合商报价策略，统计“光伏建筑参与现货+储能+充电桩”三重收益数据。

通过碳排核算底座，构建“建筑 ‒ 街区 ‒ 城市”三级碳排因子库，整合电网基准线排放因子、光伏发电减排因子等数据，建立符合国际标准的碳核算体系，自动生成符合环境、社会、治理（ESG）披露要求的碳数据统计报告，纳入碳减排量、碳强度、减排贡献度等关键指标，为光伏建筑项目碳资产开发和交易提供数据支撑。

通过“源 ‒ 荷 ‒ 网 ‒ 碳”四维数字底座，将建筑、负荷、储能、充电桩转化为可统一调度的光伏建筑虚拟电厂，促进绿色电力资源的跨社区、跨主体、跨市场优化配置，为光伏建筑城市化发展提供可持续、可复制、可推广的“城市级数字操作系统”。

（四） 推进城市新型电力基础设施升级改造

1. 城市配电网柔性化升级

针对光伏发电波动性引发的电压波动问题，定向提升配电网的“源荷互动”调节能力。在光伏建筑集中接入区域，部署柔性调节控制系统、静止无功发生器等设备，将传统的配电变压器升级为有载调压智能变压器，以有效抑制电压越限、保障供电质量。

2. 储能与充电设施协同建设

构建分布式储能、集中式储能互补的电力缓冲体系。在居住区，结合充电桩分布建设“光储充一体化驿站”，形成“光伏发电 ‒ 储能存储 ‒ 充电桩供电”的闭环能源系统。在城市核心区，利用地下空间建设集中式储能站并接入城市配电网，在用电高峰时释放储能电力，缓解电网压力。针对不同应用场景优化储能技术选型，在工商业区域优先采用液流电池储能，在居住区推广锂离子电池储能系统。

3. 老旧电力设施迭代更新

开展城市老旧片区电力设施全生命周期改造，淘汰超期服役变压器，更换老化线路以提升载流能力。对于改造建筑内部配电系统，加装双向计量光伏并网装置，满足“自发自用、余电上网”需求。引入无人机红外检测、智能巡检机器人等技术，建立电力设施常态化运维机制。

4. “源荷储”一体化聚合网络构建

聚合光伏建筑、用户侧储能、可调节负荷（如空调系统、照明系统、电车充电系统），构建“源荷储”一体化群落，与智能微网协同构建“光储充消协同体系”（即分布式光伏、储能系统、充电桩、负荷消纳的一体化能源系统）。建立聚合商运营机制，通过参与区域电力调度、辅助服务市场等方式，支持绿色电力资源的跨主体优化配置，提升能源利用效率与系统稳定性。

五、 城市光伏建筑示范项目分析

（一） 项目概况

2021年8月27日，大连凯旋国际大厦发生火灾，导致外墙受到大面积损毁。随后，在凯旋国际大厦维修改造过程中应用了BIPV，既提升了建筑形象、打造了城市新地标（见图1），又新增了光伏发电能力、降低了建筑碳排放。融合彩色光伏技术、数字化设计方法，全面改造了建筑立面，成为国内首座彩色光伏建筑一体化的高层建筑[36]。改造后建筑立面以蓝色系为核心基调，搭配3564块高效光伏组件，总面积为2078 m2，总功率为247 kW，为城市更新中既有建筑的艺术化与绿色化改造提供了示范案例。

（二） 技术应用

该项目集中了多项BFPV关键技术，将建筑与光伏系统集成为功能化的光伏墙体构件体系，兼具美学表达、保温隔热、防风抗震、防水防护、隔声降噪、绿色发电等效能。

1. 艺术化的彩色光伏建筑材料技术

采用一维光子晶体结构显色涂层镀膜技术制备彩色光伏玻璃，将一维光子晶体薄膜与硅酸盐混合物无机材料粉熔融，在玻璃表面高温烧结形成10~50 μm致密高硬度玻璃态膜壁结构（见图2），解决了传统低温丝网印刷彩色光伏玻璃易褪色、附着力差，高温烧结工艺导致色彩饱和度与透明度下降的问题。对于彩色光伏组件，光电转化效率≥16.8%，色彩均匀饱满、耐候性强，无粉化脱落风险，实现建筑外装饰美观性与光伏发电效率的平衡。

2. 安全化的光伏建筑构造技术

应用小边框直挂式光伏幕墙构造体系，克服了传统明框幕墙易形成阴影遮挡、隐框幕墙依赖结构胶粘接存在安全隐患的缺陷。采用铝合金小边框与光伏玻璃一体化设计，边框不遮挡光伏电池，保障发电效率。通过压板卡件与自攻螺钉将光伏玻璃直接固定于龙骨，既满足一类高层幕墙的结构安全性要求，又实现光伏玻璃的独立拆装以及便于后期运维。铝合金边框与铝玻复合封装技术的应用，避免了聚乙烯醇缩丁醛胶片遇火产生烟气的隐患，使光伏玻璃燃烧性能达到A级标准，解决了高层光伏幕墙的防火难题。

3. 高效化的光伏建筑数字化设计技术

采用专业设计软件进行全流程数字化优化，确保建筑发电效率最大化。通过SUN软件进行辐照模拟，导入建筑数字化模型，输入项目地理信息与气象数据，分析了建筑立面的全年辐照度并生成伪彩图（见图3），明确了东南面、西南面为辐照强度较高区域并作为主要的光伏布局区域。通过PVsyst软件进行精细化发电测算，为电气设计、投资收益评估提供了数据支撑。优化光伏电气系统设计，在组件串并联方案设计时，从原有60种幕墙分格尺寸中筛选了4种适配尺寸，统一光伏组件规格，采用分区分色串并方式，进一步提高光伏系统发电效率。

（三） 效益分析

项目光伏系统年均发电量约为1.8×105 kW·h，建筑年总用电量约为6.2×105 kW·h，即光伏发电可满足建筑约30%的用电需求（见图4）。项目光伏系统的设计寿命为25年，总发电总量约为4.69×105 kW·h，可减少标准煤消耗约1431.15 t，减排CO2约3905.27 t、SO2约0.75 t、NO x 约0.84 t、碳粉尘约0.15 t。综合减碳效果相当于种植了3×105棵树木。

项目的电网价格为0.65元/kW·h，光伏发电收益约为11.7万元/年，在光伏系统的设计寿命期内累计发电收益约为292.5万元。按照光伏幕墙增量成本500元/m2计算，投资回收周期为8.9年，收益率约为10%。此外，光伏发电产生碳减排量，可通过碳交易平台实现额外收益，进一步提升项目的经济性。

六、 城市光伏建筑产业化发展建议

（一） 加强顶层设计，强化政策协同

构建“双牵头+多部门协同”组织机制，由发展和改革、住建部门牵头，联合工业和信息化、自然资源、科技等部门以及国家电网，组建专项工作组，明确各部门的权责清单，建立会商与评估机制。吸纳地方管理部门、行业协会、龙头企业作为观察员，构成“国家 ‒ 地方 ‒ 市场”联动的组织体系。

将光伏建筑在城市更新中的规模化应用设定为刚性任务，制定近、中、远期的量化指标，纳入相关国家规划、碳达峰行动方案、城市更新专项行动、可再生能源规划。专项工作组牵头开展现有政策的梳理与整合，消除冲突条款，形成涵盖设计、并网、土地、补贴、监管的“城市光伏建筑规模化发展政策一本通”。完善相关法律规章，填补制度空白，明确光伏建筑在新型城镇化建设中的比例要求。借鉴欧洲提出的建筑可再生能源强制要求，将光伏建筑纳入我国建筑强制性指标[37,38]。针对新建、改建建筑的屋顶和立面，制定统一的光伏建议安装比例（见表3）。

进一步完善城市光伏建筑项目的管理流程。在前期规划阶段，由住建、能源部门确定建设区域并编制选址指南。在审批建设阶段，由发展和改革部门开展并联审批、质量联合监管，合理压缩审批流程。在运营管理阶段，由能源部门牵头建立一体化调度平台，明确电价形成机制，推进能源协同调度与市场交易。

建立城市光伏建筑项目库，对符合规划要求的项目提供用地、容积率等方面的政策支持，如允许光伏设施占地面积不计入建筑密度计算过程，对采用光伏一体化技术的项目适当提高容积率奖励等。

（二） 突破系统集成技术，提升集群化效能

强化平台保障，构建多层次、全链条的光伏建筑科研创新平台。可集聚高校、科研院所、龙头企业的优势资源，设立国家级光伏建筑科研平台，集中开展前沿技术储备与跨学科基础研究，为行业突破瓶颈技术提供源头创新支撑。面向区域内的产业特色与技术需求，设立省部级重点实验室和技术创新中心，针对不同气候区建筑光伏的适配性、中低纬度分布式光伏效率提升等区域化课题开展定向研究，推动技术成果与地方产业需求精准对接。在产业应用层面，建设光伏建筑与城市融合技术研发中心、实验基地，为行业企业提供从实验室原型到产业化验证的全流程测试服务。依托优势高校开设光伏建筑系统工程专业定向培养项目，培育掌握光伏与建筑技术的复合型人才，形成覆盖基础研究、应用开发、成果转化、人才储备的完整平台支撑体系。

围绕智能平台研发、关键技术攻关两大方面集中开展研究。在智能平台研发方面，加速“源 ‒ 网 ‒ 荷 ‒ 储”一体化智能调度平台研究，提升建筑群动态响应与协同运行水平。深化基于人工智能的微电网控制、负荷预测与调度能力优化研究，提高建筑群动态响应与协同运行水平，确保能源系统高效运行。在关键技术攻关方面，集中优势力量解决跨系统协同控制技术短板，攻克“光储直柔”、交／直流融合、数字孪生运维等方面的瓶颈技术，支持光伏建筑群协同控制、多建筑多能耦合的预测与优化协同调度等研究。

构建跨系统、跨厂商的统一技术标准体系，加快核心设备的接口标准化研究，确保不同系统和厂商设备的兼容性及协同性。在通信协议方面，统一光伏组件、储能设备、电网调度等子系统的数据交互格式，解决“信息孤岛”问题。在设备接口方面，规范硬件连接标准，确保不同企业产品的兼容对接，提高光伏组件、逆变器、储能、建筑控制系统等核心设备的接口标准化水平。在调度控制环节，完善多能源协同运行逻辑，提升系统智能化调控水平。推动技术标准化、产品模块化、方案系列化发展，降低城市光伏建筑项目的建设成本与运维难度。

（三） 完善市场生态体系，形成多元支撑

完善绿电交易机制。管理部门发布光伏建筑绿电交易指导性意见，推动光伏建筑纳入绿电直连体系，确立同一配电台区“隔墙售电”机制，支持本地生产就近消纳，许可光伏建筑集中区域（如产业园区、新城片区）与高耗能企业建立长期直购协议，通过“点对点”消纳降低交易成本。探索建立光伏电量碳减排核证机制，纳入全国碳市场和国家核证自愿减排量体系，营造光伏建筑绿电市场化交易体系。加快分布式可再生能源发电项目绿证核发，便于光伏建筑项目通过绿证和绿电交易获得额外收益。优化绿证核发流程，实现分布式光伏电量自动计量、绿证在线申领，推动绿证与绿色信贷、ESG评级挂钩，强化市场激励效应。

强化财政金融支持。在专项国债、光伏建筑贷的基础上，合理拓展多元化融资途径。可通过多元化金融工具支持光伏建筑发展[39]，设立光伏建筑产业基金，着重支持城市更新中的建筑光伏一体化核心技术研发与示范项目建设。推行“以租代建”模式，鼓励第三方企业投资建设光伏建筑，许可业主以发电收益支付租金，降低初始投入门槛。完善绿色“不动产投资集合资金信托计划”（REITs）发行机制，将光伏建筑项目的碳减排收益纳入底层资产，增强产品吸引力。针对园区类光伏建筑项目，建议实施增值税即征即退、物业专项维修资金减免等政策，充分激发终端需求。

（四） 推进与城市更新结合的示范工程

住建部门将光伏建筑纳入城市更新重点建设范围，选择基础条件较好的城市实施“百城千区”示范工程，加快发展零碳城市更新示范区，覆盖工业园区、公共建筑集群等主力场景。推行零碳示范区认证制度，将可再生能源占比、碳排放强度、能源自给率等指标纳入相应评估体系。可参考德国《可再生能源法》的实施经验[37]，将光伏建筑渗透率纳入城市更新绩效考核指标，对新建公共建筑提出光伏安装强制标准，推动光伏建筑项目纳入基础设施REITs试点范围，形成可持续的市场化发展机制。

建设分布式发电、智能储能、高效用能一体化的城市光伏建筑示范区，形成可复制、可推广的建设运营模式。加强与国际组织、国外企业合作，推介我国城市光伏建筑特色方案，支持标准、技术、装备“走出去”。

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国家自然科学基金项目(U23A20657)

辽宁省科学技术计划项目(2025JH2/102800033)

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