我国建筑屋顶光伏应用潜力分析

苏翠霞，邢艳艳，林 奕，金汉臣，肖文芹，魏 玮

（1.浙江建科节能环保科技有限公司，浙江杭州310012；2.浙江省建筑科学设计研究院有限公司，浙江杭州310012）

光伏技术是一项利用太阳能转换为电能的成熟可再生能源技术。2018年4月，工业和信息化部等六部门联合印发的《智能光伏产业发展行动计划（2018—2020年）》中指出：在有条件的城镇建筑屋顶建设独立的“就地消纳”分布式建筑屋顶光伏电站和建筑光伏一体化电站，促进分布式光伏应用发展。但我国建筑屋顶光伏应用潜力究竟有多大却无权威数据。本文通过对杭州市某行政区为典型模型的数据分析，推算预测全国城镇建筑屋顶光伏应用潜力，旨在为光伏产业健康发展提供参考。

1 应用潜力分析

1.1 杭州市某行政区建筑屋顶光伏资源调查及可利用面积比例分析

近年来，杭州市建设主管部门组织了辖区内民用建筑基本信息和建筑能耗调查统计工作。本文此次数据模型选定为杭州市某行政区2017年民用建筑基本信息统计调查结果，按照《民用建筑设计通则》的分类原则，分别统计该区高层（10层及10层以上）建筑、中高层（7～9层）建筑、多层（6层及以下）建筑的总建筑面积和建筑投影面积，主要调研数据为：1）公共建筑及居住建筑占总建筑面积比例；2）多层公共建筑、高层公共建筑、多层居住建筑及高层居住建筑占总建筑面积比例；3）各类建筑投影面积占总建筑面积比例。

通过近一年的调研统计，得出截止2017年底的该区民用建筑面积及投影面积调研结果，见表1。

由表1可见，将民用建筑按公共建筑和居住建筑划分，公共建筑投影面积为42.17万 m2，占比19.96%，居住建筑投影面积为169.12万m2，占比80.04%。将民用建筑按建筑高度划分，不难看出，无论是居住建筑还是公共建筑，10层及其以下的屋顶资源都占到该区总屋顶面积的3／4。可见，多层及中高层建筑屋顶是主要的屋顶资源。

在目前建筑面积“寸土寸金”的形势下，建筑屋顶除了作为建筑物最上部的承重围护构件外，还越来越多地承担了其他建筑功能，例如放置空调设备、生活水箱、消防水箱、消防设备，种植绿化，开发商业设施等，这些均与屋顶安装光伏组件相冲突。另外还要考虑周边建筑物遮挡等不利日照条件，于是，可利用于安装光伏组件的屋顶面积（后文简称“可利用面积”）就十分有限。笔者对杭州的20栋公共建筑和20栋住宅建筑进行了可利用面积分析，得出了可利用面积占屋顶面积的比例。公共建筑可利用屋顶面积约占建筑投影面积的20%，居住建筑可利用屋顶面积约占建筑投影面积的25%。

表1 该区各类建筑屋顶面积调研结果

1.2 全国可利用屋顶资源分析及预测

根据《中国建筑能耗研究报告（2017）》数据显示，2015年，全国建筑总面积达到613亿m2，其中公共建筑面积约为113亿 m2；城镇居住建筑面积248亿m2；农村居住建筑面积252亿m2。其中公共建筑面积占总面积的18.4%，城镇居住建筑面积占总面积的40.5%，农村居住建筑面积占总面积的41.1%［1］。目前我国正处于城镇和新农村建设快速发展时期，每年城乡新建房屋建筑面积近20亿m2。建筑投影面积计算参考上文的统计数据。农村居住建筑按多层建筑计算，城镇建筑多层、中高层、高层的比例参照上文的统计数据。经推算，全国2015年末、2020年末建筑投影面积汇总见表2。

表2 全国2015年末、2020年末建筑投影面积汇总

根据前文分析，公共建筑可利用屋顶面积约占建筑投影面积的20%，居住建筑可利用屋顶面积约占建筑投影面积的25%。则2015年末，公共建筑可利用屋顶面积达4.6亿m2，居住建筑可利用屋顶面积达11.6亿m2，全国建筑总可利用屋顶面积达16.2亿m2。至2020年末，公共建筑可利用屋顶面积达5.3亿m2，居住建筑可利用屋顶面积达13.5亿m2，全国建筑总可利用屋顶面积达18.8亿m2。每年新增公共建筑可利用屋顶面积1 400万m2，新增居住建筑可利用屋顶面积达3 800万m2。

考虑到既有建筑的产权、屋顶承载力及具体使用等复杂情况，应优先在新建建筑中应用太阳能光伏技术；而公共建筑较居住建筑有产权单一的优势，所以在新建建筑中，应优先考虑新建公共建筑应用太阳能光伏技术。如每年新增公共建筑可利用屋顶面积的50%，新增居住建筑可利用屋顶面积的20%用于布置光伏组件，按照10 m2屋顶面积的光伏装机容量为1 kW 估算，则全国每年将新增1 460 MW的新建建筑光伏应用量。

既有建筑部分采取保守估计，如果每年既有公共建筑可利用屋顶面积的5%和既有居住建筑可利用屋顶面积的1%用于布置光伏组件，全国每年将新增3 460 MW 的既有建筑光伏应用量。

如顺利实现以上应用目标，全国每年将新增4 920 MW的建筑光伏应用量，每年新增建筑光伏发电量约为59亿kW·h。建筑光伏应用潜力巨大。

2 经济、社会、环境效益分析

2.1 经济效益

根据保守估计，全国每年将新增4 920 MW 的建筑光伏应用量，每年新增建筑光伏发电量约为59亿kW·h。按每度电1元计算，全国每年将节省59亿元的建筑能耗费用。

2.2 社会效益

推动建筑屋顶光伏技术应用，将提升我国城镇和建筑光伏应用的质量和效率，加快培育城镇和建筑光伏应用技术的新产品和新业态，实现光伏智能创新驱动和持续健康发展，支持清洁能源智能升级。

2.3 环境效益

根据以上测算，我国城镇建筑光伏应用系统每年新增的发电量约为59亿kW·h，折合节省约236万t标煤，减少588万t二氧化碳，17.7万t二氧化硫，8.85万t氮氧化合物排放，进而保护了环境。

3 结 语

本文对全国建筑屋顶光伏应用潜力进行了预测，结论显示，建筑屋顶资源体量巨大，建筑屋顶光伏应用大有可为。建议主管部门完善相关建筑光伏应用的标准规范体系，科学引导光伏这一可再生能源技术在建筑屋顶上安营扎寨。建筑屋顶光伏应用，必将成为我国能源供给安全和建筑节能减排目标实现的有效途径。