新闻动态

近日，南方科技大学环境科学与工程学院叶斌团队在工程技术领域顶刊Applied Energy期刊上发表了题为“Energy-economy-environment evaluation of building-integrated photovoltaic considering facade factors for representative megacities in China”的研究论文。该研究开发了一个建筑光伏一体化系统（BIPV）节能降碳综合评估模型，评估了中国代表性气候区域十个特大城市太阳能资源禀赋和BIPV的节能降碳潜力。该研究采用多维图像和三维建筑足迹的方法创新性的对建筑侧立面光伏系统的发电潜力进行了评估。此外，还探讨了建筑光伏一体化系统与电动汽车的耦合互联，以评估电动汽车在降低电网峰谷差方面的作用。

中国的特大城市为分布式BIPV的发展提供了良好的环境，这些系统可集成到屋顶、立面和遮阳结构等建筑元素中，具有高度适应性。该研究旨在开发一个“能源-经济-环境”潜力评估系统，用于测量包含屋顶光伏和立面光伏的BIPV的潜力。研究选择了中国十个特大城市来代表不同地区的建筑设计类型。每个特大城市都是我国代表性气候地理区域内人口聚集、能源消费密集的主要中心城市。根据气候类型，在五个气候区分别选择了如下城市：冰冻地区（哈尔滨）；寒冷地区（北京、拉萨和西安）；夏热冬冷地区（重庆、南京和上海）；温暖地区（昆明）；夏热冬暖地区（广州），并测算了这些城市的BIPV发电量和电网供电量。研究通过城市建筑数据集、太阳辐射和电动汽车数据集，量化中国特大城市的BIPV潜力和电动汽车削峰填谷潜力，对城市光伏电站开发具有重大参考意义。

研究框架图

研究结果表明，十座特大城市的BIPV系统年发电量各不相同，从14.19TWh（拉萨）到108.92TWh（上海）不等。当BIPV潜力最大时，其占全市总发电量的34.97%-80.46%，表明BIPV的发电潜力巨大。其中，由于立面光伏的集成，显著提升了BIPV潜力。以北京为例，由于北京的平均建筑高度较高，立面光伏提升了149%的发电潜力。此外，其余九个城市的BIPV发电潜力提升率也在37%-65%之间，这进一步证实了立面光伏在提高BIPV发电潜力方面的重要作用。

图1 中国十大城市的建筑光伏一体化发电量和电网供电量

随着电动汽车在各个城市的普及，电动汽车的用电量占总发电量的6.39%-16.46%。因此，研究还考虑了电动汽车系统在BIPV中的消纳能力，BIPV-EV的协同作用可显著提高建筑光伏一体化自发电的比例。以乌鲁木齐的BIPV为例，电动汽车的消纳能力使分布式系统过剩电力下降了13.81%。与单独部署BIPV相比，电动汽车可有效充当额外负载，吸收分布式系统富余电力，从而降低电力系统的过剩电力比率和电网回售比率。

图2 因电动汽车消费造成的电网回售和多余电量的降低率

该研究可为BIPV发展提供理论支撑，通过构建节能降碳综合评估模型，从能源、经济、环境三方面全面评估BIPV系统发电潜力，为未来研究实践提供科学依据。同时，探索BIPV与电动汽车耦合互联，为多能互补能源系统研究拓展新思路。该研究极具实践指导价值，为城市规划者和决策者推广建筑光伏一体化技术、实现节能减排目标提供科学依据，也为电动汽车行业发展提供新视角，提升其能源利用效率和环境效益。在城市化推进与气候变化压力下，采用BIPV和电动汽车消纳战略，对城市能源生产向可持续低碳发展转型至关重要。

南方科技大学环境科学与工程学院叶斌助理教授为论文通讯作者，2023级硕士研究生余哲为论文第一作者，南方科技大学为论文第一作者单位。论文的合作者还包括叶斌课题组硕士研究生陈翠莹，博士后娄铎，哈尔滨工业大学（深圳）蒋晶晶教授。该成果得到叶斌主持（72173058）和参与（72394391）的国家自然科学基金支持。

复制下方论文链接至浏览器访问，即可查看论文：

https://authors.elsevier.com/a/1ks0t15eifFubw