化石能源的大面積使用讓人類從農(nóng)耕時代過渡到了工業(yè)時代，而如今的信息時代也需要源源不斷的能源做支撐。但是化石能源帶來的高碳排放以及高污染讓全球氣候在短短不到200年的時間發(fā)生了重大變化。北方的朋友有沒有意識到，近兩年我國北方的降水明顯偏多，城市特大洪澇災(zāi)害變多。今年四月，印度的最高氣溫竟達到了驚人的55℃。環(huán)境氣候問題給社會、企業(yè)及個人帶來的風(fēng)險在日益增大，在《巴黎協(xié)定》的倡議下，全球二氧化碳的排放量需要立刻遏制并達到在2050年碳排放量比1990年下降80%-95%的目標(biāo)。

我國清華大學(xué)研究報告分析：到2050年我國非化石能源占一次能源消費比重應(yīng)超過70%，非化石能源電力將占總發(fā)電量的約90%。由此可知，在我國能源戰(zhàn)略目標(biāo)不變的前提下，未來30年里太陽能光伏發(fā)電會迎來萬億級的市場規(guī)模。過去10年，從2010 年到2021 年中國光伏裝機量復(fù)合增長率為63.7%，2021年中國新增光伏裝機54.9GW，中國也成為了全球新增可再生電能源裝機量最多的國家。在進行后續(xù)閱讀前，還請先了解下圖框架。

圖1 光伏發(fā)電行業(yè)的整體架構(gòu) 圖1 光伏發(fā)電行業(yè)的整體架構(gòu)

一、集中式光伏與分布式光伏

集中式光伏電站是國內(nèi)光伏發(fā)電的最初應(yīng)用形式。集中式光伏電站指利用荒漠地區(qū)的廣闊空間和相對穩(wěn)定的太陽能資源，集中建設(shè)的大型光伏電站，具有選址靈活、空間限制小、擴容相對容易，運行成本低、便于集中管理等優(yōu)點，同時能夠充分利用太陽輻射與用電負(fù)荷的正調(diào)峰特性，起到削峰的作用。但是集中式光伏在實際應(yīng)用過程中存在缺陷，我國的經(jīng)濟重心在東南沿海地區(qū)，其用電需求遠高于人煙稀少的西北地區(qū)。由于電網(wǎng)輸配電能力遠小于集中式光伏的電能生產(chǎn)能力，導(dǎo)致了嚴(yán)重的“棄光”現(xiàn)象。雖然近年來我國的特高壓技術(shù)緩解了西電東送的問題，但是整體情況仍然不容樂觀。

于是，為了緩解集中式電站的建設(shè)壓力，國家大力提倡分布式光伏電站的解決方案。分布式光伏電站一般指裝機規(guī)模較小、布置在用戶附近的發(fā)電系統(tǒng)。它一般接入10千伏或更低電壓等級的電網(wǎng)，具有輸出功率相對較小、易推廣、污染小、能夠緩解局部地區(qū)的用電緊張等特點。近年隨著分布式光伏的大力推廣，集中式光伏裝機量占比不斷下降。從總量上看，2021 年國內(nèi)集中式光伏裝機量仍有199.1GW，占國內(nèi)光伏總裝機量的65.0%。但從增量上來看，2021年全年國內(nèi)分布式光伏新增裝機量29GW，占全年新增光伏裝機總量的55%，第一次在增量上超過了集中式光伏裝機量。下圖為“十三五”規(guī)劃以來，集中式光伏和分布式光伏累計裝機情況。明顯看出，未來分布式光伏會成為光伏發(fā)電的主導(dǎo)。

圖2 集中式和分布式光伏累計裝機量及增長情況

二、BAPV與BIPV

隨著分布式光伏電站在城市中逐步發(fā)展，為了節(jié)省光伏設(shè)施用地，建筑與分布式光伏是完美的結(jié)合，于是城市建筑成為太陽能光伏的主要載體。中國能源局發(fā)布的《關(guān)于整縣屋頂分布式光伏開發(fā)試點方案的通知》指出：黨政機關(guān)建筑屋頂總面積可安裝光伏發(fā)電比例不低于50%；公共建筑屋頂總面積可安裝光伏發(fā)電比例不低于40%；工商業(yè)廠房屋頂總面積可安裝光伏發(fā)電比例不低于30%；農(nóng)村居民屋頂總面積可安裝光伏發(fā)電比例不低于20%。這一政策進一步加速了分布式光伏在建筑上的應(yīng)用。目前，光伏建筑主要有兩種形式：BAPV(Building Attached Photovoltaic)，也稱為“安裝型”太陽能光伏建筑和BIPV（Building Integrated Photovoltaics），也稱為建筑光伏一體化。

圖3 BIPV（左）與BAPV（右）圖示

BAPV主要形式是將光伏系統(tǒng)附著在建筑表層，主要應(yīng)用于屋頂，通過支架將普通光伏組件固定在彩鋼瓦或者水泥屋頂上。BIPV是將光伏發(fā)電裝置融入建筑、合二為一，除屋頂外還可應(yīng)用于幕墻/遮陽/溫室等場景。下表為BAPV和BIPV在各方面的差異。

表1 BAPV與BIPV的區(qū)別

由表可知，BIPV從設(shè)計、材料、性能、施工、維護以及造價方面均要優(yōu)于BAPV，按理說BAPV應(yīng)該會被BIPV給完全替代。但實際數(shù)據(jù)顯示，2019及2020年，全球BIPV新增裝機量分別為1.15GW和2.3GW，僅占當(dāng)年新增光伏裝機量的0.95%和1.73%；其中中國2020年BIPV裝機量709MW，僅占國內(nèi)分布式光伏裝機量的4.5%，占新增光伏裝機總量的1.5%。BIPV在完勝BAPV后為何僅占了如此少的市場份額？其實這主要源于建筑光伏的應(yīng)用場景。建筑光伏分為增量市場、存量市場，BAPV和BIPV側(cè)重各不相同。

BAPV主要應(yīng)用于存量改造：（1）容易審批，建筑改造需要經(jīng)相關(guān)部門批準(zhǔn)，不改變原有建筑結(jié)構(gòu)可降低審批難度；（2）性價比高，既有屋面保養(yǎng)良好的情況下，經(jīng)過簡單處理即可加設(shè)光伏支架；（3）建設(shè)周期短，不需要拆除原有屋頂，減少施工時間；（4）減少對原有建筑的破壞，重建屋頂容易損壞部分老舊建筑結(jié)構(gòu)，架設(shè)支架可以降低結(jié)構(gòu)變化程度。

BIPV更適合新建建筑，主要有以下幾點：（1）便于驗收，新建建筑需滿足建筑強制標(biāo)準(zhǔn)，一體化建筑結(jié)構(gòu)便于驗收；（2）投資較低，BIPV一次成型，無需后期改造；（3）施工精度高，新建大型建筑由設(shè)計院統(tǒng)一設(shè)計，對建筑結(jié)構(gòu)要求明確，可降低后期事故隱患；（4）增大光伏裝機容量，屋頂、立面均可設(shè)計采用BIPV，增加建筑節(jié)能效果；（5）設(shè)計一致性強，提升建筑美觀程度。

因我國目前既有建筑面積約800億平方米，2021年新建建筑面積僅為315萬平方米，這增量和存量建筑巨大的差異造成了BAPV和BIPV市場規(guī)模的顯著區(qū)別。但是在未來，BIPV的市場規(guī)模會隨著新建建筑的大面積使用而不斷擴大。

三、晶硅電池和薄膜電池

目前，BIPV光伏組件按表現(xiàn)形式可分為建材型組件和構(gòu)件型組件，建材型組件包括光伏瓦，光伏透光頂、光伏玻璃幕墻等，構(gòu)件型組件主要包含光伏遮陽板和光伏雨棚等。BIPV光伏組件按電池類別可分為兩類：晶硅電池光伏組件和薄膜電池光伏組件，其中薄膜組件主要有非晶硅型、碲化鎘（CdTe）型、銅銦鎵硒（CIGS）型以及最新的鈣鈦礦型等，薄膜型組件的轉(zhuǎn)換效率、單位面積功率等是目前科學(xué)界研究的熱點。下表為晶硅光伏組件和薄膜光伏組件的性能對比。

表2 晶硅光伏組件和薄膜光伏組件的性能對比

晶硅電池為主流，薄膜電池受制于電池量產(chǎn)效率與成本，當(dāng)前體量目前尚小。但與傳統(tǒng)晶硅太陽能相比，薄膜發(fā)電產(chǎn)品具有以下優(yōu)點：（1）理論轉(zhuǎn)換效率更高。薄膜電池（如CdTe）具有更高的理論光電轉(zhuǎn)換效率，約30%；（2）溫度系數(shù)低。薄膜電池比晶硅太陽能電池溫度系數(shù)低一半左右，低溫度系數(shù)即電池組件輸出功率更不易受氣溫影響，因此薄膜電池更適合于高溫、沙漠及潮濕地區(qū)等嚴(yán)苛應(yīng)用環(huán)境。（3）弱光效應(yīng)好。薄膜電池在清晨、傍晚、陰雨天等弱光環(huán)境下發(fā)電優(yōu)于晶硅電池，比晶硅電池具有更長發(fā)電時間。

性能特點決定了晶硅和薄膜光伏組件的應(yīng)用場景。晶硅組件目前擁有高轉(zhuǎn)化效率、低成本、高單位面積功率等特點，因此屋面目前主要使用晶硅組件。而薄膜組件戶外性能明顯更優(yōu)：（1）有建筑美學(xué)要求，晶硅組件顏色單一無法滿足，薄膜組件色系可調(diào)整，可按客戶要求更改適配設(shè)計；（2）對透光性有要求，相對晶硅組件，薄膜組件透光性可在0~70%范圍內(nèi)大幅度調(diào)整，避免因透光問題帶來的額外照明消耗多余電力；（3）對組件工作溫度有要求，晶硅組件溫度系數(shù)高，在工作時會產(chǎn)生更多熱量，熱量傳導(dǎo)到室內(nèi)，會導(dǎo)致室內(nèi)降溫消耗額外的電力。因此薄膜組件更適合安裝于建筑的立面。

四、市場規(guī)模

對于建筑光伏市場，需要分兩個部分來進行分析：（1）存量市場，即既有建筑；（2）增量市場，即新建建筑。

圖4 BAPV與BIPV的在建筑光伏市場的占有情況

在既有建筑中，考慮到建筑的立面通過改造安裝光伏板會影響建筑的結(jié)構(gòu)安全，所以既有建筑的市場一般只在建筑屋面處。不管是住宅還是工商業(yè)及公用既有建筑的屋面，如果選用BIPV組件進行改造，會增加拆除原始屋面結(jié)構(gòu)的工序，不僅增加了建造成本，而且還會給建筑結(jié)構(gòu)帶來破壞，導(dǎo)致建筑物后續(xù)滲水等隱患。所以既有建筑基本上采用BAPV這種附加在建筑屋面的獨立光伏組件，其光伏陣列可以按照光照入射的最佳角度安裝，最大限度地獲得發(fā)電量。

對于新建建筑，不管是住宅或是工商業(yè)及公用建筑的立面如果要安裝光伏組件，BIPV因其自身的透光性、溫度系數(shù)低、弱光性、密閉性以及輕質(zhì)性等相比BAPV眾多的優(yōu)勢絕對是最好的選擇，不僅提高建筑運行時的節(jié)能性，還能保證建筑的美觀性。關(guān)于新建建筑的屋面，我們需要將住宅與工商業(yè)及公用建筑分開來考慮。新建住宅建筑的屋面由于不需要透光，屋面的結(jié)構(gòu)也不影響美觀，開發(fā)商更愿意選用成本更低的BAPV作為屋面光伏組件的首選。而對于工商業(yè)及公用新建建筑的屋面，經(jīng)濟效益和安全性其選擇光伏組件類型的主要因素。工商業(yè)客戶相比住宅業(yè)主，更重視安裝成本、發(fā)電效益、使用壽命以及維護條件，并且可再生電力一般不納入能耗雙控。投資方更關(guān)注投資回報與建筑產(chǎn)權(quán)，工業(yè)廠房屋頂資源豐富，建設(shè)面積較大、用電量多，且電價高、自發(fā)自用比例大，以上特性決定投資工商業(yè)建筑的屋面光伏組件更多的會去考慮使用回收期短、收益率有望更高的BIPV型組件。

根據(jù)既有和新增建筑用地面積、住宅和工商業(yè)建筑密度、改造比例、滲透率、STC（標(biāo)準(zhǔn)測試條件）功率預(yù)計未來5年國內(nèi)BAPV和BIPV光伏裝機量的情況，具體測算過程與結(jié)果見下圖。

圖5 2025年國內(nèi)建筑光伏屋頂裝機量

圖6 2025年國內(nèi)BIPV屋頂裝機量

圖7 2025年國內(nèi)BIPV立面裝機量

通過估算得出，2021年國內(nèi)分布式光伏新增裝機29GW，同比增長87%；其中戶用光伏新增裝機量21.5GW，同比增長112.9%，未來仍將維持較高增速。通過對國內(nèi)現(xiàn)有存量建筑市場和未來增量建筑市場空間的測算，我們預(yù)計截止到2025年，國內(nèi)建筑光伏屋頂裝機量將達到237.42GW，其中BIPV屋頂累計裝機28.66GW，BAPV屋頂累計裝機209.76GW，分別占裝機總量的12.07%和87.93%，2021~2025 年新增建筑光伏裝機量的CAGR（年復(fù)合增長率）超過20%；建筑光伏立面以BIPV為主，預(yù)計累計裝機量達10.63GW。

五、企業(yè)布局

BAPV市場和技術(shù)均已成熟化，隨著存量市場不斷縮小，BAPV的市占率會不斷的下降，未來BIPV在新建建筑中的優(yōu)勢會迎來BIPV的爆發(fā)式增長。BIPV具備跨行業(yè)交叉特點，其本質(zhì)屬于建材，同時也是光伏對建筑的賦能，因此通常具有更復(fù)雜的技術(shù)規(guī)范，性能指標(biāo)高于普通光伏系統(tǒng)，既要兼顧建筑材料的安全耐久、抗風(fēng)抗震、防火防水和保溫隔熱等要求，也要考慮不同工程所采用的不同規(guī)格、設(shè)計和結(jié)構(gòu)要求。

根據(jù)工程項目設(shè)計與施工的差異，BIPV是一種高定制化屬性的產(chǎn)品。在BIPV制造環(huán)節(jié)中，光伏企業(yè)由于缺乏建筑設(shè)計與施工的知識和經(jīng)驗，不能深入挖掘建設(shè)單位的想法和意圖，導(dǎo)致互相溝通不當(dāng)、工程效率低下、技術(shù)不規(guī)范等問題。而在BIPV施工環(huán)節(jié)，建設(shè)單位缺乏光伏技術(shù)儲備，可能會出現(xiàn)BIPV錯誤安裝，影響發(fā)電效率以及建筑安全。因此，具備產(chǎn)品研發(fā)、設(shè)計能力的上游光伏廠商和具備產(chǎn)品安裝、施工、運維經(jīng)驗的中游系統(tǒng)集成廠商，合作共贏，共同探索推動BIPV市場快速發(fā)展。下表為近期部分光伏企業(yè)與建筑建材企業(yè)的合作情況匯總。

表3 光伏企業(yè)與建筑建材企業(yè)的合作情況

從表中可以看出，建筑鋼結(jié)構(gòu)與金屬圍護結(jié)構(gòu)、建筑防水材料以及光伏組件的龍頭企業(yè)均在近期跨入了建筑光伏一體化產(chǎn)品與服務(wù)的行列，市場競爭異常激烈。精工鋼構(gòu)、東南網(wǎng)架等建筑企業(yè)利用自身在鋼結(jié)構(gòu)與金屬圍護結(jié)構(gòu)的經(jīng)驗與技術(shù)與光伏龍頭廠商合作，拓寬自身的業(yè)務(wù)范圍和市場規(guī)模，這中強強聯(lián)合的合作模式能夠促進BIPV技術(shù)與市場的快速發(fā)展。另外值得注意的是，防水材料龍頭東方雨虹、凱倫股份、科順股份等加速進入光伏建筑領(lǐng)域。防水龍頭不僅精于主業(yè)，同時常年與地產(chǎn)企業(yè)、工商業(yè)戶主、建筑施工方以及設(shè)計院保持長期合作關(guān)系，下游客戶資源同樣豐富。

近年來由于晶硅電池的轉(zhuǎn)換效率高于薄膜電池，以及晶硅電池市占率高的規(guī)模效應(yīng)帶來的成本優(yōu)勢不斷地壓縮著薄膜電池市場份額，薄膜電池的全球市占率由2010年的約14%下降到約4%。CdTe是薄膜電池主流技術(shù)。2020年全球薄膜太陽能電池產(chǎn)能約10GW，產(chǎn)量約6.48GW，其中CdTe電池產(chǎn)量約6.2GW，占比為95.7%，CIGS 電池產(chǎn)量占比僅為4.2%。

圖8 薄膜電池市場份額趨勢

但是隨著綠色建筑政策指引、薄膜電池技術(shù)發(fā)展、市場供需選擇以及經(jīng)濟效益考量，從2022年開始，薄膜電池的市場規(guī)模會逐步回升。薄膜電池市占率的增長主要源于建筑立面要與光伏融合必將首選薄膜型BIPV。主要有以下幾點優(yōu)勢：

（1）弱光性保證建筑更長的發(fā)電時間。建筑屋面能夠容易調(diào)整光伏板的傾斜角度，使光伏轉(zhuǎn)換效率達到最大化。而建筑立面基本為不可改變的垂直結(jié)構(gòu)，固定的傾斜角度影響發(fā)電效率，但薄膜電池更優(yōu)異的弱光性能夠使電池在弱光環(huán)境下發(fā)電時間長于晶硅電池。

（2）色彩多樣性保證建筑更美的外觀特征。晶硅電池制絨環(huán)節(jié)中，硅片表面腐蝕量差異將導(dǎo)致電池片發(fā)生色差，此外，晶硅電池片顏色決定組件主要為藍色系，色彩較單調(diào)；而薄膜電池具備顏色可調(diào)整優(yōu)勢，目前薄膜電池生產(chǎn)BIPV 組件幾乎涵蓋所有常見色系，符合BIPV 建筑立面對色彩的多樣化需求。

（3）透光性保證建筑更好的采光效果。建筑的采光情況不僅影響著建筑的節(jié)能效果，還決定了使用者的居住體驗感。尤其是寫字樓或者商業(yè)廣場需要安裝透光的建筑幕墻，此時薄膜型BIPV的透光性相較不透光的晶硅型BIPV具有充分的優(yōu)勢。

（4）輕質(zhì)性保證建筑更低的建造難度和成本。建筑自重越大，支撐結(jié)構(gòu)要求越高，則建筑支撐結(jié)構(gòu)的建造難度與成本也越高。薄膜電池因自身工藝原因重量輕于晶硅電池，使用薄膜BIPV組件時施工難度和成本都會下降。此外，在建筑幕墻領(lǐng)域，薄膜BIPV組件對鋼支撐結(jié)構(gòu)的要求和成本明顯低于晶硅組件。

而對于薄膜電池的生產(chǎn)廠家，國內(nèi)企業(yè)數(shù)量偏少。美國First Solar在CdTe太陽能薄膜電池產(chǎn)能規(guī)模上有明顯優(yōu)勢，產(chǎn)能達到6300MW，國內(nèi)實現(xiàn)量產(chǎn)的包括成都中建材、杭州龍焱和中山瑞科3家，成都中建材目前在產(chǎn)產(chǎn)能100MW。CIGS太陽能薄膜電池，日本的Solar Frontier擁有全球最大的產(chǎn)能，國內(nèi)實現(xiàn)量產(chǎn)的包括漢能、中建材等，其中，中建材凱盛科技在產(chǎn)產(chǎn)能300MW，中建材Avancis在產(chǎn)產(chǎn)能200MW。

表4 2020 年全球主要薄膜電池廠商產(chǎn)能

六、總結(jié)

一個產(chǎn)業(yè)的興起需要具備以下幾點要素：（1）政策傾斜度、（2）原料豐富度、（3）技術(shù)成熟度、（4）市場廣泛度、（5）成本控制度。目前，建筑光伏一體化則正處在“五度”融合的時間點上，再加上相關(guān)龍頭企業(yè)紛紛入局，目前的藍海市場勢必會在未來一段時間殺成一片血色的紅海。

在市場不斷拓展的過程中，有著幾點希冀：（1）技術(shù)層面：薄膜電池能有更大的技術(shù)突破，提高太陽能轉(zhuǎn)換效率、降低溫度系數(shù)和提高弱光性；（2）投融資層面：金融機構(gòu)推出創(chuàng)新的建筑光伏金融產(chǎn)品，并完善現(xiàn)有金融產(chǎn)品，幫助企業(yè)和個人切實得到建筑光伏轉(zhuǎn)型的好處，防止“光伏貸”等亂象再次發(fā)生；（3）企業(yè)行動層面：大型企業(yè)應(yīng)該優(yōu)先站出來響應(yīng)國家政策，自身的工商業(yè)建筑應(yīng)該加大建筑光伏一體化的比例，為企業(yè)自身的碳中和目標(biāo)打下堅實的基礎(chǔ)，也為社會、環(huán)境以及公司治理（ESG）做出應(yīng)有的貢獻。