在如今 “碳達峰、碳中和” 目標成為國家戰略布局的大環境下，咱們都在努力尋找更環保、更可持續的能源利用方式。這時候，光伏發電作為一種可再生的清潔能源，就像一顆耀眼的新星，受到了大家的廣泛關注。各地政府也紛紛行動起來，出臺各種政策，鼓勵推動光伏系統的應用。而光伏建筑一體化，更是作為建筑領域的重要減碳手段，吸引了建設主管部門的目光，多地都在積極謀劃光伏屋頂計劃，光伏建筑的發展迎來了前所未有的機遇。不過，這項技術在實際應用中到底怎么樣呢？今天，咱們就以深圳福田中心區的一個超高層建筑光伏建筑一體化項目為例，看看它近十年的 “成長歷程”，從中總結經驗，引發思考。

《海上風電場經濟性與風險評估.pdf》

項目概況：深圳福田中心區的 “光伏超高層”

這個項目位于深圳福田中心區，是一座 “巨無霸” 級別的建筑，建筑面積達到了 27 萬平方米。光伏建筑一體化系統是在項目建設后期才規劃建設的，就好比給已經快完工的房子 “加裝” 了一套發電裝備。2013 年初，這套系統終于建成并投入試運行，總裝機容量為 102kWp，設計年發電量為 10 萬 kW?h 。想象一下，這些電量足夠普通家庭使用好多年呢！ 由于項目外立面和建筑整體效果的限制，光伏組件的安裝位置可以說是 “見縫插針”。它們分布在 246m 高的塔樓屋面，63m 高的裙樓屋面東、南、西三面玻璃護欄外圍，以及裙樓屋面花園東、西遮陽棚頂等地方。為了方便對光伏系統進行管理和使用，項目把光伏系統分成了塔樓屋面、裙樓屋面東和裙樓屋面西三個獨立的小系統，就像把一個大工廠分成了三個小車間，各自負責發電工作。

項目的三大光伏 “小車間”

塔樓屋面光伏系統：“高高在上” 的發電能手

塔樓屋面光伏系統安裝在 246m 的高空，就像站在城市的 “肩膀” 上收集陽光，它的裝機容量是 12.6kWp，設計年平均發電量約 12760kW?h 。這個系統和建筑本身的功能相對獨立，完全按照光伏電站的設計要求來打造。這里的光伏組件朝向和傾角都是以光伏發電最佳方位布置的，就好比給它找了一個曬太陽的 “黃金位置”，所以它就像一個小型的光伏并網電站，發電效率那是相當不錯。

這里用的光伏組件是 70 塊 180Wp 的單晶硅雙玻組件，這種組件就像一個 “三明治”，由 5mm 鋼化超白玻 + 2.28PVB&CELL + 5mm 鋼化白玻組成。因為屋面風大，為了保證組件的安全，采用了夾膠玻璃工藝制作，而且組件邊框按照幕墻材料工藝要求設置了安裝扣槽，就像給組件穿上了一件堅固的 “鎧甲”，穩穩地固定在屋頂上。

在陣列并網方面，采取 14 串 ×5 的連接方式接入一臺 12kW 并網逆變器，然后直接接入大樓配電柜內，實現了本地發電、本地使用。這就好比自家種的菜自家吃，發出來的電直接供大樓使用，減少了運輸損耗。安裝支架直接焊接在屋面鋼構梁上，支架結構與光伏板的安裝構造都是按照屋面結構進行嚴格設計計算復核的，確保在高空中也能穩穩當當，不怕風吹雨打（圖 1）。

裙樓屋面東光伏系統：“條件受限” 的努力者

裙樓屋面東光伏系統安裝在 63m 的高度，裝機容量 44.7kWp，設計年平均發電量約 48100kW?h 。不過，這個系統可沒有塔樓屋面系統那么 “幸運”，它受到安裝部位建筑防排水、建筑效果等功能的限制。打個比方，就像在一個有限的空間里做事情，處處都要考慮周全。所以，這里的光伏組件規格尺寸都是專門定制的，安裝角度和朝向也不符合最佳發電要求，但它依然努力地工作著，為大樓貢獻電量。

這里的光伏組件分為兩部分，東面和南面東側玻璃護欄外側用的是 145 塊功率 180Wp 的單晶硅雙玻組件，東側遮陽棚用的是 930 塊 20Wp 的單晶硅雙玻組件。同樣考慮到屋面風載，采用夾膠玻璃工藝制作，組件邊框設置安裝扣槽。

在陣列并網時，護欄外側光伏組件采取 13 串 ×5 并布線連接方式接入一臺 12kW 逆變器，16 串 ×5 并布線連接方式接入一臺 15kW 逆變器；遮陽棚頂光伏組件兩組采取 100 串 ×3 并布線連接方式接入一臺 6kW 逆變器，一組采取 110 串 ×3 并布線連接方式接入一臺 6kW 逆變器。最后，這 4 臺并網逆變器輸出的電匯入光伏系統配電柜后，再接入大樓用電端配電柜內，實現本地發電、本地使用。

安裝支架也很有講究，護欄外側光伏組件安裝采取屋面預埋 + 鋼方通或鋁型材組成支架方式；遮陽棚格柵光伏組件則采取建筑采光頂玻璃安裝方式（圖 2 - 圖 7）。

裙樓屋面西光伏系統：對稱的 “發電伙伴”

裙樓屋面西光伏系統和裙樓屋面東光伏系統就像一對雙胞胎，完全對稱布置。它同樣安裝在 63m 的高度，裝機容量 44.7kWp，設計年平均發電量約 48100kW?h 。發電后，經并網逆變器就近并入大樓供配電系統，和東光伏系統一起，為大樓的用電默默貢獻力量（圖 8）。

項目運行維護：十年的 “酸甜苦辣”

發電量統計分析：有起有伏的發電之路

項目光伏建筑一體化系統從 2013 年建成驗收并投入運行，到現在已經有近十年時間了。我們來看看這完整 8 年的發電量統計數據（表 1）。從數據里能發現，排除電池自然衰減的因素，前 6 年系統發電相對穩定，就像一個靠譜的 “打工人”，每天按時完成任務。但近兩年，由于光伏組件破損、逆變器故障等原因，發電量減少了很多，就像一個人生病了，工作效率也跟著下降。

再從裝機容量與實際發電量對比來看，塔樓屋面系統發電效率最高也最穩定，畢竟它有著 “黃金位置” 的優勢。從安裝部位對比，裙樓屋面西系統比東系統發電多，說明西向的受光條件更好一些。不過，就算三個系統加起來，總發電量和大樓年耗電近 4000 萬 kW?h 相比，光伏發電對大樓用能的貢獻還是非常小，就像大海里的一滴水。從經濟角度算一筆賬，項目在全壽命周期內預計總發電量在 150 萬 kW?h 以內，根本難以抵消建設運維成本。不過從減碳貢獻來看，還是有一定成績的，按照相關規定計算，累計能減少不少二氧化碳排放呢。

注：2020 年出現光伏組件受損，2021 年 5 月裙樓屋面東光伏系統停用。

日常維護管理：“精心呵護” 的發電系統

光伏系統投入使用后，日常的運行維護工作就像照顧一個孩子，需要細心和耐心。每天都要對系統運行狀況進行巡查，看看有沒有什么異常情況；每半年對光伏組件表面進行清潔，就像給組件 “洗個澡”，這樣才能保證它更好地吸收陽光；臺風季節前后，要對光伏組件檢查緊固，防止被大風吹壞；還要對光伏逆變配電系統的故障進行維修，確保整個系統正常運轉。

應用存在的問題：不得不面對的 “難題”

雖然這個項目運行了近十年，但在使用過程中也遇到了不少問題。

第一個問題是逆變器故障的處理。一些常規的運行故障，物業電工還能解決，但相對核心的控制板塊一旦出問題，就很難修復了。廠家一般會以升級換代為由，建議更換新的逆變器，可對于這種小型電站來說，更換逆變器的成本實在太高了。目前項目質保期過后，已經有 3 臺逆變器沒辦法修復使用了。

第二個問題是光伏組件破損的更換。項目采用的是定制的雙玻光伏組件，市場上根本找不到備件供應。質保期后，裙樓屋面光伏系統累計有 13 塊光伏組件玻璃自爆或受外物撞擊破損，一直沒辦法更換，就像人受傷了卻找不到合適的藥。

第三個問題是供應商的服務問題。光伏建筑一體化系統一般規模都不大，供應商對這種小項目服務積極性不高，對于定制系統的服務更是跟不上。受行業發展整合的影響，現在想找到原供應商或者合適的光伏組件都非常困難。

最后一個問題是維護成本偏高。要更新逆變器和破損的光伏組件，需要投入大量費用，可這些投入幾乎沒有產出，讓人很難下定決心繼續維護使用。綜合考慮這些問題，項目從 2021 年 5 月起停用了裙樓屋面東光伏系統，把這個系統的光伏組件和逆變器留著，作為裙樓屋面西光伏系統故障維修時使用。

總結與思考：光伏建筑一體化的 “未來之路”

這個項目光伏系統運行近十年，雖然裝機容量不大，但過程中遇到的問題對以后的項目有很大的參考價值。從好的方面來看，系統的安全耐久性還是可以接受的，無論是光伏組件、安裝支架，還是電線電纜等，都經受住了近十年戶外環境的考驗，特別是在 2018 年 “山竹” 強臺風的沖擊下，依然沒有出現大問題。系統運行可靠性也值得肯定，平時不用特殊管理，發電功能也能基本保持正常，雖然中間出現了組件破損等情況，但沒有對系統運行造成致命影響。而且，系統并網運行也沒有影響大樓的用電質量，因為裝機容量小，光伏發電的波動對大樓用電幾乎沒有影響。

不過，從這個項目的規劃設計、建設運行過程中，我們也總結出了很多經驗教訓，有以下幾點值得思考：

第一，光伏系統規劃要提早。這個項目的光伏系統是后期才規劃建設的，結果適合安裝的塔樓屋面空間已經被太陽能熱水、機電排風設備和擦窗機軌道等占據，裙樓屋面的園林景觀設計也完成了，導致最終安裝部位和裝機容量受限。而且，因為是后期增加，找不到合適的光伏配電機房空間，只能安排在屋面的收納儲物間，機房溫度常年偏高，影響了逆變器等設備的使用壽命和效率。從光伏組件破損情況來看，大多是因為周邊建筑施工或臺風引起外物沖擊造成的，所以組件布置應盡量避免在容易發生外物沖擊的高度。以后的光伏建筑一體化系統建設規劃，一定要和建筑設計同步進行，規劃時充分考慮使用管理與更新維護等需求，這樣才能讓光伏系統和建筑更好地融合，發揮出最大價值。

第二，光伏組件產品要通用。項目在選擇光伏組件時，考慮到組件使用部位較高，避免出現系統性破損，最終選用了夾膠玻璃生產工藝的 “雙玻組件”。但在使用過程中，一旦破損，補片非常困難。對于光伏建筑一體化項目，尤其是城市公共建筑上的應用，如果選擇定制的光伏組件，后期維護會面臨很大問題，選擇常規組件會更穩妥。常規光伏組件一般是 “單玻組件”，如果做 BAPV 系統，盡量選用這類產品。如果是 BIPV 系統，因為對組件有特殊要求，多采用 “雙玻組件”，但也要因地制宜，盡量讓組件具有互換性，完工后還得保存一部分備片。

第三，光伏組件安裝要牢靠。項目光伏組件安裝在臺風區域的超高層建筑屋面，支架與預埋設計參照建筑幕墻和屋面結構的要求進行復核，還對光伏組件的鋁合金邊框參照幕墻安裝節點做了專門設計。以后的光伏建筑一體化項目，光伏組件不管安裝在屋面還是墻面，都要以圍護結構的結構安全為標準。如果是作為構件安裝，安裝支架、與主體結構的連接要進行結構計算，安裝構造參照幕墻或采光頂的安全耐久要求；如果是作為建材安裝，光伏組件本身要滿足建筑功能要求，安裝固定構造符合圍護結構規范要求。

第四，配套材料選擇要同壽命。光伏系統由組件、支架、預埋、逆變器等很多部分組成，要想讓系統長期可用，達到設計使用年限，組成系統的材料應盡可能同壽命，或者便于更換。晶體硅電池使用壽命在 25 年以上，那么相關的支架、連接件等在選材時就要充分考慮，不能讓某個部件過早損壞，影響整個系統的運行。

第五，運行維護管理要規范。光伏建筑一體化系統相當于把光伏電站建在了建筑上，日常運行維護要按照光伏電站的要求來做。現在很多建筑的運行管理委托給物業公司，對于物業來說，光伏系統維護管理是新任務。在工程移交時，除了做好交底培訓，還要有書面的維護管理指南，對日常巡查、光伏組件清潔、組件安全檢查、常見故障排除等做出明確規定。建筑光伏一體化項目設計時，還要考慮光伏組件清潔時的廢水收集與排放構造設施，避免清潔時對其他部位造成污染。

結語：機遇與挑戰并存的光伏建筑一體化

近年來，我國光伏產業發展得那叫一個快，2021 年我國光伏發電新增裝機 5488 萬 kW，累計裝機突破 3 億 kW，連續七年位居全球第一。過去 10 年，光伏組件、光伏系統和光伏上網電價平均下降 90% 以上，光伏發電成本比煤電成本還低，再也不是只有社會效益沒有經濟效益的扶持產業了。在國家產業政策和 “雙碳” 目標的推動下，光伏行業迎來了新的發展機遇。

光伏建筑一體化系統作為中小型的近用戶端分布式新能源電站，成了城市建筑減碳的熱點。但在發展過程中，我們不能盲目跟風，要保持冷靜思考。在建設時，以安全可靠、經濟適用為原則進行合理規劃設計，嚴格把控建設質量，規范運行維護管理，避免出現只為完成任務而粗制濫造的工程。只有這樣，光伏建筑一體化技術才能真正發揮作用，為我們的綠色低碳生活貢獻力量，讓我們的城市更加環保、更加美好！