研报精选|光大证券；建筑光伏：从 BAPV 到 BIPV，分布式风口已至（一）

一、“双碳”目标助力建筑光伏领域新蓝海

1.1、 光伏与建筑深度融合，BIPV 接力 BAPV 迎来新发展

       BAPV/BIPV 是光伏与建筑的重要结合方式 ：

      截至 2020 年，建筑光伏装机量约占分布式光伏装机量的 50%，占总光伏装机量的约 15%，光伏与建筑结合的形式逐步成为光伏装机的重要组成部分，按照结合的方式，可以将技术路线分为 BAPV 和 BIPV 两大类。

　　BAPV是目前建筑光伏的主要形式，不影响原有建筑物的功能，而是通过将光伏发电组件安装在已有建筑的屋顶、墙面等结构，再连接蓄电池和逆变器等装置，以实现利用建筑闲置空间发电，提高发电效率的目的。
　　BIPV即光伏建筑一体化，则更加注重光伏组件与建筑的融合,包括光伏屋顶和光伏幕墙等，二者同时设计和施工，光伏发电组件成为建筑材料的一部分，同时具备发电和建材的双重功能，形成光伏与建筑的统一体。

BIPV 作为建筑光伏的新方案，在安全性、观赏性、便捷性和经济性方面都具备一定优势。
（1）BIPV 不需要额外装置以固定光伏设备；其光伏组件也不像 BAPV 一样暴露在外面，不易受外力侵蚀，更具安全性；
（2）BIPV 将光伏组件融入建材，使建筑更具整体性，可以通过改变组件的颜色、形状和透明度等进行定制化设计，使其更具观赏性；
（3）BIPV 因其建设难度小、工期短，安装便捷性要高于 BAPV； （4）BIPV 避免了墙体和固定装置的成本，维护的便利性减小了对已有建筑的毁损，降低了维护成本；
（5）光伏组件与建筑的深度融合提高了 BIPV 的稳定性，使其使用寿命远长于 BAPV，具有一定经济性。

（1）早在 1967 年，日本 MSK 公司最早提出建筑光伏一体化产品概念；
（2）1991 年，旭格公司在德国慕尼黑推出“光电幕墙”，后来德国、日本、美国、西班牙等国家建成了大量 BIPV 系统工程； 
（3）2004 年，我国在深圳园博园和北京天普工业园中建成国内首批 BIPV项目，此后若干 BIPV 项目跟进，一系列基于 BIPV 设计的建材产品得以陆续问世。

　　目前BIPV光伏组件的分类可大致分为两种：晶体硅BIPV光伏组件和薄膜类BIPV光伏组件。
　　新工艺不断被应用到晶体硅电池的研发，晶体硅类光伏电池的转换效率不断提高。晶体硅BIPV光伏组件是使用EVA或者PVB胶膜，在多层钢化玻璃中间封装晶体硅电池片。晶体硅电池的核心是PN结，位于N型层和P型层的交界处。减反射膜使更多的太阳光到达PN结，从而提高光能的利用效率。随着光伏行业的发展，晶体硅类的转换效率不断提高，目前单晶硅的转换效率高达23%，多晶硅的转换效率略低，在21%左右。

　　薄膜类光伏电池具备更佳的弱光性和温度系数等优势，在弱光等环境中广泛应用。薄膜类光伏电池主要分为三大类：（1）硅基类薄膜光伏电池（非晶硅、微晶硅和多晶硅）、（2）多元化合物类薄膜光伏电池（碲化镉（CdTe）、铜铟镓硒（CIGS）和砷化镓（GaAs）、（3）有机类薄膜光伏电池（有机太阳能电池和染料敏化）。薄膜类光伏电池主要使用喷溅或沉积工艺，将原材料喷溅或者沉积到玻璃中，再使用激光对玻璃进行划刻，最后用PVB膜进行封装得到薄膜类光伏电池。

　　与晶体硅光伏电池相比，该类电池的转换效率较低，但是由于其透明度可调、观赏性更高，并且具有较好的弱光性和更优的温度系数，使其在高温和弱光环境中的表现更佳。同时薄膜类光伏电池受遮挡的影响小，热斑效应不明显使其对环境的适应性强于晶体硅类光伏电池，使得在高温等特殊环境中得到广泛应用。

BIPV应用形式多样，助力绿色建筑行业发展
　　光伏设备主要与建筑在墙体、屋顶和遮挡装置等结构进行结合。BAPV将光伏设备安装到已有建筑物上，常见安装方式包括屋顶倾角、屋顶平铺以及墙面贴附安装等。BIPV的应用形式更加多样化，光伏组件可以与幕墙、采光顶、屋顶、阳台等建筑结构结合形成绿色建筑，应用场景更加广泛。目前光伏与建筑材料结合的形式主要包括与屋顶、墙体和遮挡装置相结合。

（1）光伏幕墙：光伏组件与建筑物的墙面结合，将普通玻璃替换为光伏玻璃进行幕墙的建设。光伏幕墙不仅要满足光伏组件本身的性能要求，还需要满足幕墙的建筑功能，例如抗风压、气密性能、透明度以及美观度等，因此对光伏组件的要求很高。根据光伏幕墙采用的光伏玻璃组件的类型，可以将光伏幕墙分为两大类：晶体硅类光伏幕墙系统和碲化镉薄膜类光伏幕墙系统。相对而言，晶体硅类的转换效率更高，更加适合在强光环境中工作。薄膜类能够根据建筑物的需要进行定制化的设计，更具美观性和协调性。

（2）光伏屋顶：建筑物屋顶往往接受太阳光的条件最好，因此光伏系统在屋顶的应用十分广泛。通过将光伏组件嵌入建筑物的屋顶，以实现太阳能发电的目的。在光伏组件的设计上，为满足多类需求，大多选用硅电池，即晶硅类电池和非晶硅薄膜类光伏电池。根据屋顶的类型不同，光伏屋顶可以大致分为平屋顶式、斜屋顶式和曲面屋顶式三大类。平屋顶式可以通过调整光伏组件的角度，以获得最大的太阳辐射量和最大的发电量，因此平屋顶式的经济效益最高。斜屋顶式是通过调整屋顶的角度，寻找最佳倾角以满足光伏组件需要的最佳光照角度。曲面屋顶式可以满足建筑物的美学需要，但是由于受力更加复杂，因此对光伏组件的力学性能要求更高，施工难度和建设成本更高。 

（3）光伏遮阳：光伏组件与建筑遮阳相结合，利用建筑的阳台、空调栏板、露台、遮阳挑板等功能性构件设置光伏组件，起到发电与遮阳统一作用。按照光伏遮阳系统的这样形式不同，可分为光伏水平建筑遮阳、光伏垂直建筑遮阳和光伏挡板建筑遮阳三种。垂直类的能有效控制从墙体四周进入室内的太阳辐射应用也最普遍。光伏挡板建筑遮阳一般应用在东西方向的外窗，设计更为灵活，既可以平行于墙面，也可以不平行于墙面。在材料选择上，多晶硅电池以及非晶硅电池在光伏遮阳的应用较为普遍。尤其是非晶硅电池，尽管其转换效率较多晶硅电池低，但是因为其造价低、厚度小、弱光性强、热斑效应不明显等优势，在光伏遮阳系统中应用广泛。

BIPV的分布式发电系统可以分为离网型和并网型两类分布式。
　　离网型光伏发电系统可配有储能系统，在简易应用场景、电网不发达、消纳有压力的区域使用。我国光伏发电多以集中式电站推广，这有赖于我国强大的经济模式和电网体系。若使光伏对传统能源的渗透进一步加快，分布式光伏的推广是必要的步骤，而在此过程中，简易应用场景，部分地区用电需求提升与电网的不发达，以及区域能源供需问题致消纳存在障碍都为离网型光伏分布式系统提供了机会。离网型也称独立型发电系统，一般包括光伏电池方阵、蓄电池、太阳能充放电控制器、独立逆变器等设备。离网型发电系统不与电网相连，利用太阳能转化成电能储存在蓄电池中，在偏远山区、海岛以及路灯等场景广泛应用。

　　并网型发电系统更适应城市、电网发达区域，有利于BIPV发电的经济性以及平抑光伏发电峰谷特性。并网型光伏发电系统不经过蓄电池储存电能，通过BIPV组件产生的直流电通过并网逆变器转换成符合要求的交流电，直接输入公共电网。光照不足时，并网型系统从电网中获取电能。由于并网型光伏发电系统节省了蓄电池存储和释放能量的过程，减少能量消耗和空间占用，降低了运营成本。