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引言
(资料图)
为推动绿色发展，促进人与自然和谐共生，党的二十大报告明确指出要“协同推进降碳、减污、扩绿、增长，推进生态优先、节约集约、绿色低碳发展”。一方面要求“加快发展方式绿色转型”，加快推动产业结构、能源结构、交通运输结构等调整优化；另一方面要求“积极稳妥推进碳达峰碳中和”“重点控制化石能源消费”“推动能源清洁低碳高效利用”“加快规划建设新型能源体系”。为实现碳达峰、碳中和目标，预计到2030年，我国风电、太阳能发电总装机容量将达到12亿KW以上。
本文主要从光伏建筑一体化的维度切入，对太阳能光伏产业在旧金山和北京这两个处于同一纬度的城市在建筑领域的应用进行初步探索。
01
旧金山太阳能光伏产业发展概况
（一）地方政策及基本情况
（1）地方政策鼓励发展
加利福尼亚州（以下简称“加州”）针对10层以下的新建住宅和工业建筑制定了州法规，要求建筑物留出15％的屋顶空间，做好安装太阳能的准备。旧金山市议会辖下的公用事业委员会于2016年通过了要求10层以下新建住宅和工业建筑必须安装太阳能（光伏发电系统或太阳能热水器）的法规，且旧金山市的新法规比加州的法规更进一步，要求最初就必须在已经做好准备的屋顶上安装太阳能，法规从2017年1月开始实行。目标是希望在2025年实现100%可再生能源用电，这项立法的通过标志着该城市的目标进一步得以实现，此前旧金山15%中小型建筑已配备屋顶太阳能电池板。旧金山市为了扩大可再生能源的导入，还开展了电力零售业务。在尚未推行电力零售自由化的时期，供电市场一直被民营电力公司垄断，但该州2002年出台了一条名为社区选择集中（Community Choice Aggregation，CCA）的法规，允许地方政府针对家用、商用以及公共设施用电力需求，集中购买并提供电力。此外，还成立了NPO法人Clean Power SF，从2016年5月开始汇总社区的电力需求，并进行电力采购，为社区成员提供两种套餐。一个是“Green”，可再生能源所占的比例为35％；另一个名为“Super Green”，全部由可再生能源电力组成。
（2）高校云集助推技术研发
加州是全球最大经济体之一，是娱乐、信息、教育以及技术产业的国际中心，地区电子、软件、计算机行业发达，更是美国重要的电子工业基地硅谷的所在地，谷歌、苹果、脸书、英特尔等企业都聚于此。地区学术氛围浓厚，拥有斯坦福、加州理工学院、加州大学洛杉矶分校、加州大学伯克利分校、加州大学圣地亚哥分校、加州大学戴维斯分校等一流理工科高校。
在能源专业领域，加州伯克利拥有劳伦斯伯克利国家实验室，是一个隶属于美国能源部的国家实验室，从事非绝密级的科学研究。加州戴维斯分校在交通和能源方面也有详细研究，除建筑领域外更是在汽车领域做出更多探索，零排放长途卡车运输技术正在开发中。加州理工学院也于近期研发出新型光子芯片，使光子量子信息处理器成为可能。庞大的高校数量及理工科专业的顶尖研究能力使得加州在技术研发上获得更多优势。
（二）具体案例——Honda home
从建筑层面来说，当地大学已经尝试更多地使用太阳能设施，以斯坦福大学中央能源设施（Central Energy Facility）为例。项目用金属屏风遮挡了重型基础设施——遮阳棚架实际上是为整个建筑供电的太阳能电池阵列。此外，住宅建筑在加州戴维斯地区，也在2014年就做出了一些探索。Honda home作为独栋的住宅建筑，房屋白天通过屋顶的太阳能板收集能量，供晚上使用，且屋内设置可直接监控能源变化情况的显示屏，使用者可以更加直观地看到能量变化情况。Honda home的核心是家庭能源管理系统（Honda home energy management system），系统通过太阳能、房屋建筑、固定电池和电动汽车（Honda Fit）、电网五个维度进行展示和调控，系统引入了智能电网技术，积极对能源进行管理使用，并与业主和公用事业供应商保持沟通。在戴维斯地区，Honda home在不牺牲任何物质条件和便利性的情况下，只消耗了同样大小的新家一半的能源。如家庭有过剩的能源，系统将会将其流入电网用于其他地方，因此如每个家庭都配置一个家庭能源管理系统，电力资源将会更加可靠和便宜。
图：Honda Home
来源：编者于加州实地拍摄
02
北京太阳能光伏产业发展概况
（一）地方政策及基本情况
（1）建筑+光伏模式逐渐成型
2022年3月11日，住建部发布了《“十四五”建筑节能与绿色建筑发展规划》。《规划》提出十四五期间节能和绿色建筑发展的目标：城镇新建居住/公共建筑能效水平提升30%/20%，完成既有建筑节能改造面积3.5亿平方米以上，建设超低能耗、近零能耗建筑0.5亿平方米以上等。光伏发电是建筑运行阶段实现节能减碳的有效方式之一。根据全国建筑能耗和碳排放结构，建筑运行阶段能耗总量中有49%来自于电力，碳排放总量中公共建筑占比38%。建筑减碳领域早已被广大企业当作深入探索的重点领域，尤其是绿色建筑，装配化建造方式、超低能耗建筑和近零能耗建筑、新型建材等，蕴藏不少发展机会。推动建筑迈向近零能耗是全球的发展趋势，未来将会看到更多的光伏幕墙、光伏屋顶、光伏窗户、光伏棚出现在人们的日常生活中。2023年5月，北京市财政局、发展改革委等四部门联合发布《关于印发推进光伏发电高质量发展实施意见的通知》和《关于印发推进光伏发电高质量发展支持政策的通知》，制定推进北京光伏发电高质量发展的系列支持政策。为鼓励社会广泛参与，市级财政对光伏发电项目给予分级分类的补贴支持，对光伏新技术与应用、重点建筑的分布式光伏发电项目、环保类光伏发电项目这三类，按30%、20%、10%给予不同比例的建设投资资金支持。
（2）市管企业助力碳达峰
2022年底，北京市管企业碳达峰行动方案出台，从推动构建绿色产业体系、打造低碳能源体系、强化科技创新支撑等7个维度25条措施助推国有经济绿色低碳发展。长期以来，市管企业积极践行绿色北京发展战略，大力推进节能降碳。此次行动方案要求，将碳达峰碳中和纳入市属国资国企发展全局，全面融入市管企业中长期发展规划，加快构建有利于碳达峰碳中和的国有经济布局和结构。新能源智能汽车、城市供热、交通、建筑、物业和产业园区，这些都是北京低碳发展的重点领域，行动方案分门别类提出针对性措施。在建筑领域，大力推广精准装配式建筑，因地制宜推广太阳能光伏、光热和热泵技术应用，建筑领域将加快推进以全周期低碳化为导向的绿色转型。新建公共机构建筑、新建厂房屋顶光伏覆盖率力争达到50%。以企业办公大楼、酒店商超等公共建筑为重点，市管企业还要率先推动符合条件的既有建筑绿色低碳化改造。
（二）具体案例——北京大兴国际机场
能源行业是北京市推进绿色低碳发展的主战场，积极发展非化石能源，在符合条件的既有产业园区、办公楼宇、工业厂房、地铁车辆段、公交场站等合理布局分布式光伏发电系统。作为建筑领域典型案例，北京大兴国际机场以“光伏+机场”的建设模式进行了重要探索。机场停车楼屋顶光伏发电系统建设于机场东停车楼和西停车楼2幢建筑，安装面积1.8万平方米。项目根据建筑分布情况将整个发电系统分为若干个子系统，每个子系统太阳能光伏发电电力经直流汇流－逆变-交流汇流后，并入项目380V母线，所发电量自发自用，多余电量送入当地配电网。作为全球距离跑道最近、国内首个飞行区跑道旁铺设的光伏系统，项目对未来民航领域推进光伏系统建设和可再生能源应用的创新具有示范意义。
图：北京大兴国际机场
来源：网络公开资料
03
同一纬度地区发展经验参考借鉴
不论在美国还是国内，建筑环境对自然环境、人类健康和经济有着巨大的影响，建筑能耗占比也较大。建设之初就通过采用设置太阳能电池板等绿色建筑策略，能很大限度地提高经济和环境效益，发展经验在同一纬度的不同城市之间也可互相借鉴。
（1）各项因素促进技术进步
加州阳光充足，旧金山的平均温度为14℃。在安装太阳能电池板之前，所在地区的日照水平、屋顶大小和太阳能电池板的角度都很重要，这些因素对家庭供电有着巨大的影响。但需注意的是，加州由于“地广人稀”及房屋产权所属等因素，发展户用光伏行业更具优势，而北京市目前则是更多还是从公共建筑、厂房和商业建筑开始推行，鼓励企业参与。此外，以风能、太阳能为基础的能源发电受地域和天气影响比较大，具有间接性和波动性，其调节难度加大，需要储能系统进行消纳稳定性等相关问题，这些因素也倒逼储能技术进一步提升，系统中引入储能环节后，可以有效地实现需求侧管理，消除昼夜间峰谷差。
（2）政策经济因素推动产业发展
不论是旧金山还是北京，都是经济较好且政策发布较为密集的前沿地区，这些因素进一步助推太阳能光伏产业发展。在旧金山，受各类因素影响，太阳能发电系统对任何家庭来说都是一个很好的补充。首先，太阳能电池板能为家庭提供可再生能源，环保同时又能提高居住者舒适度和健康度。其次，降低运营成本，安装太阳能电池板能明显减少电费。再次，改善空气和水质、减少废物流，同时还能减少对当地基础设施的压力。安装太阳能电池板的唯一明显缺点是投资成本，而技术进步已推动成本大幅下降，全球太阳能光伏的平均化电费成本由2010 年度的 0.417 美元/千瓦时大幅下降至 2021 年度的 0.048 美元/千瓦时，下降幅度达到 88%，这也使得国内包括北京在内的更多地市和企业加入太阳能光伏产业建设中来。
（3）从建筑到汽车的应用领域延伸
2020年，加州成为首个在大多数新房屋的屋顶上都安装太阳能电池板的州，这对已经在该州良好发展的户用光伏行业来说是一个里程碑。但是由于冠状病毒大流行导致建筑业放缓，新房屋的许可减少，有可能延迟美国首次在全州范围内实施居民太阳能指令。即使在通常情况下，所有新建筑也要花费数月的时间才能完全符合加州建筑能耗法规（每三年更新一次）的要求。建筑行业放缓并未影响太阳能行业发展，早在2015年加州理工学院科研团队就开发了新的太阳能驱动制氢设施，今年4月，加州发布了一项电动计划，稳步提升电动车和其他零排放汽车的销量，计划要求到2026年在该州销售的35%的新乘用车以电池或氢能为动力。在汽车保有量较高的美国，太阳能产业的应用已经从建筑领域开始延伸到汽车领域，加州在实施新法规方面的丰富经验以及当地雄厚的技术力量支撑，为类似地区在应用领域的不断延伸提供了较为清晰的发展路径参考。
参考文献：
[1]旧金山要求新建筑物必须安装太阳能 美国首个出台法令的大都市,光伏头条
[2]北京大兴国际机场投运丨“光伏+机场”厉害了,广州太阳能光伏展
[3]北京市管企业碳达峰行动方案出台 25条措施助推国有经济绿色低碳发展,北京日报
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作者|火石创造 曾亚
原文标题 : 从旧金山到北京，同一纬度城市太阳能光伏产业发展路径分析
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