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English 近日，南方科技大学环境科学与工程学院助理教授叶斌课题组在工程类一区期刊Journal of Building Engineering发表题为“Environmental and economic evaluation of urban building-integrated photovoltaic and electric vehicle system”的最新研究成果。
光伏发电技术的快速发展已成为城市减少碳排放的重要手段。与大型光伏电站相比，安装在闲置建筑表面的分布式光伏建筑一体化（BIPV）系统既不占用有限的土地资源，也不破坏生态平衡，且随着柔性光伏组件的发展以及光伏效率的逐渐提升，城市建筑侧立面光伏资源的开发逐渐变得日益经济可行。且随着可再生能源容量的不断增加，越来越多的可再生能源被并入城市电网，对于比例较高的可再生能源系统，电动汽车（EV）是重要的储能来源，其大规模接入影响了建筑用电负荷特征。
目前还缺乏对包含立面光伏的BIPV系统进行环境经济分析的研究。在此，本研究提出在新建城市开展“建筑光伏+电动汽车”的耦合发展模式，可以实现很好的新能源消纳和降碳效果。研究构建了一个综合评估框架（图1），优化城市内建筑光伏与电动汽车集成系统的整体经济效益，以评估BIPV-EV 集成系统在多种情景下的能源-环境-经济（3E）潜力，填补对立面光伏经济潜力研究的空白。
图1.BIPV-EV系统研究框架
研究结果显示，BIPV-EV系统可有效减少二氧化碳排放和降低电力成本（图2）。具体而言，与利用独立屋顶光伏（RPV）的BIPV系统相比，安装FaPV可使发电量增加高达67.60%。在城市脱碳方面，采用 BIPV 系统可在短期和长期分别减少41.91%和34.99%的二氧化碳排放量。对不同方案的平准化能源成本（LCOE）评估显示，RPV+FaPV（SE）-EV系统和 RPV+FaPV（SW）-EV 系统的配置在短期和长期内都是最具成本效益的方案，其中BIPV的发电量分别占总发电量的48.10%和31.90%。
图2.多情景下BIPV-EV系统的环境参数和经济参数对比
此外，在电动汽车耦合方面，在光伏系统短期和长期潜力最大的情况下，采用电动汽车可使电售比分别降低 15.38% 和 30.20%（图3）。因此，尽管将电动汽车纳入电力系统会使现有电力系统的能源结构、运行模式和相关调度方法复杂化，但它解决了光伏发电过剩时的电力消费问题。
图3.多情景下有无电动汽车集成的电网销售率对比
此外，为考虑对数据的不确定性，研究团队还针对数据进行敏感性分析（图4），发现BIPV的开发选择在短期和长期内存在一定的差异，但短期内使用RPV+FaPV(SEW)系统更有利，长期内使用RPV+FaPV (SW)系统更有利。在这种情况下，最优解系统与原方案经济最优解系统的LCOE 差异不超过1%，因此对未来城市规划的影响较小，可以忽略。
图4.用电量和光伏发展因素的敏感性分析
南方科技大学为本论文第一通讯单位，环境科学与工程学院叶斌课题组硕士研究生余哲为第一作者，叶斌助理教授为通讯作者，论文的共同作者还包括哈尔滨工业大学（深圳）的蒋晶晶副教授等。研究受国家自然科学基金、广东省自然科学基金等项目支持。
文章链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S235271022401773X