期刊文章：BIPV产量、互补性和经济可行性的多目标评估

能源与建筑BIPV发电量、互补性及经济 可行性多目标评估 PVPS2026年8月 IEA PVPS TCP是什么？ 国际能源署（IEA）成立于1974年，是经济合作与发展组织（OECD）框架内的一个自主机构。技术合作计划（TCP）的创建基于这样一种信念：能源安全与可持续的未来始于全球合作。该计划汇集了来自政府、学术界和产业界的6000名专家，致力于推进共同研究和特定能源技术的应用。 国际能源署光伏发电系统计划（IEA PVPS）是国际能源署（IEA）内的一项合作计划（TCP），成立于1993年。该计划的目标是“加强国际合作，促进光伏太阳能作为可持续能源系统转型基石的作用”。为实现这一目标，该计划成员已开展多种光伏发电系统应用领域的联合研究项目。该计划整体由一个执行委员会领导，该委员会由每个国家或组织成员指派一名代表组成，负责指定具体的“任务”，这些任务可以是研究项目或活动领域。 国际能源署光伏计划（IEA PVPS）参与国包括：澳大利亚、奥地利、比利时、加拿大、中国、丹麦、芬兰、法国、德国、印度、以色列、意大利、日本、韩国、立陶宛、马来西亚、摩洛哥、荷兰、挪威、葡萄牙、南非、西班牙、瑞典、瑞士、泰国、土耳其、英国和美国。欧盟委员会、欧洲太阳能协会（Solar Power Europe）以及新加坡太阳能研究所也是该计划的成员。 访问我们：www.iea-pvps.org 什么是国际能源署光伏与太阳能热利用合作计划第15项任务？ IEA光伏发电系统计划第15项任务的目标是创建一个支持性框架，以加速光伏建筑一体化（BIPV）产品在全球可再生能源市场中的渗透，从而为BIPV产品、光伏建筑应用（BAPV）产品和普通建筑围护结构组件创造公平的竞争环境，并特别关注经济、技术、法律、美学、可靠性和规范等问题。 免责声明 国际光伏计划特别工作组（IEA PVPS TCP）在能源署（IEA）的支持下组织成立，但在职能和法律上具有自主性。该工作组（IEA PVPS TCP）的观点、研究成果和出版物不一定代表能源署（IEA）秘书处或其各成员国的观点或政策。 版权声明 本内容可自由使用、复制和重新分发，但需注明适当出处（请参阅“建议引用格式”）。例外情况是，某些受版权保护图片根据其单独的图片说明可能不允许复制。 建议引文 杨瑞杰, 刘晨, 萨奇提南坦, 韦拉斯辛赫, 藏宇, 威尔逊, 勒鲁, 韦加·德·索恩, 索默, 安格尔, 前提尼, 石井, 贾亚苏里亚, 赵浩, 刘思伟, 刘瑞, 韦加·德·索恩, 金基泰, 马塞, 安努巴·C·J., 《能源与建筑》第369卷B辑(2026), 118031. https://doi.org/10.1016/j.enbuild.2026.118031 赵宇, 泰勒, (2026). BIPV发电量、互补性和经济可行性的多目标评估. 封面图片 BIPV天窗（图：Mauro Gregori） BIPV发电量、互补性及经济可行性多目标评估 国际能源署光伏与平衡系统合作计划任务15：BIPV发展支持框架 根据知识共享署名 4.0 国际许可协议发布： 能源与建筑，第369卷，B部分，DOI：10.1016/j.enbuild.2026.118031 2026年8月 BIPV发电量、互补性及经济可行性的多目标评估 ab墨尔本大学基础设施工程系，墨尔本，澳大利亚墨尔本，澳大利亚，RMIT大学，房地产、建筑与项目管理学院郑雅贝 Rebecca Jing Yang，庄宇坤 Mathanky Yukun Zang a,* b b c b ，刘成阳 Chengyang Liu Sachchithananthan ，尼尔米尼 Weerasinghe ， ，海伦·罗丝·威尔逊 Helen Rose Wilson ，乔纳森·克拉丽萨·德比齐 Jonathan Clarissa Debiazi 罗永英 Zomer Hongying Zhao Philippe Mac g j ´ Leloux ，丹尼尔·瓦伦西亚-卡瓦列罗 Daniel Valencia-Caballero ， ，马尔林·翁格 Malin Unger e d h b ，m ，萨贾尼 n m ， ，刘世荣 Shin Woei Leow k ，斋藤俊一 Hisashi Jayasuriya ，刘瑞 Rui Liu l 胡塞·M·韦加·德索恩 Jose M. Vega de Seoane 金 Kim ，贾尼穆卢·J·安努巴 Chinemelu J. Anumba l 弗朗切斯科·弗罗蒂尼 Francesco Frontini ， ，赵宇森 Yusen Zhao e i b 井伊 Ishii ，赵俊泰 Jun-Tae，迈克尔·泰勒 Michael Taylor f b o 文章信息 摘要 关键词：建筑一体化光伏 (BIPV) 经济可行性 能量产出 多目标优化 平滑度 时间互补性 建筑一体化光伏（BIPV）对于向净零能耗建筑转型至关重要，然而，对于不同配置下能量产出、时间互补性和经济可行性如何相互作用的整体多区域理解仍然有限。国际光伏发电系统计划第15项任务对44个城市中八种应用类型的八种设计方案进行了跨区域多目标评估，使用了效率在5%至25%之间的标准化1米模块。能量产出利用特定气候辐照度国际能源署357 BIPV数据集进行模拟，并在三个价格层级下评估了经济可行性。多目标遗传算法根据时间互补性和聚合发电曲线的平滑度优化了垂直BIPV的方位角，以实现最佳产出的屋顶BIPV系统与传统光伏系统（BIPV-PV）的最佳匹配。屋顶和垂直BIPV的组合显示出强烈的日间和季节性互补性，增强了跨时间尺度的太阳能转换的稳定性和连续性。互补面积比分析表明，垂直BIPV表面需要大约1.7至2.5倍的面积才能匹配最佳倾斜屋顶BIPV-PV的产量。 Abbreviations:jing.yang.5@unimelb.edu.au交流电，交流 (AC, Alternating Current)；入射角，(AOI, Angle of Incidence)；应用程序接口，(API, Application Programming Interface)；建筑附属光伏，(BAPV, Building-Attached Photovoltaics)；建筑一体化光伏，(BIPV, Building-Integrated Photovoltaics)；资本成本，(CC, Capital Cost)；直流电，(DC, Direct Current)；水平散射辐照度，(DHI, Diffuse Horizontal Irradiance)；法向直射辐照度，(DNI, Direct Normal Irradiance)；双层幕墙，(DSF, Double-Skin Façade)；电费节省，(EBS, Electricity Bill Savings)；上网电价，(FIT, Feed-in Tariff)；遗传算法，(GA, Genetic Algorithms)；全球水平辐照度，(GHI, Global Horizontal Irradiance)；全局敏感性分析，(GSA, Global Sensitivity Analysis)；并网节省，(GS, Grid Savings)；国际能源署，(IEA, International Energy Agency)；国际能源署光伏发电系统计划，(IEA-PVPS, International Energy Agency Photovoltaic Power Systems Programme)；国际电工委员会，(IEC, International Electrotechnical Commission)；逆变器更换成本，(IRC, Inverter Replacement Cost)；平准化电力成本，(LCOE, Levelized Cost of Electricity)；生命周期维护成本，(LMC, Lifecycle Maintenance Cost)；矩阵实验室，(MATLAB, Matrix Laboratory)；材料更换成本，(MRV, Material Replacement Cost)；净现值，(NPV, Net Present Value)；国家太阳能辐射数据库，(NSRDB, National Solar Radiation Database)；国家可再生能源实验室，(NREL,National Renewable Energy Laboratory)；组件面，(POA, Plane of Array)；光伏，(PV, Photovoltaics)；研发，(R&D, Research and Development)；退税，(RE, Rebate)；敏感性分析库，(SALib, Sensitivity Analysis Library)；桑迪亚光伏阵列性能模型，(SAPM, Sandia PV Array Performance Model)；系统容量，(SC, System Capacity)；标准测试条件，(STC, Standard Test Conditions)；残值，(SV, Salvage Value)；典型气象年，(TMY, Typical Meteorological Year)；美元，(USD, United States Dollars)。*通讯作者。电子邮件地址：杨瑞哲 (R.J. Yang) 系统。在低BIPV价格下，超过90%的配置因效率从约18%开始变得经济可行，甚至在某些情况下更低。即使在高价区间，也有超过一半仍然可行，这突显了BIPV通过改进安装实践和知识共享而不断增强的竞争力和成本降低潜力。总体而言，BIPV的经济性能取决于复杂且相互依存的多种因素，表明如果没有整体化的金融和市场整合，仅靠产品成本降低等单一措施是不够的。 通过构建响应面[11]以及整合机器学习方法[16,18]。本综述的目的并非评判优化算法的进步，因为这超出了当前研究的范围。相反，其目的是为BIPV相关研究中常用的优化策略选择提供背景。数学优化方法对于结构良好或相对线性的问题可能很有效，但当设计空间涉及多个相互作用的参数和非线性约束时，其灵活性可能会降低。基于机器学习的方法可以提供高度精细的预测或优化能力，但通常需要大量的训练数据、仔细的调优，并可能涉及降低的可解释性或增加的计算负担。相比之下，元启发式方法（如粒子群优化和遗传算法）在搜索能力、计算需求和实施灵活性之间提供了实用的平衡，使其适用于需要同时考虑多个目标和约束的复杂BIPV设计优化问题。 1. 引言 建筑一体化光伏（BIPV）取代了传统建筑材料，兼具发电和功能性建筑构件的双重作用[1]。不同于典型的建筑附加式光伏（BAPV）安装（屋顶安装），后者通常在中午时分发电量达到峰值[2]，BIPV由于其朝向和倾角随建筑表面朝向变化而多样化，以及能够捕捉附近表面反射的直接和散射辐射（即使在阴影或密集的城市区域），因此呈现出更广泛的发电曲线[3]。BIPV在建筑尺度上复制了发电厂的作用，并且有可能集成到整个建筑围护结构中[4]。在发电能力和经济可行性方面，BIPV常与BAPV和传统建筑材料进行比较[5,6]。在实现最佳能源产出与积极经济表现的同时，是获得社会接受度的关键，并受多种因素影响[7]。 过去几十年，BIPV研究领域逐渐从材料和技术进步转向现场试验优化、性能评估和技术经济评估[8]。例如，一项关于在五座办公楼采用BIPV的研究[9]考虑了建筑朝向、中国城市获取可见光、光伏材料等相关因素。作者们确定，在分析参数中，部署朝向对城市BIPV能源和经济性能具有最大影响。一项关于印度BIPV经济可行性的近期研究[10]揭示了类似的发现，即BIPV系统的角度设置对经济前景有强烈影响。该研究将温度校正效率作为BIPV性能评估方法，并