摘要
安装光伏（PV）系统是低碳发展的重要步骤。PV系统的经济性受到电价和邻近建筑物遮挡效应的强烈影响。本研究评估了中国20个城市在三种遮挡条件下的光伏发电潜力和经济分析。首先，利用QGIS构建了20个城市在三种遮挡条件下的建筑几何模型。然后，通过开放平台City Buildings，Energy，and Sustainability（CityBES）生成了带有光伏系统和周围建筑物遮挡的60个EnergyPlus模型，以模拟光伏发电。最后，研究提出了一个经济分析模型，通过结合中国屋顶光伏系统的市场成本和电力价格来评估其盈利能力。经济模型包括四个指标：回收期（静态和动态）、净现值（NPV）和内部收益率（IRR）。结果显示，在中度遮挡下，光伏发电量的减少范围为8.29%至16.01%，在高度遮挡下最高减少达39.71%。进一步的经济分析显示，几乎所有地区都显示出可靠的潜力，得到的IRR高于参考值（5%）。其中，嫩江市在20个城市中没有遮挡条件下获得最高的经济利润，净现值最高（86181.15RMB），内部收益率最高（30.14%）。特别，电价分布与太阳能发电曲线之间的对齐将直接影响光伏系统的经济潜力。
关键词：屋顶光伏；EnergyPlus；经济分析；建筑遮挡；电价
随着光伏产业的高速发展和技术突破，新能源补贴政策发生转变，而现有研究主要基于过去的补贴政策。此外，不同地区的太阳能资源和电价会影响光伏系统的可行性，目前的研究更集中于几个典型城市。因此，本文对中国20个地区工商业用户的光伏自消耗潜力进行评估，同时探讨了电价和周围遮挡对系统性能以及经济性的影响，为未来屋顶光伏系统的发展提供一定参考。
（1）建立20个城市三种遮挡情况下建筑模型，模拟屋顶光伏系统全年发电量
(2) 建立经济模型，评估各情况下屋顶光伏系统经济潜力
通过对地理和气候条件、太阳能资源、建筑遮挡状况以及电价政策的分析，本文探讨了中国20个城市建造屋顶光伏系统的经济潜力，为各地区实际建设提供了参考。南方地区单位光伏面积的年均发电量为121.71kWh/m2；在北方城市，这个数值可达189.72kWh/m2。受到周围建筑物遮挡的影响，光伏系统的年发电量降会降低8.29%至16.01%。特别在高遮挡条件下，这一下降幅度会扩大至24.45%至39.71%。不考虑遮挡影响时，20个城市平均投资回报期为2.9年，内部收益率可达30.14%。总的来说，具有高光伏发电潜力、电价与太阳能发电高峰期/低谷期相匹配，并受遮挡影响较小的城市具有更大的经济潜力。
作者
Zhiyi Ren1, Yixing Chen1,2*, Chengcheng Song1, Mengyue Liu1, Anni Xu1, Qilin Zhang1
1 College of Civil Engineering, Hunan University, Changsha 410082, China
2 Key Laboratory of Building Safety and Energy Efficiency of Ministry of Education, Hunan University, Changsha 410082, China
本研究为湖南大学陈毅兴教授课题组的研究成果。该课题组主要从事城市建筑群能耗模拟、建筑人工智能、人行为对室内环境和建筑能耗的影响研究等。第一作者任之怡为课题组在读硕士研究生，主要研究方向为分布式能源。
Ren Z, Chen Y, Song C, et al. (2024). Economic analysis of rooftop photovoltaics system under different shadowing conditions for 20 cities in China. Building Simulation, 17: 235-252.
https://doi.org/10.1007/s12273-023-1082-5
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不同遮挡条件下中国20个城市屋顶光伏系统经济性分析
期刊介绍
Building Simulation 2008年创刊，是世界上第一本有关建筑模拟领域最新研究成果的英文学术期刊，跨多种学科领域，涉及建筑技术、土木工程、建筑学、环境工程、能源及动力工程等，致力于为中外同行提供一个高水平的学术交流平台。被SCI、EI Compendex、Scopus、CSCD等数据库收录。2024年SCI影响因子6.1，在JCR两个学科领域均位于Q1区；位于中科院期刊分区，工程技术类1区。
