光伏幕墙必须叫停？

在全球应对气候变化、迈向碳中和的时代浪潮中，建筑行业作为主要的能源消耗和碳排放源，正经历着一场深刻的绿色革命。建筑一体化光伏（BIPV）与建筑附加光伏（BAPV）技术，以其将建筑转变为“产能-耗能一体化单元”（Prosumer）的潜力，被寄予厚望。

尤其在高楼林立、寸土寸金的现代都市，将光伏组件优雅地融入建筑垂直立面，不仅解决了地面空间稀缺的难题，更成为了一张展示前沿科技、彰显环保理念的“绿色名片”。从曼彻斯特的合作保险公司大厦到智利的蓬塔阿雷纳斯医院，垂直光伏的身影已遍布全球，似乎正引领着可持续建筑设计的未来风向。

然而，近日英国焦耳咨询公司的研究员Bashar Al Shawa在国际期刊《能源与建筑》(Energy and Buildings)上撰文，对比了各种光伏安装方式和光伏组件技术，得出了“垂直安装的光伏幕墙，不论是BAPV还是BIPV，其能源回报率都远小于其它类型光伏系统，应停止在这上面浪费资源。”的结论。

论文核心要点

在传统的光伏项目评估中，能量回收期（Energy Payback Time, EPBT）是一个广为人知的指标。它衡量的是一个光伏系统需要运行多长时间，其产生的能量才能抵消其在制造、运输、安装等全生命周期中所消耗的全部能量（即“隐含能源”）。一个较短的EPBT（例如2-4年）通常被认为是系统“绿色”和“高效”的证明。

论文指出，以往大量研究正是基于BIPV/BAPV系统相对较低的EPBT，而对其持肯定态度。

然而，作者指出了EPBT的根本局限性：它只回答了“多久回本”，却无法回答“一生能赚多少”。EPBT是一个时间点指标，它忽略了系统在“回本”之后、直至其寿命终结的整个时间段内的净能量贡献。

正是基于此，作者将分析的焦点从EPBT毅然转向了能源投资回报率（EROI）。EROI的定义是“系统全生命周期内产出的总能量”与“投入的总能量”之比。通俗地讲，它回答的是一个更本质的问题：“我投入1度电的能量，最终能收获多少度电的能量？”

EROI的重要性远不止于此。论文引用了“净能量悬崖”（Net Energy Cliff）理论，指出当一个社会所依赖的主要能源系统的平均EROI下降到某个临界点（通常认为在10:1左右）以下时，用于维持能源系统自身运转所需消耗的能量比例将急剧上升，从而导致可用于社会其他领域（如文化、科技、医疗、教育）的“净能量”急剧减少。

一个EROI为100:1的系统，意味着99%的产出是净能量；而一个EROI为5:1的系统，净能量比例已降至80%；到了3:1，净能量只剩下67%。

因此，在人类社会从高EROI的化石能源向普遍较低EROI的可再生能源转型的关键时期，选择和投资高EROI的技术，不仅仅是经济问题，更是关乎现代文明能否可持续发展的战略问题。

20城市不同太阳能技术方案能源回报比较

在确立了EROI作为核心评判标准后，论文随即展示了其覆盖全球10个区域、20个代表性城市的详细计算结果。这些数据揭示了不同太阳能技术方案在能源回报上的巨大鸿沟。垂直光伏系统在所有对比中均处于绝对劣势。

文章认为，在向 100% 可再生能源转型导致能源稀缺的背景下，可再生能源投资应仅用于能在特定区域实现最高 EROI 的技术。

对全球 20 个城市的分析表明，垂直安装的 BAPV/BIPV 表现最差，而最优倾斜角度的光伏系统和 CSP 系统表现最佳。最差与最佳系统的 EROI 差异达 20.3–30.0 倍。这一结果对政策制定者和建筑设计师具有重要意义：应优先投资高 EROI 技术，遵循 “可再生能源生产层级”，仅在无法安装最优系统时才考虑次优选择。

论文合理性分析

友绿智库分析后认为，该作者的论文存在如下问题：

一.核心数据引用严重错误（关键缺陷）

1.BOS隐含能源数据失真：

垂直BIPV幕墙的BOS隐含能源值（8454kWh/kW）引用自Wilson & Young (1996)的错误解读。原文仅给出建筑整体隐含能源，未单独拆分幕墙BOS数据。Shawa将整栋建筑的隐含能源错误归因于光伏BOS，导致数值被放大数十倍。

倾斜BAPV遮阳板的BOS值（190kWh/kW）同样源自同一篇论文，但该数据仅针对特定非标遮阳结构，不具备普适性。Shawa却将其推广为所有倾斜立面系统的代表值。

2.铝材回收未纳入考量：

幕墙常用的铝型材可近100%回收，回收能耗仅为原铝生产的5%~10%。但论文直接采用原生铝的隐含能源数据，高估实际能耗至少50%。

二.模型简化导致系统性偏差

1.关键参数设定脱离实际：

系统效率（PR）统一设为80%：垂直幕墙因散热差、积尘等问题，实际PR通常低于屋顶系统（例如BIPV幕墙PR可能仅70%），但论文未体现差异。

寿命统一25年：BIPV作为建筑围护结构，设计寿命通常与建筑同步（>50年），但论文未延长其发电周期，低估长期收益。

忽略地域辐照差异：高纬度地区（如赫尔辛基）垂直面辐照量可能接近最佳倾角，但结论未针对性调整。

2.组件技术参数过时：

论文引用非晶硅组件数据（η≈6.7%），但现代BIPV已普遍采用双面双玻组件（η>20%，背面增益达15%）。过时技术数据低估实际发电量。

三.方法论逻辑缺陷

1.EROI分母计算不公：

当建筑必须建造幕墙时，光伏幕墙的隐含能源应扣除传统幕墙材料的能耗（如石材、玻璃）。论文未采用此“增量隐含能源”算法，夸大光伏幕墙的负面影响。

2.以偏概全的分类方式：

将“BIPV幕墙”视为单一类别，忽略具体技术路径（如通风式幕墙PR更高）、双面发电设计、集成优化方案等，削弱结论指导价值。

四.值得肯定的研究视角

尽管存在缺陷，Shawa的研究仍有一定的参考价值：

引入EROI阈值（>10）的能源社会学视角，强调可再生能源需满足社会净效益临界点。

揭示安装方式对能源回报的影响：倾斜遮阳板式BAPV的EROI确实显著优于垂直幕墙（合理数据下仍可能达10~15），提醒资源优先配置高效场景。

呼吁建筑光伏的系统性评价：需结合建筑功能、地域气候、技术迭代综合评判，而非单一追求“绿色形象”。

结论：重新定义建筑光伏的“合理性”

Shawa的论点因核心数据错误和模型缺陷导致结论不可靠，其“叫停垂直光伏幕墙”的主张缺乏严谨支撑。但其研究也揭示了关键问题：当前垂直幕墙的EROI可能接近临界值，需通过技术优化提升性价比（如采用双面组件、降低铝材碳足迹、结合建筑热工设计）。

但我们也要注意到，文章作者对建筑和能源行业的核心价值，并非在于给垂直光伏判下“死刑”，而在于它以一种无可辩驳的方式，引入了一个至关重要的标尺——EROI，从而引发关于建筑光伏“合理性”的深度反思。

核心价值：打破“只要是光伏就是好的”思维定势

该论文最大的贡献在于，它打破了行业内普遍存在的“只要是光伏就是好的”这一简单化、甚至带有道德光环的思维定势。它有力地证明了，并非所有可再生能源的应用方式都具有同等的价值。在能源稀缺性可能成为未来社会常态的背景下，低效的能源投资不仅是经济上的浪费，更是对社会可持续发展机会的透支。

通过这场“当头棒喝”，论文迫使整个行业从“是否安装光伏”的二元判断，升级到“如何以最高效的方式，安装何种技术的光伏”的深度战略思考。它将能源物理学的基本规律，重新置于建筑设计和城市规划决策的核心位置。

对“合理性”的再定义：基于优先级和场景的权衡

那么，垂直光伏究竟是否“合理”？全文的分析告诉我们，其“合理性”并非一个绝对的“是”或“否”，而是一个基于优先级和特定场景的权衡结果。

其“不合理”之处在于：当我们将垂直光伏作为一种首选的、主流的、普适性的建筑产能方式时，尤其是在建筑屋顶等更优越的空间尚未被充分利用的情况下，这无疑是一种在能源投资上的“不合理”。它违背了“李嘉图最优先行”的基本原则，是以高昂的能源机会成本去换取有限的、甚至主要是象征性的收益。

其“合理”之处在于：当它被定位为一种补充性的、辅助性的、特定场景的解决方案时，其合理性便得以显现。例如，在一个项目中，所有高效方案（被动式设计、屋顶光伏等）均已实施到极致，此时，如果垂直BIPV的非能源效益（如替代高价幕墙、提供动态遮阳、满足特定美学需求）被明确评估，并被认为值得牺牲一定的能源效率来换取，那么它的应用就是“合理”的。

简而言之，垂直光伏的“合理性”取决于它在决策序列中的位置。将它放在队首，是谬误；将它放在队尾，作为补强，则可能是智慧。

给实践者的最终建议

对于身处一线的建筑师、城市规划师和政策制定者，这篇论文提供了极具价值的行动指南：

我们必须在设计和规划的初始阶段，就建立起基于“能源生产等级”的决策框架。这个框架的核心，是对能源基本物理规律的敬畏，和对“能源资本”效益最大化的追求。我们应始终遵循“先被动、后主动；先高效、后低效”的原则，将垂直光伏置于其应有的、相对靠后的位置。

在拥抱BIPV等技术创新带来的美学与功能可能性的同时，我们必须保持清醒的头脑，用数据和科学分析来审视每一个决策背后的能源账。最终的目标，是确保我们投向未来的每一份“能源资本”，无论是来自材料、施工还是土地，都能在一个可持续的框架内，发挥出其最大的价值，共同构筑一个真正高效、清洁且充满活力的未来城市。