《Energies》：Design of Photovoltaic Applications in the Built Environment: A Critical Review
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自国际能源机构（IEA）于1997年提出建筑环境中光伏（PV）应用的概念以来，光伏技术已取得显著进展。本文回顾了建筑环境中光伏应用在设计前、设计和设计后三个阶段的研究进展。研究人员在Web of Science核心合集和Scopus数据库中进行了基于PRISM
自国际能源机构（IEA）于1997年提出建筑环境中光伏（PV）应用的概念以来，光伏技术已取得显著进展。本文回顾了建筑环境中光伏应用在设计前、设计和设计后三个阶段的研究进展。研究人员在Web of Science核心合集和Scopus数据库中进行了基于PRISMA的文献检索，涵盖2005年1月至2026年8月发表的文献。经筛选后，共纳入211篇出版物进行综述，共引用238篇参考文献，其中包括27篇2005年之前的背景文献。在设计前阶段，综述了建筑环境中光伏应用的范围与影响。在设计阶段，从光伏组件选择、安装配置、阵列布局和几何设计参数等方面审视了设计策略。在设计后阶段，回顾了发电潜力、经济潜力、美学环境和安全报告。基于上述发现，提出了一种咨询式且迭代式的设计工作流程。该流程整合了利益相关者优先级、多尺度空间数据、气候特定经济参数以及构造特定的美学与社会评价。然而，该工作流程目前仅为概念性框架，尚未经过实证验证。其改善公众接受度和促进实施的潜力有待在真实项目中进行未来测试。本综述为城市规划者、建筑师和开发商提供了结构化参考，同时强调在大规模应用前进行实证验证的必要性。
一、研究背景与问题
减少建筑环境对传统化石能源的依赖对缓解全球变暖具有重要意义。光伏（PV）作为一种可再生清洁技术，具有替代化石能源的巨大潜力。自1997年国际能源机构光伏发电系统项目（IEA-PVPS）在第7任务中首次提出建筑环境中光伏应用的概念以来，PV技术在材料与施工方面取得显著进展，并涌现出道路一体化光伏和建筑一体化光伏（BIPV）等新形式。然而，现有综述未能全面涵盖近二十年来建筑环境中光伏应用的演变，因此有必要对其设计策略进行系统综述，以帮助设计人员和开发商更好地理解PV技术并促进其可持续转型。
本综述将建筑环境定义为人造或经人类改造的环境，包括建筑、道路、景观及其他基础设施。研究目标有三：系统综述过去二十年在设计前、设计和设计后三个生命周期阶段的进展；识别当前评估框架中的关键研究空白，特别是美学影响量化、多尺度空间数据整合及经济模型中多样化气候区代表性不足；提出一种改进的咨询式设计工作流程。
二、研究内容与主要结论
研究人员采用PRISMA-informed方法在Web of Science核心合集和Scopus两大数据库中进行文献检索，覆盖2005年1月至2026年8月的出版物。经过筛选，最终纳入211篇出版物，共引用238篇参考文献，其中27篇为2005年前的背景文献。纳入研究按三个生命周期阶段进行综合：（1）设计前阶段：PV应用的影响与范围；（2）设计阶段：PV组件选择、安装配置、阵列布局和几何设计参数；（3）设计后阶段：发电潜力、经济潜力、美学环境和安全评估。
研究结果显示：在设计前阶段，PV应用的影响涵盖社会、经济、生态和美学四个维度，其优势包括促进就业、推动经济发展、改善生态，劣势包括负面美学效应、社会接受度障碍、并网电压稳定性挑战及热环境影响。PV应用范围分为建筑、道路、景观和其他基础设施四大类，其中建筑屋顶和地面或水面景观研究最为集中，道路一体化PV尚不成熟。在设计阶段，PV组件选择需综合考虑电池材料、边框类型、电池尺寸与间隙以及颜色与图案的美学适配；阵列布局归纳为无间隙平面、线阵列、点阵列、基于环境的阵列和自由设计阵列五种类型；几何参数包括朝向、倾斜角和行间距，需通过现场特定的多目标优化确定。在设计后阶段，发电潜力评估可采用CAD图纸、城市规划清单、网络接口、遥感数字正射影像图（RSDOM）、激光雷达（LiDAR）和图像处理六种几何信息获取方法；经济评估常用净现值（NPV）、折现回收期（DPP）、内部收益率（IRR）和度电成本（LCOE）指标；美学评估可借助虚拟现实（VR）技术提高公众参与；安全报告涵盖电击危险、机械安全和火灾安全三大方面。基于上述发现，研究人员提出了一种咨询式迭代设计工作流程，将利益相关者优先级、多尺度空间数据、气候特定经济参数以及构造特定的美学与社会评价整合到PV设计过程中。
三、关键技术方法
研究人员以PRISMA流程为基础，在Web of Science核心合集和Scopus两个数据库中执行布尔检索式检索，字段涵盖标题、摘要和作者关键词。初始检索获得1539条记录，合并去重后剩余1205条，经标题—摘要筛选和全文筛选后保留190篇，另通过引文追踪补充21篇，最终纳入211篇出版物。所有文献按国家或地区、气候区、PV技术、应用类型、研究方法、美学方法、空间尺度和利益相关者参与程度进行编码分类。
四、研究结果分述
4.1 影响评估（第3节）：研究发现PV应用能创造就业、带动产业、促进本地经济增长，并有助于减少化石能源消耗、节约用水和保护生态；但不当设计也可能带来视觉不适、公众误解、电网失稳及城市热岛效应加剧等负面影响。
4.2 应用范围（第4节）：建筑范围涵盖屋顶附着式光伏（BAPV）与BIPV（光伏瓦、光伏玻璃、光伏遮阳等）；道路范围包括路面、路侧和路上方三种模式；景观范围涵盖地面景观、水体景观和景观设施；其他基础设施包括照明、充电站和垃圾箱等。
4.3 设计策略（第5节）：PV组件选择需综合考虑效率、气候匹配和美学；安装配置、阵列布局和几何参数需根据场地条件和项目要求进行多目标优化，不存在普遍最优配置。
4.4 项目评估（第6节）：发电潜力评估各方法各有优劣；经济评估四项指标受假设条件影响大，研究间可比性不足；美学评估缺乏标准化指标，公众偏好很少在设计早期纳入。
4.5 研究空白（第6.5节）：关键空白包括美学影响量化不足、多尺度空间数据整合缺乏统一流程、热带与干旱及高纬度气候区代表性不足、经济评估假设不一致、安全报告碎片化，以及利益相关者参与严重不足。
4.6 提出的设计流程（第7节）：该流程通过设计前美学环境调查、多尺度空间数据整合步骤和气候区显式输入来回应上述空白；视觉接受度、美学偏好和社会接受度采用7点量表测量并纳入验证程序；利益相关者定位为咨询角色而非决策者。
4.7 综述局限（第8节）：仅检索两个数据库且限于英文全文；未进行正式质量评估；所提工作流程尚未在真实项目中验证；多尺度数据整合和气候特定建模依赖数据可用性和成本。
五、讨论与结论总结
讨论部分指出，尽管技术与经济研究已趋成熟，但美学影响量化、多尺度空间数据整合和气候区代表性不足三大空白仍然存在，加之长期性能数据缺乏、安全报告不一致和利益相关者参与不足，共同导致建筑环境中PV应用推进缓慢。所提工作流程并非完全参与式设计，而是通过咨询式、迭代式结构，在预设计阶段明确纳入多尺度数据整合和气候区参数，并借助构造特定评估工具将美学评价操作化，但方法透明性和长期实证验证仍是未来研究需求。
结论部分指出，本文批判性综述了建筑环境PV应用近二十年的进展：在设计前阶段归类和分析了四大应用范围及其社会、经济、生态和美学影响；在设计阶段审视了组件选择、安装配置、阵列布局和几何参数；在设计后阶段回顾了发电潜力、经济潜力、美学环境与安全报告，并据此提出咨询式迭代设计流程。总体而言，技术与经济研究已成熟，但美学影响量化、多尺度数据整合、气候区代表性三大主要空白依然存在，长期性能、安全报告和利益相关者咨询等跨领域空白也需进一步关注。
