《Energy for Sustainable Development》：Photovoltaic deployment strategies for net-zero commercial buildings in India: A climate-zoned benchmarking approach
编辑推荐：
•印度屋顶和立面光伏系统的分气候区基准评估。•PV-EGI指标可实现经面积归一化的初步性能预测。•立面光伏通过扩展可部署面积增加了总发电量•屋顶光伏展现出更优越的单位面积性能•PVEG-NZE框架评估建筑层面的净零能源抵消潜力引言气候变化减缓已成为全球优先议题，迫切需要在能源
- •
印度屋顶和立面光伏系统的分气候区基准评估。
- •
PV-EGI指标可实现经面积归一化的初步性能预测。
- •
立面光伏通过扩展可部署面积增加了总发电量
- •
屋顶光伏展现出更优越的单位面积性能
- •
PVEG-NZE框架评估建筑层面的净零能源抵消潜力
引言
气候变化减缓已成为全球优先议题，迫切需要在能源密集型领域加速脱碳和可持续发展行动。政府间气候变化专门委员会（IPCC）在2018年《全球升温1.5°C特别报告》中提出的气候目标规定，将全球平均气温升幅控制在1.5°C以内，并在2050年前实现碳中和（Zhai等人，2022）。根据全球气候承诺，印度承诺在2070年前实现净零排放，并日益强调可再生能源扩展和电气化战略。建筑行业是全球能源需求和排放的重要贡献者，占全球能源消耗的约30%和与能源相关的碳排放的近39%（Hussien等人，2023）。根据联合国2022年《全球建筑与建筑状况报告》（2022 Global Status Report for Buildings and Construction | UNEP - 联合国环境规划署，2022），自2022年以来建筑能源需求增长了4%，导致CO?排放量为100亿吨（Gt）CO?。此外，Atmaca & Atmaca（2022）的研究表明，全球碳排放量比现有水平进一步增加了2%，其中建筑建造部门贡献显著。最近全球评估表明，建筑能源需求持续增长，受城市化、建筑面积增加、空调需求和舒适性期望上升的驱动（IEA，2021；Powell等人，2016）。尤其是商业建筑，由于以制冷为主导的负荷和不断扩展的服务基础设施，其电力需求增长速度快于住宅建筑（Pérez-Lombard等人，2008）。随着能源使用量持续上升，预计建筑部门的碳排放量也将呈现上升趋势。因此，降低建筑能源需求已成为应对建筑部门气候变化挑战的必要之举。
可持续建筑发展可以通过整合节能设计策略和现场可再生能源发电来推进。虽然通过主动和被动节能策略可以实现能源减少，但整合可再生能源策略对于抵消残余能耗和推进净零或近零能耗建筑（NZEBs）至关重要。净零或近零能耗建筑（NZEBs）的特征是年度现场可再生能源发电量可抵消年度建筑能源需求，从而减少对集中式电网的依赖并降低运营碳排放（D'Agostino & Mazzarella，2019；D'Agostino, Parker, Epifani等人，2022）。在全球范围内，澳大利亚、德国、美国和英国等国家已扩大NZEB的采用，并得到了与净零趋势相一致的渐进式建筑能源政策支持（Baghoolizadeh等人，2022；Feng等人，2019；Khan等人，2023）。然而，在热带国家进行的研究（Jain等人，2017；Ohene等人，2022）表明，由于这些地区拥有丰富的太阳辐射，通过利用光伏（PV）在可再生能源发电方面具有巨大潜力。这一优势使光伏系统成为推动太阳能丰富的发展中经济体低碳商业建筑转型的关键技术。
尽管全球采用率不断上升，但印度在NZEB方面的研究和实施仍相对有限，特别是在热带商业建筑环境中（Li & Gou，2024）。虽然印度已承诺实现长期碳中和目标，但这些承诺转化为运营净零建筑战略仍处于发展过程中。然而，随着国家对实现气候目标和碳中和的承诺，对转型至零能解决方案的需求日益增长。《节能建筑规范》（ECBC）和《国家建筑规范》（NBC）等国家监管框架促进了节能设计实践（Kumar Kirme & Kapse，2024）；然而，为整合现场可再生能源以实现净零性能而制定的结构化和气候适应性指导方针仍然有限。因此，迫切需要建立专门与净零能源（NZE）建筑目标相适应的政策机制和实施框架。
虽然设计高性能节能建筑至关重要，但改造现有建筑存量在实现零排放目标方面同样关键。在印度，由新与可再生能源部（MNRE）领导的国家可再生能源倡议，包括尼赫鲁国家太阳能使命（JNNSM），已推动了大规模太阳能部署，其中重点聚焦于屋顶光伏系统（Kumar等人，2021；Reddy等人，2020）。尽管在国家太阳能装机容量扩展方面取得了进展，但屋顶光伏部署尚未充分发挥其预期潜力（Rethnam & Thomas，2023）。作为一个拥有丰富太阳辐射的热带国家，印度在分布式光伏整合方面具有巨大潜力。在建筑规模上开发利用这一资源是实现降低运营能源需求并推进商业部门低碳转型的战略路径。
在零能耗建筑背景下，净零能源状态主要通过太阳能光伏发电实现，主要利用安装在屋顶上的光伏（PV）板。在建筑层面，光伏系统可以部署为安装系统（PV系统外部安装在建筑构件上）或建筑一体化光伏（BIPV）（PV模块整合于建筑围护结构内）。尽管净零能耗建筑具有巨大潜力，但其在印度的普及率仍受限于成本、知识差距、认知有限以及不断发展的监管支持机制等因素（Chaturvedi等人，2024；Tungnung，2025）。
BIPV在印度商业建筑环境中的应用仍相对有限。印度BIPV采用的障碍不仅涉及经济考量，还包括技术认知、设计整合挑战以及有限的标准化性能评估框架。随着全球对气候变化的关注日益增强，BIPV解决方案的采用为印度利用其丰富的太阳能资源提供了机遇。因此，探索BIPV系统在不同气候区域中的性能评估和实际应用变得至关重要，以充分释放其潜力。本研究创新性在于开发了一个结构化的决策评估框架，该框架将建筑能源模拟与气候特异性光伏性能分析相结合，以支持印度低层商业建筑向净零能源（NZE）目标的转型。该框架实现了在四个代表性印度气候区域中对屋顶安装式和立面集成式光伏部署策略的比较分析。
章节摘要
研究背景
建筑规模的光伏整合已被广泛研究为通过新建建筑和改造途径实现净零和净零碳转型的关键策略。多项研究已证明屋顶光伏系统在降低现有建筑运营能源需求方面的作用。该研究（Lou & Hsieh，2024）评估了通往NZEB和净零碳性能的改造路径，强调了光伏在降低建筑能源需求方面的贡献。类似地，
研究方法
本研究开发了一个光伏发电-净零能源（PVEG-NZE）评估框架，用于评估屋顶光伏和光伏集成立面在印度低层商业建筑向净零能源（NZE）转型中的贡献。方法框架（如图1所示）将建筑能源建模与气候特异性光伏模拟相结合，以实现在代表性印度气候区域中进行结构化的性能基准评估。
本研究考察了
基线和ECBC情景下的建筑能源性能
所开发的建筑能源模型在四个热带气候区域中表现出不同的能源消耗。这是由于气候条件的差异显著影响建筑内部的能源需求模式，特别是对建筑能耗贡献重大的暖通空调（HVAC）系统。在所开发建筑能源模型的制冷电气终端用途背景下，模拟的最高能源消耗水平如下：在
讨论
虽然已有大量关于光伏系统性能的研究，但很少有工作聚焦于将建筑能源需求与部署特异性光伏发电归一化相结合的印度商业建筑分气候区基准评估方法。本研究通过在一个结构化评估工作流中正式建立PV-EGI指标来弥补这一空白。通过推导气候和配置特异性PV-EGI值，该框架能够初步预测光伏性能
结论、局限性及未来研究
本研究开发并应用了PVEG-NZE评估框架，在代表性印度气候区域中评估了屋顶安装式和立面集成式光伏系统。建立了气候和配置特异性PVEG模型以推导PV-EGI值，从而实现了单位面积年光伏发电量的归一化基准评估。所生成的PV-EGI数据集可在以下条件下初步估算特定系统配置的年光伏发电量
CRediT作者贡献声明
Aaliya Azeem：撰写——初稿，可视化，验证，方法论，形式化分析，概念化。Albert Thomas：撰写——审阅与编辑，可视化，监督指导。
利益冲突声明
作者声明不存在已知的利益冲突或个人关系可能影响本文所报告的工作。
Aaliya Azeem|Albert Thomas
