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我国BIPV市场空间预测与商业模式

索比咨询发布时间:2022-11-16 14:40:29

1. 什么是BIPV?

1.1 BIPV VS BAPV

BIPV即Building Integrated PV,是光伏建筑一体化一种形式,是将光伏组件与建筑材料集成,成为不可分割的建筑构件,可替代部分建筑材料。传统的附着型光伏建筑(BAPV,Building Attached Photovoltaic),即光伏组件依附于建筑物上,建筑物主要作为光伏组件载体,BIPV 则与新建筑物同时设计、同时施工和同时安装并与建筑形成完美结合。

图1-1 BIPV、BAPV对比

来源:《建设科技期刊2021》

从应用上来看,BIPV直接作为建筑的一部分使用,既可防阳光直射和雨水侵蚀,又不会影响建筑物的外观效果,达到与建筑物的完美结合。BIPV的常见应用场景包括:光伏屋面(直接作为屋面层,承担屋面功能)、光伏幕墙(直接作为幕墙面板,与支承结构共同构成光伏幕墙,直接作为建筑物外墙使用)、光伏天棚等等。而BAPV由于是直接安装于建筑物之上,相对于幕墙,更适合加装于屋顶。BAPV一般应用于既有建筑,安装于光照较好的建筑物表面。近年来,越来越多的业主注意到 BIPV/BAPV在节电和投资回报上的吸引力,产品应用日趋广泛。

BIPV应用案例--嘉兴火车站屋顶

来源:龙焱能源科技


图1-3 BAPV应用--民用主宅屋顶

来源:龙焱能源科技

1.2 BIPV特点、应用

BIPV 的主要优点在于:1)不占用土地,节约土地资源,降低综合成本;2)提供一种分散、安全、分布式的发电方式,不需要长距离的输电,配电费用小效率高,可降低发电成本;3)即时发电电量与建筑用电高峰曲线一致,良好的隔热功能,可节电节能;4)对声波有阻尼作用,隔音性能优异。BIPV 局限性在于,要与建筑物同时设计、施工和安装,光伏系统工程进度受建筑总体进度制约,需兼顾力学和美学且生产量少自动化程度低,导致成本相对较高。

BIPV的两大主要细分场景为光伏屋顶和光伏幕墙:

图1-4 申洲国际光伏幕墙

来源:龙焱能源科技

光伏幕墙使用薄膜组件居多,对立面朝向有要求。光伏幕墙是将幕墙和光伏发电功能相结合的幕墙,集发电、美观、通风采光、外部围护等功能于一体,根据透光、不透光需求,分别采用非晶硅(薄膜)类组件/未满铺的晶硅组件、晶硅组件。据 BIPVboost 数据,2018年针对幕墙应用的BIPV中,晶硅电池占比为 44%,薄膜类电池为56%。光伏幕墙可用面积大,在处于南立面、无遮挡,且电价较高时,经济性可观。

图1-5 神木陕煤集团张家峁矿业改造BIPV

来源:隆基绿能官网

光伏屋顶应用范围最广泛,绝大多数采用晶硅组件。光伏屋顶是具有承重隔热防水功能、并叠加电池板形成的屋顶,并能有效提供工业厂房用电需求的绿色建筑类型。一般光伏屋顶不要求透光,多数采用晶硅组件。根据 BIPVboost 数据显示,2018 年针对屋顶应用的BIPV 中,晶硅电池占比达到 90%,薄膜类电池占比为 10%。光伏屋顶仅考虑发电、安全、防水保温要求,节省设计环节,实现成本较低;相较于幕墙,可获得最长的光照时间和较大的光照面积,经济效益最好。

图1-6 光伏幕墙与光伏屋顶对比

来源:CPIA《中国光伏产业发展路线图 2021年版》,国际能源网,BIPV在线

1.3 BIPV经济性

BIPV光伏幕墙有透光性要求,采用薄膜组件较多,薄膜组件本身生产技术不及晶硅组件成熟,且施工难度更大,成本相对晶硅组件更高。加上光伏幕墙光照利用小时数不如光伏屋顶的原因使得在同等条件下,光伏屋顶的经济性优于光伏幕墙。据国际能源网采访数据,BIPV光伏幕墙的投资回收期在6-8 年。截至2021年底,从全投资内部收益率水平来看,较好的屋顶项目可能达到9%,但较好的幕墙立面项目可能略高于7%。我们以《不同BIPV系统的收益及环境效益分析(赵泰祥)》中,地处昆明市云南师范大学呈贡校区(东经 102°51′,北纬24°51′)的能源与环境科学学院大楼南立面幕墙与图书馆屋顶项目为例(组件均面向南方,偏东 18°),利用两个系统的参数进行发电收益测算,其中核心假设包括:幕墙、屋顶的电池组件效率分别为15%、22%(装机量/发电量等根据组件效率放大倍数进行同比例估算)、幕墙/屋顶的单位投资分别为4.5/4元/W、日常运维费用为51元/(千瓦·年)、云南省上网电价为0.33元/kWh等,测算得到光伏幕墙、光伏屋顶系统25年寿命周期的发电量分别为 21.0kWh/Wp、28.7kWh/Wp,产生的收益(扣除运维与初始投资成本)分别为1.1元/Wp、4.1元/Wp。

图1-7 光伏幕墙与光伏屋顶发电量、发电收益测算

来源:《不同BIPV系统的收益及环境效益分析(赵泰祥)》,天风证券研究所

2. 我国BIPV市场空间预测

天风证券假设22-25年建筑业房屋竣工面积增速为4%/3%/2%/1%,光伏幕墙及立面可安装面积为竣工面积的1/4,根据2021年竣工面积构成占比计算不同类型建筑面积的年新增建筑光伏幕墙及立面可安装面积;分别假设各类建筑幕墙光伏渗透率逐步提升,假设2022年光伏幕墙单位面积造价为4.5元,23-25年以每年5%的幅度递减,测算得到2022-2025年光伏幕墙市场空间将分别达到 52/76/109/138亿元(幕墙安装光伏基本为BIPV形式,光伏幕墙市场空间可视为 BIPV幕墙市场空间)。

图2-1 天风证券预测光伏幕墙BIPV市场空间

来源:天风证券研究所

对于新增建筑屋顶市场假设:

1)光伏屋顶可安装面积为建筑业房屋竣工面积的1/6,其余假设与幕墙测算时所作假设类似,同理计算年新增建筑光伏屋顶可安装面积;

2)住宅、厂房及仓库、办公及商服、公共建筑的新建光伏渗透率到25年为7%、18%、12%、20%;

3)2022年光伏屋顶单位面积造价为4.0元,23-25年以每年5%的幅度递减;

4)22-25年新建建筑屋顶BIPV渗透率分别为11%、24%、45%、76%,测算得到2022-2025年BIPV屋顶新增市场空间将分别达到23、70、161、302亿元。

图2-2 天风证券预测新增建筑BIPV市场空间

来源:天风证券研究所

据中国建筑科学研究院数据,2021年我国既有建筑面积达到600 亿平方米,可安装光伏面积约为100亿平方米。假设到2025年既有建筑屋顶光伏改造比例为 6%,2022年光伏屋顶单位面积造价为4.0元,23-25年以每年5%的幅度递减,22-25年既有建筑BIPV渗透率分别为5%/15%/25%/30%,测算得到2022-2025年 BIPV屋顶可改造市场空间将分别达到 94/371/750/1,038亿元。

图2-3 天风证券预测既有建筑BIPV市场空间

来源:天风证券研究所

国泰君安证券的预测:1)根据住建部建设用地面积及建筑密度测算屋顶面积。根据不同建筑类型假设安装比例,单位面积安装光伏为150W/平,以成本4.5元/W,单位投资成本每年下降2%的增速计算,渗透率由5%增长至20%。测算到2025年我国新增屋顶BIPV装机容量约12.1GW,市场规模为502.34亿元。2)由于存量屋顶建筑的改造无法一蹴而就,假设住宅改造比率为 1%,其他建筑改造比例逐渐增加至2025年的12%,存量屋顶BIPV渗透率为1%。预计到2025年屋顶存量市场新装机2.78GW,市场规模达到115.32亿元。3)根据国家统计局的数据,2021年,全国新增房屋竣工面积40.8亿平。根据国家住宅工程中心研究,单层各立面面积之和与标准层面积之比得到0.26-0.28。假设立面面积与总建筑面积之比为 0.26,非幕墙墙面的窗墙比分别为 0.4/0.6、外部环境和建筑自身的遮挡因子为0.2计算,估算建筑外立面单位面积安装的光伏量 130W/m2,以及对外立面光伏设备的单位造价进行估计,得到2025年我国新增BIPV外立面市场规模约为404.95亿元,装机容量8.78GW。

图2-4 国泰君安证券预测BIPV市场空间

来源:国泰君安证券

3. BIPV相关政策梳理

3.1 国家大力推动BIPV

1)2021年10月,根据碳达峰方案,2025年新建公建、厂房屋顶光伏覆盖率达 50%。

2)2022年3月住建部出台《“十四五”建筑节能与绿色建筑发展规划》,明确到2025年全国新增建筑太阳能光伏装机容量0.5亿千瓦以上。

3)2022年7月工信部/发改委/生态环境部印发《工业领域碳达峰实施方案》引导企业、园区加快分布式光伏等开发运行。

4)2022年7月住建部/发改委《城乡建设领域碳达峰实施方案》推进建筑太阳能光伏一体化建设,到2025年新建公共机构建筑、新建厂房屋顶光伏覆盖率力争达到50%。推动既有公共建筑屋顶加装太阳能光伏系统。

图3-1 2022年国家BIPV政策

来源:政府官网,国泰君安证券

3.2 全国各省市积极推动BIPV

1)江西省十四五规划全省新增太阳能光电建筑一体化应用装机容量达100兆瓦,新增太阳能光热建筑应用面积1000万平方米。

2)北京市开发“光伏+现代产业”、建筑光伏一体化等分布式光伏项目。

3)浙江省持续积极发展建筑一体化光伏发电系统,在特色小镇、工业园区和经济技术开发园区以及商场、学校、医院等建筑屋顶继续推进分布式光伏应用。

图3-2 2022年部分地方BIPV政策

来源:地方政府官网,国泰君安证券

3.3 整县分布式光伏政策

2021年6月国家能源局综合司下发的《关于报送整县(市、区)屋顶分布式光伏开发试点方案的通知》:党政机关建筑屋顶总面积可安装光伏发电比例不低于50%;学校、医院、村委会等公共建筑屋顶总面积可安装光伏发电比例不低于40%;工商业厂房屋顶总面积可安装光伏发电比例不低于30%。根据能源局发布的全国整县光伏推进试点县市的最终名单,共有33个省份的676个县(市、区)被列入光伏整县的试点区域,约占全国比例的 25%。根据试点名单,山东、河南、江苏三省入选总数达195个,将近占总体数量的30%。东中部地区试点数量超过400个,与国家在东中部地区大力推广分布式光伏的布局相符。

图3-3 整县政策下部分地方分布式光伏规划

来源:各地方政府公告

4. BIPV商业模式

根据企业所获得现金流的环节差异,可将分布式光伏业务开发模式分为:

1)EPC(或EPCO)模式,现金流流入流出主要发生在建设环节,视业主要求可参与期间运营,但不涉及投资及转让;

2)BT模式,建设期以自有资金投入,待运营一段时间后直接出售一次性收回现金流;

3)BOT模式,建设期以自有资金投入,但企业投资是为了自持光伏电站资产,通过长期获取电费收入实现现金流回收。

4.1 EPC/EPCO模式

在屋顶业主选择投资光伏电站的情况下,(新能源)工程企业可通过提供系统集成解决方案和后续运维服务,获取相应回报。该模式下,企业自身维持轻资产运营,资金周转较快,一旦承接大型项目,还能够发挥大额采购带来的规模优势,后期获得的运维服务还能够带来持续稳定的收入。但缺点在于竞争比较激烈,利润率相对较低,且面临垫资风险,需要具备较强的融资、拿单和项目管理能力。

图4-1 芯能科技分布式光伏EPC项目商业模式

来源:芯能科技公告

对比传统工程的 EPC 业务(如房建、基建等),光伏电站 EPC 盈利能力相对更高,但不同企业、不同 EPC 项目毛利率波动较大,主要是受到以下几个因素影响:1)合同范围,光伏组件供货毛利较低,采购占比较高,若合同约定项目承包商自身提供光伏组件、逆变器等设备,容易造成项目毛利率偏低;2)投资方投资预算,各光伏电站由于备案时间、并网时间、建设地、电站类型、中标电价等差异,造成投资方建设资金投入金额、投资回报(包括当地燃煤机组标杆上网电价、国家补贴和地方补贴构成)存在显著差异,由此导致各光伏电站投资方的投资预算存在明显不同;3)开拓新市场/标杆性项目影响;4)项目实施过程其他需要增加成本的环节,比如屋顶需要额外加固。

4.2 BT模式

与EPC 模式相比,BT模式需要企业更长时间的资金沉淀,但由于在出售时产品已经正常工作,故可以获得一定程度溢价。以正泰安能“投资 + 租转售”模式为例:先通过租赁屋顶并投资电站完成屋顶光伏项目的建设并维持运营,在项目稳定运行后再转售给屋顶业主(即租 转售模式),屋顶电站的销售有助于快速回笼资金,也符合其“十四五规划”中提出的“高科技、轻资产、平台化、服务型”经营方向。针对户用分布式光伏,由于单个项目规模较工商业更小、更加分散,在推广上更加依赖对当地较为了解的专业人员。正泰通过代理商合作下沉至农户市场,代理商按照正泰电站开发技术规范、工程质量、工程约定的完工时间进行建设,享受开发和建设收益。

图4-2 正泰户用光伏商业模式

来源:户用光伏网

对比 EPC,该模式优点在于可获取的回报往往更高(主要来自成熟电站出售带来的溢 价),但也对开发企业提出更高要求,因资金沉淀期更长或降低 ROA,也更依赖企业对屋顶资源的甄别能力,若进入运营期后项目发电能力低于预期,则难以吸引买主。

4.3 BOT模式

投资企业与用电需求较高的工商企业合作,在业主的屋顶资源上建设光伏电站,获取运营带来的发电收益,并承担屋顶租金(如有)、运维费用等各项成本。常见的一种业态是,投资企业与屋顶资源业主签订能源管理合同,在电站建成运营后,所发电量优先供应屋顶业主, 给予其一定的电价折扣或者支付屋顶资源业主一定的租赁费用(若支付租赁费用,则电价折扣力度减小)。此模式下,由于需要给予屋顶业主部分补偿,回报率会有所削弱,但投资企业可通过杠杆放大 IRR,获取中意的风险/收益配比。

图4-3 投资他人屋顶商业模式

来源:芯能科技公告

与前两种商业模式相比,BOT 模式可以在项目建成后的 20+年内持续稳定的获得发电 收益,同时也承担了投资回收期拉长所带来的潜在风险,如电价波动、自然灾害、屋顶业主经营不善等情况。一般而言,在稳定运行的情况下,电站投资运营业务的毛利率较高,在60%左右,若未来电价进一步上涨,则毛利率可能继续上升。

EPC(O)、BT、BOT 模式对企业经营能力要求不同,企业需根据自身禀赋选择合适的商业模式。一般而言:1)工程经验丰富、系统集成能力强的企业,可优先考虑 EPC;2)融资成本低、渠道分布广、具备自供相关组件能力的企业,可进一步考虑持有、运营光伏资产,即 BT 或者 BOT 模式。

5. BIPV玩家

BIPV 产业链参与者主要包括上游电池生产企业、中游光伏建筑集成企业和下游投资方。上游光伏电池可分为晶硅电池和薄膜电池两种技术路线。中游系统集成体现建筑与光伏行业融合,其中光伏企业布局上游+中游,可销售定制 BIPV 产品和负责产品集成安装,建筑企业则深耕建筑围护、钢结构、幕墙等细分领域。下游投资方主要有政府公共建筑、居民住宅和工商业园区三种类型。

图5-1 四类BIPV玩家

来源:各公告

6. 参考文献

1)《不同BIPV系统的收益及环境效益分析(赵泰祥)》;

2)《中国光伏产业发展路线图 2021年版(CPIA)》;

3)《光伏幕墙和光伏屋顶比较研究(天风证券)》;

4)《BIPV 的发展空间、商业模式与竞争格局(国泰君安证券)》。

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