近日，清华大学环境学院、碳中和研究院鲁玺教授课题组联合美国密歇根大学、斯坦福大学、北京大学、生态环境部环境规划院、香港理工大学、住房和城乡建设部信息中心等机构，在屋顶光伏潜力综合评估与实现路径研究方面取得新进展。研究团队系统梳理了全球屋顶光伏潜力评估领域的主要方法、关键结论与前沿挑战，提出应将屋顶光伏评估从“技术潜力有多大”进一步拓展到“经济上可行多少、系统中可部署多少、低碳转型中真正能发挥多少作用”。该综述为未来屋顶光伏规划、分布式能源政策制定和城市能源系统转型提供了重要参考。

屋顶光伏是推动能源低碳化和建筑部门清洁转型的重要技术路径。与集中式光伏相比，屋顶光伏可依托既有建筑空间，在靠近用能负荷的位置发电，具有减少土地占用、降低长距离输电需求、提高用户侧能源韧性等优势。然而，屋顶光伏潜力并不等同于屋顶面积或太阳辐照资源。其实际可实现规模受到建筑形态、屋顶障碍物、安装规范、用户负荷、电价机制、融资能力、配电网接入容量以及调度灵活性等多重因素影响。因此，如何准确评估屋顶光伏从资源到部署的全过程潜力，成为支撑未来分布式能源规划的关键科学问题。

该综述首先系统总结了屋顶光伏技术潜力评估方法的演进。早期研究多基于统计数据推算屋顶面积，具有数据需求低、可快速开展大尺度评估的优势，但难以反映建筑个体差异和细尺度屋顶约束。随后发展出的建筑识别方法利用建筑轮廓、三维高程、航空影像或深度学习模型识别屋顶结构，可在城市和区域尺度提高评估精度。近年来，机器学习格网方法进一步推动了全球和国家尺度的可比性评估。综述指出，不同数据源、空间分辨率和屋顶可用性假设会显著影响屋顶光伏技术潜力估算结果；随着研究方法从统计推算走向高分辨率遥感识别和机器学习建模，已报告的技术潜力估计整体呈现上升趋势。

在全球尺度上，已有研究表明，屋顶光伏技术潜力十分可观。基于统一假设标准化后的估算结果显示，全球屋顶光伏年发电潜力可达17PWh～22PWh，约可满足当前全球电力需求的56%～71%。但该综述强调，技术潜力只是屋顶光伏可实现规模的上限。由于建筑密度、屋顶形态、城市扩张阶段、电力需求结构和太阳能资源等存在显著区域差异，屋顶光伏潜力在不同国家、城市和建筑类型之间分布高度不均。尤其在快速城市化地区，建筑存量和城市形态变化会使屋顶光伏潜力评估具有明显的动态性。

图1.全球及主要地区屋顶光伏技术潜力分布情况

研究进一步提出，应从技术潜力拓展到经济潜力和可部署潜力。经济潜力指技术潜力中在成本、融资、电价和收益机制下具有经济可行性的部分。随着光伏组件成本下降，许多地区的屋顶光伏已逐步接近或达到用电侧、发电侧平价；但在高比例光伏系统中，净计量向净结算、电力市场午间低价甚至负价、动态零售电价等变化，会使屋顶光伏经济性从“屋顶面积最大化”转变为“用户负荷、储能和灵活性协同下的最优容量选择”。因此，未来经济潜力不应被视为固定比例的技术潜力，而应被理解为随成本、电价、政策和用户行为共同变化的动态潜力。

图2. 屋顶光伏潜力从资源潜力、地理潜力、技术潜力、经济潜力到可部署潜力的层级关系及关键约束因素

可部署潜力则进一步考虑配电网承载能力、配电网馈线约束、自发自用要求、调压控制、用户融资能力和监管规则等实际接入约束。综述指出，在高比例屋顶光伏接入条件下，配电网可能出现电压越限、反向潮流、设备热过载和局部消纳困难等问题，使具备技术和经济可行性的屋顶资源不一定能够顺利并网。已有城市尺度研究显示，在同时考虑屋顶资源、建筑负荷、电价收益和电网接入约束后，可部署潜力可能显著低于经济潜力。这一结论表明，未来屋顶光伏规划不能仅考虑屋顶面积和发电成本，还要与配电网容量扩展、用户侧储能、需求响应和灵活调度协同推进。

图3.屋顶光伏经济潜力随电力系统发展的演变

除发电规模外，该综述还讨论了屋顶光伏的碳减排潜力。传统评估常通过屋顶光伏发电量乘以平均或边际电网排放因子来估算减排效益，但这一方法难以反映高比例可再生能源系统中的替代关系、弃光、电力市场变化和长期装机结构调整。综述指出，随着电力系统持续低碳化，屋顶光伏真实减排效益取决于其在何时、何地、替代何种电源以及是否挤出其他低碳发电资源。未来需要将屋顶光伏评估与电力系统规划模型、市场模拟和碳约束情景相结合，才能更准确衡量其长期气候价值。

该综述系统归纳了制约屋顶光伏潜力实现的四类主要障碍，包括社会经济与制度障碍、电力系统集成障碍、环境与可靠性挑战，以及屋顶空间与其他城市功能之间的竞争。针对这些问题，研究提出，应通过降低软成本、完善公平融资机制、优化动态电价和馈网规则、提升配电网承载能力、发展储能与灵活性资源、推动建筑一体化光伏和轻量化组件等方式，缩小技术潜力与实际可实现潜力之间的差距。

相关综述以“屋顶光伏潜力：从技术到可部署性”（Technical to deployable potential of rooftop solar photovoltaics）为题，于6月17日发表于《自然综述：清洁技术》（Nature Reviews Clean Technology）。

密歇根大学环境与可持续学院博士后施劢（清华大学环境学院2024届博士毕业生）为论文第一作者，清华大学环境学院、碳中和研究院教授鲁玺为论文通讯作者。斯坦福大学工程学院博士后吴浩驰、北京大学城市与环境学院助理教授汪哲成、生态环境部环境规划院碳达峰碳中和研究中心助理研究员阮梓纹、密歇根大学环境与可持续学院博士后阿维亚德·纳冯（Aviad Navon）、谷歌可持续发展数据科学家荆任之、区域环境安全全国重点实验室助理研究员李朝君、清华大学环境学院硕士研究生李新杰共同参与研究并作出重要贡献。香港理工大学教授严晋跃，住房和城乡建设部信息中心主任陈伟，清华大学建筑学院教授刘晓华、助理教授刘效辰、江亿院士，清华大学环境学院贺克斌院士，密歇根大学环境与可持续学院教授迈克尔T.克雷格（Michael T.Craig）为研究提供了重要指导。