在全球气候变暖背景下，城市正面临能源需求增长、极端高温频发和热岛效应增强等多重挑战。作为人口、建筑和能源消费高度集聚的区域，城市一方面是碳排放的重要来源，另一方面也是气候风险最敏感的空间单元。如何在城市建成环境中挖掘兼具减排与适应双重效益的可再生能源路径，已成为全球可持续发展研究的重要前沿问题。建筑立面光伏（Façade-Integrated Photovoltaics, FIPV）通过将建筑外立面转化为发电界面，不仅能够提供清洁电力，还可通过遮阳与隔热效应降低建筑冷负荷，被认为是增强城市气候韧性的潜在解决方案。然而，受限于全球尺度建筑三维结构数据不足、城市遮挡环境复杂以及立面光伏系统性能评估难度较高，其大范围应用潜力及综合气候效益长期缺乏系统量化。

针对这一问题，作者综合利用全球建筑数据集、未来气候情景数据以及建筑尺度物理模拟方法，构建了面向全球建筑立面光伏的高分辨率评估框架。研究集成了建筑轮廓与高度信息、三维太阳辐射模拟、建筑能耗模拟以及并网条件下的电力调度分析，首次在全球尺度系统评估了建筑立面光伏的发电潜力、节电效应、经济可行性以及碳减排和减缓变暖贡献。研究表明，建筑立面光伏不仅可作为传统屋顶光伏的重要补充，而且有望成为兼顾城市减碳、热适应与能源公平的重要技术路径。

研究结果显示，在基准情景下，全球可部署建筑立面光伏系统年发电潜力可达 732.5 ± 4.5 TWh；在保守和乐观假设下，其理论范围为 8.9–7671.3 TWh。从空间格局上看，潜力主要集中于建筑密度高、城市化水平高的人口集聚区，中国和美国位居全球前列，基准情景下年发电潜力分别达到 191.8 TWh 和 135.4 TWh。研究还发现，尽管建筑朝向会影响局部辐照条件，但在全球尺度上，建筑数量和立面面积仍是决定立面光伏发电潜力的主导因素。与传统依赖水平屋顶或地面空间的光伏形式相比，建筑立面光伏充分利用垂直表面资源，能够为高密度城市提供新的分布式清洁能源供给方式。

除发电效益外，建筑立面光伏还可通过遮挡太阳辐射和提升围护结构热阻，显著降低建筑制冷负荷。模拟表明，在基准情景下，全球建筑立面光伏每年可节省 295.6 ± 12.1 TWh 的电力，相当于建筑用电量平均下降 8.1%。在热带、亚热带及部分干旱地区，该节电效益尤为显著。相比之下，高纬寒冷地区由于冬季被动太阳得热减少，节电效应相对较弱，部分依赖电采暖的区域甚至可能在冬季出现用电反弹。这一结果说明，建筑立面光伏的综合效益具有显著的气候区差异，其优化部署需要与区域建筑特征、冷热需求结构和窗墙比条件相协调。

在经济性方面，研究从平准化度电成本、生命周期电费变化和内部收益率三个维度进行了综合评估。结果表明，尽管建筑立面光伏的单位发电成本整体高于传统集中式光伏，但综合考虑发电收益与制冷节能效益后，全球超过 80% 的城市网格单元可实现生命周期电力支出净下降。在零售电价较高、光伏自发自用比例较高的地区，其经济性较为突出。进一步分析显示，配置适度储能、提升本地消纳水平、发展社区微电网，以及通过税收优惠、金融支持和碳减排补偿机制降低前期投资成本，将显著提升建筑立面光伏的市场竞争力和推广可行性。

研究进一步量化了建筑立面光伏通过替代建筑购电和向电网输送剩余电力所带来的双重减排贡献。结果表明，若建筑立面光伏在2050年前按照典型S曲线扩散路径逐步推广，在既定政策情景下，累计可实现最高 37.7 Gt CO₂ 的减排，对应可避免约 0.0519 ± 0.0111 °C 的全球升温。尽管这一绝对温度值看似有限，但对延缓逼近若干气候临界阈值、为城市和地球系统争取适应时间窗口具有重要意义。研究据此指出，建筑立面光伏不仅是一种建筑可再生能源利用方式，更是一种兼具减缓与适应双重属性的城市气候韧性提升策略。

研究同时指出，建筑立面光伏的大规模推广仍面临若干现实挑战，包括既有建筑改造成本高、不同地区融资能力差异明显、城市微气候影响仍存在不确定性，以及建筑美学、文保和政策制度等方面的约束。因此，未来应加强建筑尺度能耗模拟与城市尺度气候模拟的耦合研究，进一步厘清建筑立面光伏对局地热环境、能源系统协同以及公平转型的综合影响，并通过差异化政策设计推动其在高温脆弱、能源密集和快速城市化地区优先落地。该研究系统揭示了建筑立面光伏在全球范围内的发电潜力、节电效益、经济可行性及气候韧性价值，为面向未来的低碳城市设计与能源转型提供了重要科学依据，也为推动减缓与适应协同的城市气候治理提供了新的技术路径。

研究成果以“Building façade photovoltaics enhance global climate resilience”为题，于2026年3月27日在线发表在Nature Climate Change。中国科学院地理资源所姜侯副研究员为论文第一作者，中国科学院大学姚凌研究员、云南师范大学秦军教授为共同通讯作者。合作者包括哥伦比亚大学赵文利博士、新加坡高性能计算研究所与南京师范大学朱瑞教授、北京林业大学王佳教授、北京大学张帆研究员、云南师范大学吕宁教授、中国科学院地理资源所刘唐博士后、丁方宇副研究员、张星星副研究员、苏奋振研究员、周成虎研究员等。研究得到了中国科学院B类战略性先导科技专项和国家自然科学基金等项目资助。

文章信息：

Jiang, H.^ψ, Yao, L.*, Qin, J.*, Zhao, W., Liu, T., Zhu, R., Ding, F., Wang, J., Zhang, X., Zhang, F., Lu, N., Su, F., Zhou, C. Building façade photovoltaics enhance global climate resilience. Nature Climate Change (2026). https://doi.org/10.1038/s41558-026-02606-z

文章链接：

https://www.nature.com/articles/s41558-026-02606-z

图 1. 全球建筑立面光伏潜力空间分布及不同情景下的碳减排潜力