防水卷材能起多大作用?bipv光伏建筑一体化龙头

1.1 分布式光伏进入发展新时代,屋顶光伏为主要表现形式

目前光伏发电系统按电站安装位置可分为分布式光伏和集中式光伏,按是否并网可分为独立光伏发电系统 和并网光伏发电系统。其中集中式光伏是指充分利用荒漠地区丰富和相对稳定的太阳能资源构建的大型光伏电 站,接入高压输电系统实现远距离供给,我国集中式光伏电站主要集中在西部地区,远离电力负荷中心,使得 长期以来,集中式光伏项目开发在输电网建设、跨区消纳等方面一直面临挑战;而分布式光伏是指利用建筑屋 顶及附属场地建设的光伏发电项目,在项目备案时可选择“自发自用、余量上网”或“全额上网”中的一种模 式,目前国内分布式光伏以并网系统为主,具体项目以屋顶电站、bipv、农光互补等形式为主。

分布式与集中式各有利弊,形成互补。目前集中式光伏发电和分布式集中发电在多方面具有共同点,其发 电原理和使用的一次设备、发电光伏组件均基本相同,而二者除安装位置有所不同外,其不同点还体现在:1) 并网电压等级不同:对于分布式光伏来讲,一般都是 380v 电压并网,一般使用的是低压脱扣器来并网,而集 中式光伏电站并网电压一般常见的是 35kv 或者 ;2)电站所使用的二次设备不同:分布式光伏电站由于 是低压 380v 并网,因此对于一次设备和二次设备来说使用的比较少,集中式光伏电站因为电压等级比较高, 因此一般设有自己的变电站,相对于分布式光伏来说复杂很多;3)输送距离不同:分布式光伏一般来说发的电 就地并网,补充当地的电量,供当地及附近的用电用户使用。集中式光伏电站发出的电经高压并网,将电输送 到更高的电压等级,最终输送到华东等地区,以实现西电东输。以此,二者在不同方向拥有了各自的优劣势, 形成互补。

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复盘分布式光伏的发展历程,经过十多年的探索实践,分布式光伏已经成为我国电力系统中不可或缺的组成部分。从时间维度上来看,行业整体经过了四大发展历程:

1)萌芽阶段:2009 年以前,我国整个光伏行业处于初期示范阶段,而在 2009 年-2012 年期间,我国共组织四期“金太阳”以及“光电建筑”项目招标,规模合计达到 6.6gw,截至 2012 年底,我国光伏累计装机达到 4.2gw,其中分布式装机达到 2.3gw,占比接近 50%。

2)快速成长:自 2014 年开始,国家发改委明确对分布式光伏发电实行按照全电量补贴的政策,并随着大 型地面集中发电站陷入消纳困境,分布式光伏在补贴不减的情况下,获多方关注,进而取得快速发展,2017 年 分布式光伏新增装机 19.44gw,同比 2016 年大幅增长 3 倍。

3)动荡发展:2018 年 5 月 31日,国家能源局出台新政,从 2018 下半年开始下调集中式和分布式电站的 度电补贴,并在上半年装机量达 9gw 的规模下,全年仅安排 10gw 的补贴用于支持分布式光伏项目建设,先前发展势头开始减速;2020 年,光伏组件成本不断下降,户用光伏在单独补贴管理制度下,行业开始缓慢复苏。

4)进入新时代:2021 年,在“碳达峰、碳中和”战略指引下,行业收益于“千乡万村沐光”、“整县推进” 等利好政策推动,行业进入发展新时代。

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分布式光伏与建筑联系紧密,主要项目以屋顶电站为主。“光伏+”各种应用场景的分布式项目,包括光伏 +交通、光伏+加油站、光伏+屋顶以及光伏+农渔业等,其中屋顶电站为主要应用方式。在 2021 年上半年新增 装机中,户用光伏、工商业分布式,分别同比增长 180%、24%;地面电站同比下降 26%。

分布式光伏未来发展前景广阔。根据中国光伏行业协会预测,到2025 年,我国光伏行业新增装机量将达到 ,同比 2020 年增长 128.22%。而分布式光伏在整县推进、经济效益持续提升的情况下,有望获得较快发展,保持约 50%占比。

1.2 政策主导+经济效益,推动屋顶光伏快速发展

政策主导:顶层方案频出,分布式光伏风起

分布式光伏进入大时代,2021 年“整县推进”出台加速行业快速发展。2021 年 6 月 20 日,国家能源局综合司发布了《关于报送整县(市、区)屋顶分布式光伏开发试点方案的通知》,根据文件、项目申报试点县(市、 区)要具备丰富的屋顶资源、有较好的消纳能力,党政机关建筑屋顶总面积光伏可安装比例不低于 50%,学校、 医院等不低于 40%,工商业分布式不低于 30%,农村居民屋顶不低于20%;9 月 14 日,国家能源局公布了整县 (市、区)屋顶分布式光伏开发的试点名单,各省(自治区、直辖市)及新疆生产建设兵团共报送试点县(市、 区)676个,全部列为整县(市、区)屋顶分布式光伏开发试点。整县推进模式打破了过往分布式项目过于分 散、规模效应差的局面,进而转为项目打包、集中推进,开发难度降低,激起更多的央企、国企介入。以国家 电投为例:要求所属单位立即行动,积极申报整县(市、区)屋顶分布式光伏开发试点。因此在顶层政策直接 有力的推动下,更新模式的整县推进将加速分布式屋顶电站的发展。

双碳政策对新建建筑光伏覆盖率提出要求。2021 年 10 月 24 日,国务院印发《关于印发 2030 年前碳达峰 行动方案的通知》显示,到 2025 年,城镇建筑可再生能源替代率达到 8%,新建公共机构建筑、新建厂房屋顶 光伏覆盖率力争达到 50%。此通知彰显了国家深化可再生能源建筑应用,推广光伏发电与建筑一体化应用的发 展方向,分布式屋顶光伏的确定性进一步增强。

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经济效益:化石能源价格高企,屋顶光伏投资回报吸引业主及服务商

对于业主方:能源价格上涨带动电力供应紧张,光伏屋顶可减轻用电压力。从 2021 年 8 月份以来,煤炭价 格开始出现快速上涨,并于 9 月达到价格高点,导致国内电力煤炭供需持续偏紧,部分地区出现拉闸限电。在 这种背景下,国家发展改革委在印发的《关于进一步深化燃煤发电上网电价市场化改革的通知》中明确提出, 将从 10 月 15 日起有序放开全部燃煤发电电量上网电价,扩大市场交易电价的上下浮动范围,并明确高耗能企 业市场交易电价不受上浮 20%限制,这就意味着一些高耗能的企业用电价格将由市场交易形成价格并不受上浮 限制,将极大提高企业用电成本;而 10 月 8 日召开的国务院常务会议指出,要完善地方能耗双控机制,推动新 增可再生能源消费在一定时间内不纳入能源消费总量,这意味着拥有制造再生能源能力的高耗能企业将拥有更 多的调整空间。因而从促进和抑制两个方面来看,高耗能企业若不利用新建可再生能源对冲电价上涨,则将在 成本端承受较大压力。

对于服务商:光电建筑建造成本逐年摊薄,投资回报率有提升空间。从建造成本来看,光电建筑的成本是 动态变化的,随着时间的推延,成本在发电的持续收入下不断抵消,甚至在建筑全寿命周期,出现零甚至是负 数的情况,效益水平进一步提升,而普通建筑只能靠折旧回收成本,因此从可持续发展的角度来看,光电建筑 的优势明显。而随着分布式光伏的技术成熟,投资安装光伏设备的成本不断下滑,以工商业分布式光伏为例, 光伏系统的初始全投资主要由组件、逆变器、支架、电缆、建安费用、电网接入、屋顶租赁、屋顶加固以及一次设备、二次设备等部分构成。2020 年我国工商业分布式光伏系统初始投资成本为 3.38 元/w,2021 年预计下 降至 3.24 元/w,并在未来持续下滑,屋顶光伏回收速度加快,经济效益进一步提升。

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多省市发布补贴政策,屋顶光伏投资成本进一步下降。近期多省市发布补贴政策推动建筑物安装光伏发电, 以达到推动降低能耗的绿色建筑发展的目的。以广东省为例,自 2021 年 5 月 21 日起,在五年有效期内,对分 布式光伏发电项目的投资方按发电量给予补贴,补贴标准为:非公共建筑 0.15 元/千瓦时,公共建筑 0.3 元/千瓦 时,单个项目最高享受补贴时间为 5 年。在这样的补贴力度下,业主加装光伏的经济效益显著,装配速度有望 进一步加快。

1.3 bapv、bipv 为屋顶光伏两种实现方式,分别匹配存量与新增市场

分布式光伏与建筑的结合方式目前包括 bapv 与 bipv 两种。其中 bapv(- ) 指的是附着在建筑物上的光伏组件,这些光伏组件的主要功能是光伏发电,即不承担建筑物的功能,也不破坏 或削弱原有建筑物的功能,现在已建设的大多数光伏建筑一体化指的就是 bapv。bipv(- )是指光伏与建筑物同时设计、同时施工和安装并与建筑物相结合的光伏发电系统,也称为“构建 型”和“建材型”建筑光伏,其既具有光伏发电功能,又能承担建筑构件和建筑材料的作用,更好与建筑物融 为一体。

bapv 多用于存量建筑,bipv 多用于新建建筑。从施工流程上来看,bapv 也称为建筑后光伏,即主要集 中在建筑施工完成后附着在建筑物上,它的安装、安全性、支撑系统需要考虑周全,也会增加建筑负载。而 bipv 本身即为建筑材料,是集中在建筑施工流程中,本身能起到透光、遮风挡雨和隔热等功能,因此其主要应用于 新建建筑或整体大规模翻新建筑。

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bapv 主要应用于屋顶以及幕墙,而 bipv 可以实现应用场景多元化。传统 bapv 由于在已建成建筑物上 施工,需要考虑荷载以及抗风等因素,使用场景相对受限,目前的使用场景主要集中于屋顶以及外挂式幕墙。 而 bipv 由于其本身承载了建筑材料的性能,且组件可以采用透明彩色碲化镉光伏发电玻璃产品,因此其应用 场景更为多元化,除屋顶、幕墙外,还可用于阳光房、采光顶、屋檐遮阳、光伏车棚、光伏温室等领域,使用 空间被进一步放大。

bipv 为 bapv 的升级产品,目前二者处于并行发展状态。bapv 的概念提出于 20 世纪 70 年代,首先应 用于大型公共建筑屋顶以及商业建筑屋顶,后随着组件成本下降,开始向户用推广。经过多年发展,随着建筑 自身节能和美观要求的不断提升,以及光伏组件发展成熟,bipv 概念顺势提出。组件厂商针对 bapv 痛点进 行产品迭代,不断有符合 bipv 定义的新产品诞生,光伏建筑组件正式被赋予建筑材料的含义。但尽管 bipv 产 品在 2000 年开始就有应用,其在光伏整体的装机量占比仍然较低,2019-2020 年全球 bipv 总装机量分别为 1.15gw 和 2.3gw,总装机量年均占到全球光伏市场仅 1%左右。目前分布式光伏推行过程中,bipv 和 bapv 处于并行状态,前期预计以 bapv 为主。

ipv 相较于 bapv 更有优势,可减少房屋建造成本。与 bapv 相比,bipv 拥有以下优势:①性能更优: bipv 稳定性、寿命都优于 bapv,这是因为 bipv 产品外部暴露部分较少,且其使用的 pvb 膜具有透明、耐 热、耐寒等物理特性,能达到较长的使用寿命;②投资成本低:由于 bipv 系统可替代原有屋面,因此可以减 少原有屋面的制造成本,以钢结构厂房为例,bipv 不需要铝镁锰屋面板,在发电组件单元价格相同的情况下, 其单平米可节约材料成本 164 元。③施工便捷:bipv 建设工期短难度低,安装便捷性高于 bapv;④美观程度 高:bipv 保障建筑整体性更好,还可通过改变组件的颜色、形状、透明度等方面定制设计,建筑更加美观;

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bipv 市场定义较为广泛,目前发展仍以 bapv 为主。当前,bipv 作为屋顶的发展时间还并不长,更多用 于居民建筑结构;同时相对于传统金属屋面,传统 bipv 产品的建材属性又偏弱,尤其是在防水、防火、抗风 和散热性等关键属性上,很多市售 bipv 产品都无法达到最基本的建材要求。因此众多企业选择将光伏组件与 屋面系统简单集成并打包销售以实现光伏发电性能与建材性能的满足,而此类产品也包含在 bipv 定义中。目 前常见的 bipv 系统包括:民用光伏结构瓦、类 bipv-小型号双玻组件+彩钢瓦屋面、类 bipv-柔性晶硅组件+彩 钢瓦屋面、类 bipv-常规晶硅组件+导水槽支架系统+彩钢瓦屋面。因此,目前我们认为前期分布式光伏将仍以 bapv 或“类 bipv”为主,随着未来 bipv 产品的进步发展,真正的 bipv 产品将对原有产品实现替代。(为方 便讨论,我们以下所有 bipv 产品都包含 “类 bipv”产品。)

综上来看,bipv 在多方面拥有优势,但由于需承担建筑材料的功能,更换原有屋顶或玻璃将对居民生活、 工厂生产以及建筑物的使用造成一定影响;同时在分布式光伏推进过程中,存量房屋为主要应用对象,因此我 们预计前期发展将仍以 bapv 为主,后期随着新建建筑的数量增加,bipv 占比将逐渐上升。(报告来源:未来智库)

2.1 屋顶光伏为何需要防水卷材?

屋面防水工程总体可分为三类,结构防水+防水层对应最高防水等级。总体来看,屋面防水工程按从下到 上的结构可以分为:防水垫层、结构防水层以及防水层。其中,结构防水层一般是指屋面基层结构本身即带有 防水性能,例如带有导水槽的金属屋面,而防水垫层和防水层一般两者选一即可。防水垫层是指在金属板复合 板中间或瓦片下方的辅助防水材料,用于坡屋面的防水,可视为结构防水中的辅助构造层次,而防水层是指铺 设或喷涂在屋面结构上方的防水卷材或防水涂料,不仅可以用于坡屋面也可以用于平屋面,既可以用于复合金 属板屋面也可用于单层金属板屋面。尽管防水垫层和防水层只需要选择一个即可,但由于材料的限制,防水层+ 结构防水的防水性能要高于防水垫层+结构防水。

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防水垫层与防水层所选材料有所不同,高分子防水卷材在两者中皆有应用,且效果更佳。根据《坡屋面工 程技术规范》,防水垫层被分为沥青类防水垫层、高分子类防水垫层以及防水卷材和防水涂料四类,其中防水卷 材和涂料类中既包括高分子类防水卷材,也包括 sbs、app 改性沥青防水卷材。当防水卷材作为防水垫层位于 复合板内部时,由于其还需要承担透气、防潮等功能,因此高分子卷材在其中使用效果更好。而在防水层中, 目前主要使用的材料为防水卷材和防水涂料,且由于卷材暴露在最外层,在没有保护层的情况下,高分子卷材 因其卓越的抗老化性能而被更多使用。

防水设计是光伏屋面工程中必不可少的一环。秉承着“以排为主,防排结合”的屋面防水方针,光伏屋面 防水设计应根据建筑物的使用性质、重要程度、区域环境和使用功能要求,合理选择材料以及构造。从《光伏 组件屋面工程技术规程(征求意见稿)》给出的光伏组件屋面基本构造层可以看出,光伏组件屋面可以分为四个 类型,而四类的基本构造层中均包括结构防水层,其是指由光伏组件和排水槽构件组成的屋面防水层;类型 iii、 类型 iv 中除结构防水层还需要增加防水垫层以及二次防水层,通常二次防水层为防水卷材。

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防水设计的技术路径有所不同,当前市场提出三种主流方案。由于防水方案的设计在不同条件下具有很大 的差异性,因此提供商根据自身优势以及产品提出了不同的防水设计方案,目前市场上主流的设计方案包括以 下三种: ①结构性防水:指通过横向和纵向的导水槽,将水导到环形的收集器后通过屋顶排水沟将水排出。逆 变器龙头阳光新能源的 智慧 bipv 以及支架龙头中信博的智顶 bipv 均采用这类防水方案;②新型彩 钢瓦:传统彩钢瓦是由 q215 或 q195 低碳钢经过双面镀锌制成的轻型钢板,其防水设计年限仅为 8-10 年,而 新型彩钢瓦由 q235 锌铝镁合金制成,防腐防渗性能大幅提升,使用年限可达 25 年以上。目前组件龙头天合光 能的天能瓦 bipv 产品采用新型彩钢瓦,同时配合大流量排水槽、180 度锁边实现高防水性;③传统彩钢瓦+防 水卷材:通过在原始屋面铺设防水卷材和提供防水支座预制件的方式构建光伏屋面防水系统,防水龙头东方雨 虹以及凯伦股份均推出了自身的光伏屋面防水系统。

屋顶分布式光伏按根据屋面材料不同,可以大致分为混凝土屋面和金属屋面,而根据附着下游建筑类型可 以分为工业厂房,居民建筑和公共建筑,其中,工业厂房以金属屋面为主,还包括少量的混凝土屋面;而居民 建筑和公共建筑以混凝土屋面为主。bapv 和 bipv 在产品和施工有所不同,对于防水卷材需求的原因也有所 不同。为确定防水卷材在光伏屋面的使用空间,按照 bapv 和 bipv 两种产品发展路径,我们将谈论在不同路 径下防水卷材的应用场景。

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2.1.1 bapv:原始屋面+安装环节存在提升空间,防水卷材可兜底加强效果

按照屋面结构的不同,我们梳理了两种屋面安装 bapv 的过程,并通过拆分施工环节,可以得到防水卷材 在其中的必要性。从整体来看,bapv 安装都需要经过以下几个步骤:

1)检测屋面情况:如果是混凝土屋面需要检测漏水程度;如果是彩钢瓦金属屋面,需要确定彩钢瓦厚度来 保证荷载,检测锈蚀情况来确定是否渗漏水。而如果当前防水设计年限未能和光伏组件使用年限相匹配,则需 要更换或新增防水。

2)安装支座:如果是混凝土平屋面通常采用新增灌注水泥基座或压载的方式安装支座;如果是混凝土瓦顶 坡屋面,则需要拆除瓦片,在瓦片后打孔安装预制件支座,之后需要再放回瓦片;如果是金属屋面,则有两种 方式,一是加装檩条或垫高座,二是支座通过胶粘、夹具或螺栓的方式固定在金属屋面上。

3)安装支架:支座安装完毕后,在支座上方安装导轨以及横向和纵向的导水槽。

4)安装光伏组件:安装支架后,通过固定支架将光伏组件固定在导轨上,光伏组件之间安装防水盖板。以上安装步骤,对建筑物的屋面防水产品性能提出更高要求。

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产品端:原始屋面防水等级难以匹配光伏组件,系统升级为大势所趋

在传统防水标准下,防水合理使用年限仅为 10 年,原始屋面质量残差不齐。通过上文的讨论,我们可以 看出 bapv 主要应用于存量建筑,而存量建筑的防水年限由于标准偏低一般较短。在《屋面工程技术规范》现 行条例中,屋面防水被分为三个等级,一般工业建筑的防水等级为屋面Ⅲ级防水,其防水层合理使用年限仅仅 为 10 年,一旦使用超过 10 年以上,那么防水层的翻新会对光伏系统的经济性造成不利影响。

光伏组件使用寿命大幅超过当前屋面防水标准,屋面防水系统升级为大势所趋。光伏组件的运营周期一般 为 25 年,25 年之后仅是发电效率有所下降,其真实运营年限可能超过 25 年。根据劳伦斯伯克利国家实验室数 据显示,光伏电站的寿命已经从 2007 年的平均约 21.5 年增加到 2019 年的约 32.5 年。这意味着我国屋面防水年 限与光伏电站运营周期出现严重错配,而屋面漏水不仅意味着后期运维难度的提升,同时也是对工厂生产和居 民生活造成极大影响。在这样背景下,2018 年中国建筑金属结构协会发布的《光伏组件屋面工程技术规程(征 求意见稿)》中,要求屋面材料的设计使用年限应与光伏系统的设计使用年限向匹配,无法满足要求时应给出维 修替换方案;2020 年,住建部发布《屋面工程技术规范(局部修订条文征求意见稿)》,明确规定屋面工程的设 计工作年限不少于 20 年。在光伏与建筑建材两个行业标准的推动下,防水等级提升为大势所趋。

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组件及系统自身难以实现高性能防水,防水卷材起到兜底和加强的作用。光伏屋面的防水采取“以排为主, 防排结合”方针,防水方案通常采用 w 导水槽(竖向)与 u 型导水槽(横向)结合方式。我国分布式光伏的装 机大省多集中于华北、华中和华东地区,其中山东、安徽、浙江的装机量名利前茅,这些省份降雨量高于全国 平均水平,防水支架在雨水量过大或水槽堵塞时易造成返水、漏水;同时,光伏防水支架的安装步骤繁琐,易 产生由于装配不良而导致的事故。因此,仅靠支架防水可能难以保证屋顶分布式光伏的运营质量,需要加装屋 顶防水卷材为其兜底。

因此防水卷材是光伏屋面一级防水结构的基本构造。在防水升级的背景下,防水卷材作为光伏屋面防水的 主要技术路径之一,占据了一定的市场空间。而在《光伏组件屋面工程技术规程(征求意见稿)》中要求光伏屋 面一级防水结构中,除光伏结构防水层以外必须加装防水卷材。由此可以预见,未来组件的使用年限将不断延 长,屋面防水要求逐步趋严,对防水卷材需求的确定性也将明显提升。

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施工端:当前安装工艺存在改进空间,防水配套预制件有望解决现有痛点

当前支座安装工艺多会造成渗漏可能性。目前支座无论是混凝土屋面还是金属屋面可总体上分为两种,螺 栓打孔固定式和夹具夹持式,但二者都可能会造成屋面渗漏。首先螺栓打孔固定式需要将螺丝钉打入原有屋面, 会对原有防水层产生破坏,而为了防止渗漏通常会安装防水胶条或灌注防水密封胶,但这两种防水材料无法对 打孔处实现完全的密闭包裹。根据《epdm 胶条质保期计算方法(可公开版)》测算,epdm 防水胶条的自然老 化时间为 10-15 年,而防水胶带使用年限则更短,长期来看必然会开裂漏水。夹具加持式基本用于金属屋面, 但夹具一般采用铝合金材质,与金属板材存在电位差,会加速金属板材的腐蚀。

打孔式支座安装后需要对屋面进行防水维护,长时间施工可能造成二次伤害。传统情况下,为了弥补打孔 带来的渗漏风险,需要对支座进行单独防水处理,一般流程为:在支座安装完成后,用防水卷材覆盖支座底部, 并用热风焊接的方式与原屋面卷材链接,之后再采用细部卷材将支架包裹并与大面卷材焊接为一个整体,形成 完整防水体系,整体施工流程较为复杂,安装时间较长,而屋面长时间上人安装将对彩钢瓦形成踩踏,造成锁 边松脱,进而对屋面防水造成二次伤害。

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防水一体化预制件可兼顾防水和固定双重功能,加快施工进度。为解决支座和防水单独施工所带来二次伤 害,防水企业结合支座施工特点以及自身产品特性,开发出防水一体化固定预制件,此类预制件提前用防水卷材包覆立柱,底盘防水卷材在工厂预制成形,并在预制件底部固定锚,安装时通过 90°翻转,反扣在钢板基层, 为屋面分布式光伏提供足够的抗风性能保障。防水预制件由于安装步骤提前,防水材料与支座在工厂就已经预 制成形,因此能缩短施工流程,更好实现防水效果。

2.2.2 bipv:组件需承担建筑材料性能,防水卷材当下必不可缺

与 bapv 不同,屋顶 bipv 需替代原有屋面。屋顶 bipv 产品除了发电产生收益外,建筑属性是其最为重 要的特性。bapv 的防水是为了满足光伏组件的使用年限,而 bipv 的防水则是其作为建筑材料所必须要承担 的性能。在应用领域中,bipv 由于当前技术限制,仍不能替代混凝土公共建筑的屋顶,多以加盖的采光顶形式 体现;而在工商业金属屋面以及民用领域,已经出现可以替代原有屋面的 bipv 产品,例如工商业的保温防水 光伏一体化屋面,民用领域的光伏瓦。

从产品结构来看,采光顶型 bipv 由于采用透光组件,其对于装饰需求较大,而防水卷材和涂料都不具有 透光性,因此在此类产品中,防水材料的适用空间较小;而工商业领域的屋顶一般采用金属屋顶,当前 bipv 产品可通过集成的方式将光伏组件、保温材料、防水卷材以及彩钢瓦组合形成光伏屋面系统,在发电的同时承 担建筑特性,进而替代原有屋面;而民用领域中,目前光伏瓦仅替代砖瓦和沥青瓦,光伏瓦屋面仍需要底部防 水层打底。

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细分来看,工商业 bipv 屋顶系统采取一体化销售模式,防水卷材通常包含在系统内。在目前使用于工商 业屋顶的 bipv 产品中,通常将防水卷材复合在系统中打包销售,即在产品端就已经确定了防水卷材的使用。 在后续的施工阶段中,防水材料一般位于保温材料之上,光伏组件之下,而且一体化施工更会考虑到防水层与 支座的集成,进而保证 bipv 屋面系统的防水性。

民用领域中光伏瓦仅替代原有瓦片,屋面防水仍需防水卷材打底。在传统砖瓦和沥青瓦屋面中,屋面的防 水大多由瓦片下方的防水卷材层所承担,而光伏瓦仅替代传统砖瓦和沥青瓦,并没有过多承担防水性能;同时 更换光伏瓦后,由于需要加装支座,难免会对原有防水层造成伤害。在龙焱新能源公开的光伏瓦安装流程中, 光伏瓦需要安装在由混凝土瓦制造商推荐的屋面防水卷材之上。因此,在民用领域中,使用光伏瓦作为屋面仍 然需要底层的防水卷材打底。

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2.2 屋顶光伏需要何种防水卷材?

防水卷材为最常见的防水材料,高分子防水卷材包括 pvc、tpo、epdm 等。防水材料主要包括防水卷 材和防水涂料,2020 年我国防水市场中,防水卷材合计占比约 60%。防水卷材多用于开阔平面的防水工程,产 品包括改性沥青卷材、高分子卷材和自粘卷材三大类,以工程项目应用为主。其中高分子卷材是以合成橡胶、 合成树脂或二者的共混体为基料,加入适量的化学助剂和填充剂等,采用密炼、挤出或压延等橡胶或塑料的加 工工艺所制成的可卷曲片状防水材料,目前主流的高分子防水卷材为 pvc、tpo 以及 epdm 三类。

全球防水卷材进入高分子时代,中国正实现加速追赶。相较于普通防水卷材而言,高分子防水卷材均质性 好,剪切强度高,耐腐蚀能力强。在生产时还可通过加入颜料的方式使卷材获得各种颜色,在防水同时还可起 到装饰作用。国外高分子防水卷材于上世纪八十年代开始出现,经过 40 多年的研发完善,已经成为多个国家的 主要防水产品,目前在英国、德国、荷兰和瑞士高分子防水卷材分别占 30%~35%,40%~45%,40%~45%和 60%。而我国高分子卷材起步较晚,2020 年我国高分子防水卷材的市场占比仅为 13.8%,但其追赶趋势明显, 高分子防水卷材产量增速为各类防水卷材类别中最高,主要系地下工程需求爆发。

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高分子卷材在光伏屋面领域具有绝对优势,成为防水卷材的“最优解”。通过上文的分析可以看出防水卷 材为光伏屋面的防水路径之一,但普通防水卷材无论是使用年限还是后续的运营检修相较于高分子防水卷材都 不具备经济性,因此高分子防水卷材更能匹配光伏屋面的需求。细分来看,主要有以下几点原因:

1)高分子卷材使用年限 25-30 年,能匹配光伏组件的运营周期。相较于普通防水卷材,高分子防水卷材有 很好的匀质性好,在生产过程中就能很好的控制产品质量,同时还具有防紫外线、防老化性能,因此其使用年 限为 25-30 年。目前光伏组件的使用年限为 25 年以上,而且只有达到一定的使用年限安装,才能回收成本实现 效益;若在运营过程中出现渗漏,则需要拆除组件,重新铺设防水,光伏屋面的经济性受到损害。因此,安装 在高分子防水卷材的屋面上的组件更能实现完整的运营周期,进而实现经济效益的最大化。

2)高分子卷材使用外露式铺设,满足荷载以及后期维护需要。普通沥青基防水卷材由于其耐候性较差, 为延长其防水年限需要在其外部再添加一层保护层,保护层通常为水泥砂浆或细石混凝土,多层防水设计会增 加屋面荷载压力,进而使光伏组件安装受限;同时多层防水也为后期检修维护造成困难。而高分子防水卷材通 常采用单层屋面施工,卷材不需要保护层即可实现较长年限运营,而且外露式的铺设防水更便于后期的运营维 护,即使出现渗漏也能尽快的确定漏水点进行修补。

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3)tpo 卷材多为白色,高反射率可提高双玻组件发电效率。光伏组件可分为单玻组件和双玻组件,双玻 组件是指背板用玻璃替换不透明背板进而实现双面发电的光伏组件。由于背面发电依靠光线照射至屋面而形成 的折射光和反射光,因此屋面反射率越高则越能增加组件的发电效率。与黑色的普通防水卷材相比,高分子防 水卷材可制成白色,其太阳能反射指数 sri 为 95-100 之间(标准白色的 sri 为 100),能对太阳能实现较好反 射,进而提高双玻组件的发电效率。

2.3 屋顶光伏将新增防水卷材多少空间?

2.3.1 存量屋顶为短期主要需求,年均带动防水市场近百亿

存量市场主要受益于整县推进,预计未来四年新增防水市场规模年均 91 亿。根据 2021 年 9 月 14 日国家 能源局正式印发的《公布整县(市、区)屋顶分布式光伏开发试点名单的通知国能综通新能〔2021〕84 号》文 件可知,全国共有 31 个省、市、自治区(含新疆兵团)共计报送 676 个县,全部列为整县(市、区)屋顶分布 式光伏开发试点。同时文件提出要 2023 年底前,试点地区各类屋顶安装光伏发电的比例均达到《通知》要求的, 列为整县(市、区)屋顶分布式光伏开发示范县。因此,对于整县推进测算我们给出以下假设:

1)单县新增分布式装机量为 。由于整县推进模式下项目由之前的分散开发变为打包开发,利于大 型企业进场,因此单体规模有所增加。根据中信建投电新团队的假设,单县规模为 ,全部 676 个县共提 供 的存量市场空间。

2)预计到 2025 年完成全部装机。文件要求到 2023 年底前完成各类屋顶安装光伏发电的比例要求,但试点 项目申报并不以最低比例上报,部分省份要求比文件更高,因此我们预计新增装机量有望在 4 年内释放,至 2025 年每年至少新增装机 33.80gw。

3)每平米对应功率为 120w。通常在钢结构的彩钢瓦屋顶安装光伏电站,只在朝南的一面安装光伏组件, 铺设比例为 1kw 对应 10 平方米;而在砖瓦结构屋顶安装光伏电站,一般会选在 08:00—16:00 没有遮挡的屋顶 区域铺满光伏组件,铺设比例也为 1kw 对应 10 平方米。在组件效率不断提升的背景下,假设每平米对应功率 120w。

4)假设防水卷材的渗透率为逐步从 30%上升至 35%。当前光伏屋面的防水设计方案还未形成统一,但考 虑到防水卷材的优势,我们假设防水卷材的渗透率将由 2022 年的 30%逐步上升至 2025 年 35%。

5)假设防水卷材在包工包料的情况下单平米售价为 100 元。

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2.3.2 新建屋顶可贡献中长期增量,年均带动防水市场四十亿

新增市场主要受益于碳达峰目标,预计年均新增防水市场规模 40 亿。根据 2021 年 10 月 24 日国务院印发 《关于印发 2030 年前碳达峰行动方案的通知》显示,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%。由于城市住宅屋顶光伏易出现产权问题,而农村新建住宅渗透率不做要求,因此我们预计屋 顶光伏主要新增市场来自于以上两大类建筑,对于新增市场给出以下假设:

1)工业厂房与公共建筑竣工面积合计占比约为 21.5%。根据《2019 年中国建筑业统计年鉴》可知,2019 年厂房及建筑物竣工面积占全国各类建筑物竣工面积的 12.2%,而办公用房屋、科研、教育、医疗用房屋等公 共建筑竣工面积合计占比为 9.27%。假设全国竣工面积每年以 1.5%的递减,公共建筑与工业厂房占比不变。

2)假设工业屋顶面积为工业竣工面积的 1/2,公共建筑的屋顶面积为竣工面积的 1/5。由于占地面积=竣工 面积/容积率,而工业建筑厂房多层数较少,因此假设容积率为 2;而公共建筑多为高层建筑,因此假设其屋顶 面积为竣工面积的 1/5。

3)新增项目安装分布式光伏的比例逐年增加,到 2025 年增加至 50%。根据政策要求,假设 2022 年新建 工厂和公共建筑安装屋顶光伏的比例为 35%,并逐年增加至 2025 年的 50%,实现通知目标。

4)假设防水卷材的渗透率为逐步从 30%上升至 35%。当前光伏屋面的防水设计方案还未形成统一,但考 虑到防水卷材的优势,我们假设防水卷材的渗透率将由 2022 年的 30%逐步上升至 2025 年 35%。

5)假设防水卷材在包工包料的情况下单平米售价为 100 元。

综上,至 2025 年,在存量与新增市场共同推进下,屋顶分布式光伏可为防水卷材带来年均 131 亿元的新 增市场规模。

3.1 bipv 拉长光伏产业链,参与者汇集光伏、建筑、建材企业

屋顶光伏与建筑联系密切,需汇集多个行业共同合作。对于一般光伏组件而言,其产品的研发、生产、销 售均能在光伏产业链中形成闭环,即“原材料-电池片-组件-集成运营”四个环节。而 bapv 和 bipv 都需要与 建筑进行较好融合,bapv 需考虑集成后如何对建筑影响最小,以及后续维护建筑功能,而 bipv 需考虑如何 让光伏组件承担建材性能。这些附加功能仅靠光伏企业很难实现,需要同建筑以及建材企业共同合作。

1)bapv:bapv 产业链与光伏产业链基本一致,其上游为生产组件所需原材料,包括电池片,背板,eva 胶等;中游为组件、逆变器与支架等配件;下游是 bapv 光伏发电系统集成商,订单传递至光伏 epc 承包商, 最后由运营商收尾。在光伏 epc 项目中,光伏施工与建筑施工通常是分开进行,建筑施工通过分包的方式进入 项目,因此在这个环节有部分建筑或建材企业(包工包料)进入。其中光伏企业在产业链中的话语权较大,主 要因为光伏产业链各个环节参与企业众多,且部分企业布局较广泛。

2)bipv:bipv 产业链最大不同在于建筑材料企业所处的位置,当前 bipv 产品通常采取集成系统方式打 包销售,即建材在产业链前端就已经和光伏组件集成一体,建材企业更多体现在产品端。因此,bipv 的产业链 上游为组件原材料以及建筑材料,中游复合为 bipv 产品(纯 bipv 产品链环节),之后同支架和逆变器汇集至 下游系统集成商,再由 epc 负责施工。

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不同公司分别推出 bapv、bipv 产品,产业链延伸布局特征明显。①隆基股份:单晶硅龙头凭借组件开 发及生产优势推出首款装配式 bipv 产品“隆顶”,该款产品已经于 2020 年 7 月在西安正式下线,工厂全线投 产后年产能 1gw 左右。同时为拓展销售渠道,公司于 2021 年 3 月入股森特股份成为第二大股东。②中信博: 从支架体系出发,开发出包含专利防渗导水系统的“智顶”bipv 产品,其用机械结构解决了屋面排水需求,以 横向和纵向向导水槽作为辅助防水,并采用了支架的弹性固定方式有效延长系统寿命。③特斯拉:于 2016 年正 式推出民用 bipv 光伏产品 roof,目前已经更新至第三代; roof 外观类似于普通瓦片,但表面为带 纹理的玻璃,内部隐藏有可以发电的光伏电池,可替代传统陶土瓦和沥青瓦。④东方雨虹:推出“虹昇”分布 式光伏屋顶系统,预计于 2021 年年底完成近 68 万平方米的新建及既有生产研发物流基地“虹昇”分布式光伏 屋面系统加装工程,预计光伏装机容量约为 51mw。(报告来源:未来智库)

3.2 防水企业参与产业链多个环节,龙头从中更为受益

群雄跑马圈地,建筑、建材企业积极布局,通过收购或合作方式切入新兴市场。在市场需求催生下,建筑、 建材企业纷纷布局 bipv 市场,布局方式主要分为三种:①通过收购上游光伏企业获得组件产品,利用自身渠 道发挥协同效用完成销售;②合资参股,与光伏企业共同投资成立合资公司,完成产品生产及推广;③同光伏 企业签署战略合作协议,在产品研发、推广等多方面开展合作。光伏、建筑、建材企业可合作推进,实现产品 互补、渠道共享。

目前,杭萧钢构、富煌钢构、东南网架等建筑企业以及秀强股份、东方雨虹、凯伦股份等建材企业均采取 以上方式切入 bipv 市场。此外,也有少数建材企业单独成立子公司拓展业务,如中国联塑 2022 年 1 月成立广 东联塑班皓光伏新能源公司,将提供光伏系统的一体化服务。

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光伏企业拥有制造优势,防水企业更具备渠道和施工优势。通常情况下,分布式光伏项目的开发运营流程 为以下几个步骤:项目开发→项目勘测→方案定制→产品制造→施工管理→运维服务。而由于防水卷材为光伏 屋面防水设计方案的主要技术路径之一,防水企业也凭借自身优势渗透进分布式光伏项目的各个流程。细分来 看,防水企业的参与情况以及优势在于:

1)项目开发:防水企业可借助过往施工项目经历,提供客户资源。一般情况下,由于防水材料的性能比 较依赖施工来体现,单一项目中可体现企业“材料+施工+服务”的综合能力。所以一旦获得客户认可,就能形 成一定的客户粘性;同时与集中式项目集中招标不同,分布式项目尤其是工商业厂房以及民用项目多为独立招 标。因此在分布式光伏项目开发中,客户更为认同历史服务情况,进而在组件成本和收益类似的情况下,会选 择更为熟悉的防水企业,因此防水企业在光伏开发中拥有大量的潜在客户资源,可以形成项目入口。

从海外发展经验来看,国外的防水企业巨头例如瑞士西卡、美国 gaf、法国索普瑞玛()集团均 推出了自己的防水光伏系统,并可以通过自身销售渠道完成项目拓展;而从国内发展情况来看,国内大大小小 的光伏组件商、运营商都在积极和防水企业寻求合作,开发产品的同时实现渠道共享,拓展双方的项目资源。 由此可见,防水企业的潜在资源对于光伏组件商、运营商而言为重要的销售渠道之一。

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2)施工运维:防水企业拥有丰富的防水工程经验,可在方案定制、施工运维方面提供更为专业的服务。防 水企业在产品制造上更了解需求痛点,可根据屋面情况提供合适的防水方案,并与光伏组件企业合作开发产品。 在分包情况下,防水施工由企业负责可以更有效率的完成,减少施工周期。而后续一旦出现渗水,防水企业可 尽快提供弥补方案,进而减少后续运营难度。

龙头产品和渠道优势明显,优质项目资源向头部企业集中。经过前文的讨论,我们确定高分子防水材料是 最适合屋顶光伏的防水卷材,其产品技术含量较高,配方、原材料以及生产设备均需投入较大研发力量和资金 完成,因此防水龙头企业的高分子卷材产品系列更为丰富,具备参与光伏项目的能力。同时防水龙头经过多年发展,积累了更深厚的渠道优势,可与光伏企业实现资源共享。目前分布式光伏正处于大力推广阶段,这阶段 的项目质量将很容易影响到后续项目推进,因此光伏企业会选择项目经验更丰富、客户资源更多的防水头部企 业合作。综上,在分布式光伏的市场中,防水企业的竞争格局将出现明显优化,头部企业享有绝大多数市场份 额,实现强者恒强。

3.3 国内龙头企业积极布局,有望共享光伏防水新市场

3.3.1 东方雨虹

东方雨虹为国内首家生产制造 tpo 防水卷材的企业,积极抢占光伏屋顶市场。公司 tpo 生产线从 2009 年起正式投产,2014 年以来累计生产超过 3000 万㎡ tpo 防水卷材,累积为一千余个工程提供屋面系统施工和 技术支持。根据投资者问答平台披露,公司在国内 tpo 领域配方技术水平、市占率均居领先位置,以 2020 年 国内柔性屋面市场分布情况来看,雨虹销量第一,其余主要为国外品牌厂家。雨虹于 2011 年开始对屋面分布式 光伏与 tpo 单层屋面系统的结合方式进行探索,已将光伏屋顶配套系统包括辅材、支座等关键技术环节发展完 备。公司先后在常熟奇瑞捷豹路虎、合肥海纳(蔚来)新能源汽车、江苏盐城绿叶科技、江阴远景能源、天津 常春汽车零部件的厂房,将分布式光伏与 tpo 单层屋面系统相结合。

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在雨虹 bipv 屋面系统中,金属基座、节点处防水效果可靠,解决了传统金属屋面的痛点。传统金属自防 水屋面的金属板,硬度有余而柔性欠佳,无法实现防水的密闭性,渗漏问题一直是金属屋面的短板。而在东方 雨虹的 bipv 屋面系统中,金属基座通过锁水压环和 tpo 卷材在工厂预制成型,确保了基座的防水效果。节点 处采用穿出屋面短柱作为屋面光伏基座,短柱具有一定的泛水高度,并用 tpo 防水卷材进行包覆,上部采用不 锈钢管箍和密封胶进行收口处理,能够保证节点处的防水效果。待基座完成固定后,将基座 tpo 防水卷材与大 面 tpo 防水材料进行热风焊接,施工方便便捷,防水效果可靠。

东方雨虹与多家公司签订战略合作协议,切入光伏屋顶市场,合作方实力强劲。东方雨虹的合作方既包括 光伏综合服务商龙头晶澳科技、建筑装饰公司瑞和股份,也包括电池生产厂商信义电源。合作方式主要以双方 签署战略合作协议为主,并通过设立合资公司,或以联合体等方式共同推进产品开发和项目落地。合作方具备 较强行业经验,以瑞和股份为例,其于 2017 年承建信丰县 6mwp 村级光伏扶贫电站,属信丰县第一批村级光伏扶贫电站。而绑定此类政企关系较好的企业,有助于防水材料在未来整县推进过程中更好的进行项目落地。

3.3.2 凯伦股份

凯伦股份创造性地推出“cspv 全生命周期光伏屋面系统”,全面发力光伏板块业务。针对传统金属板屋面 易变形、易腐蚀、后期维修费用高的“痛点”,以 tpo、pvc 为代表的高分子防水材料满足超长耐久性要求, 凯伦股份开发了全生命周期光伏屋面系统——cspv( -ply )系统,将凯伦单层 屋面系统与光伏发电系统有机结合起来,确保屋顶与光伏发电系统同寿命。

cspv 系统成本低,性价比高,可提高发电效率。cspv 系统至少 25 年使用寿命,一次性施工,无需更换 屋顶,实现全生命周期保障。相比传统单层金属板系统,凯伦单层屋面系统在 25 年生命周期内,可节省 50%左 右费用,前期投资大但整体性价比高。除此以外,高效益 cspv 系统利用高分子防水卷材的阳光反射率和光伏 板倾角调节,可大幅度提高发电效率。

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凯伦股份与多类企业签订战略合作协议,共同推广 cpsv 系统,开发屋顶分布式光伏发电项目。公司已经与 葛洲坝电力、道达尔、腾晖光伏、贝盛绿能、苏州中鑫、联盛新能源、上迈新能源、阳光新能源、天合智慧、 优得新能源等公司签署了战略合作协议,合作方类型包括新能源企业、工程公司、项目开发方等,积极布局在 分布式光伏领域的业务。公司产品已在部分项目投入使用,2021 年 11 月初,康力电梯二期办公楼屋顶及子公 司新里程办公大楼项目加装了 cspv 系统分布式光伏系统。

3.3.3 科顺股份

科顺股份以提供防水综合解决方案为主业,tpo 防水卷材性能优异。公司在防水领域深耕多年,产品已经 应用到北京奥运场馆水立方、国家体育馆等著名工程。科顺 tpo 防水卷材物理性能优异,拉伸及撕裂强度大。 由于光伏设备工作会产生能量转化,对周边环境的温度影响较大,所以会加速防水材料的老化。科顺 tpo 防水 卷材的人工气候耐老化检测结果,远高于国标要求 的 3 倍有余,热老化性能也远高于国标要求 672h 的 3倍有余,耐酸碱盐处理性能保持率几乎接近 100%。

加强新能源公司合作关系,与圣戈班协同共同开发市场。在光伏屋面领域,目前科顺 tpo 防水卷材已经应 用在成都通威光伏产业基地、福田汽车光伏发电项目等光伏屋面工程中,项目经验较为丰富,防水材料性能得 到认证。2021 年 6 月,公司和圣戈班集团创立合资公司,随后在重庆设立防水材料产研一体总部,未来将联合 圣戈班集团开发外露型 tpo 防水材料应用市场。同时公司加强和光伏产业链企业合作关系,2021 年科顺与北方 新能源、国家能源集团等签署战略合作协议,同时与单晶硅龙头隆基股份交流密切,共同探讨光伏企业与防水 企业的合作空间和合作机会。

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3.3.4 北新建材

北新建材拥有央企资源加持,在防水领域后来居上。2021 年 6 月 2 日,北新防水作为北新建材旗下的独资 企业正式成立,通过收购重组多个区域的规模公司,现已拥有覆盖全国十余个防水生产基地,迅速跃居防水行 业领军企业。2021 年上半年,公司防水业务实现营业收入 19.33 亿元,同比增长 37.10%。

北新 bipv 防水系统的突出优势在于防水层的无穿孔安装,杜绝了防水隐患。北新 bipv 防水系统以 tpo防水卷材作为主防水层,通过浮贴式屋面光伏基座专利技术,光伏基座浮贴式焊接在 tpo 防水卷材表面,形成 无穿孔防水层,确保整体防水效果。在安装时无需穿透原屋面防水面层,杜绝防水隐患。

快速布局光伏领域,部分分布式发电项目已投入使用。2020 年 5 月 11 日,北新建材宁波基地 2.8mw 分布 式发电项目正式投入使用,设计使用寿命 25 年以上。北新建材宁波基地采用 bipv 安装方式,原屋顶已腐蚀漏 水翻修费用约为 100 元每平方,25 年需要翻修 3 次以上,费时费力;25 年的防水使用年限可减少每 8 年一次的 屋顶整修费用。

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央企优势明显,与其他央企在光伏领域开展交流与合作。北新建材的合作方国华投资、凯盛新能源、国家 电投等均为央企,在整县推进下,各地央企积极响应国家能源局在碳达峰、碳中和方面的指导方针,有充足的 资金实力获取光伏项目资源。合作双方将在光伏建筑一体化设计、施工、应用的标准上达成共识,促进产品向 标准化发展。

3.3.5 三棵树

防水业务增长势头迅猛,联合森特股份布局 bipv 业务。三棵树于 2018 年收购广州大禹防漏 70%股权,正 式切入防水业务,进一步完善公司产业链,满足下游客户对建筑外墙及防水产品的需求。2021 年前三季度,公 司防水卷材业务实现营收 8.99 亿元,同比增长 56.68%。 在分布式光伏前景向好背景下,公司于 2021 年 12 月 与森特股份正式成为战略合作伙伴,借助森特股份在 bipv 领域的研发优势以及项目资源,正式进军光伏防水 一体化市场。

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细化应用场景解决相应痛点,研发推出三大光伏系统解决方案。公司以建筑类型作为分类基础,针对新建 工业屋面市场、翻新工业屋面市场、民用屋面市场的光伏建筑类型特点,推出与其相配套的防水系统解决方案, 针对新建工业市场推出柔性组件的 bipv 屋顶光伏系统以及浮贴式光伏支座,针对翻新工业市场推出将 tpo 高 分子防水卷材满粘于基层上的翻新屋面系统,针对民用市场推出了外露丙烯酸涂料来实现快速施工、与光伏组 件兼容等功能。在产品与合作伙伴加持下,公司有望迅速在 bipv 市场取得营收。

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