2024年，全球电力需求相比2023年增长了约4%，这是自2007年以来的最高年增长率（国际能源署2025年）。化石燃料仍占电力生产的近50%，这凸显了对碳密集型能源的持续依赖，也加剧了加速发展可再生能源以实现“零碳”电力系统的紧迫性（Shi等人，2024年，国际能源署2024年）。在所有可再生能源中，太阳能因其可持续性、清洁性和易于部署的优势而成为首选。光伏（PV）技术的持续进步降低了光伏系统的安装成本（国际能源署2024年），同时支持性政策和财政激励措施推动了光伏的大规模部署（清华大学碳中和研究院2024年）。因此，全球光伏装机容量从2013年的136吉瓦增长到2023年的约1411吉瓦，年均增长率接近30%（F等人，2023年，国际能源署2024年）。
分布式光伏在全球光伏部署中发挥着越来越重要的作用。在燃料和电价上涨的背景下，分布式光伏已成为许多不同行业消费者青睐的替代方案。建筑行业约占全球能源消耗的37%和温室气体排放的36%，随着城市化和人口的增长，这些数字预计还会继续上升（Warneryd和Karltpor，2020年）。许多城市尝试将光伏系统整合到建筑物中（Zuoqi等人，2022年；An等人，2023年）。特别是屋顶光伏使建筑物从能源消费者转变为能源生产者，对减排和城市可持续性做出了重要贡献。根据国际能源署的数据，2024年全球屋顶光伏安装量比2023年增加了24%（国际能源署2024年）。
随着光伏系统在屋顶上的广泛安装，研究人员从多个角度优化了其部署方式。一些研究专注于独立光伏系统的参数优化，以提高能源利用效率和输出，例如光伏板的朝向（Hartner等人，2015年；Hafez等人，2017年）、倾斜角度（Freitas等人，2015年；Wijeratne等人，2022年）和布局（Zhong和Tong，2020年；Zhong和Tong，2022年）。其他研究则通过设定不同的可持续发展目标来部署整个研究区域的屋顶光伏系统，例如最小化安装成本（A. A. H和Khaled，2024年；Jing等人，2023年）、最大化太阳辐射（Jingjin等人，2022年）和减少排放（Nima等人，2024年；Wang等人，2024年）。
尽管许多研究考虑了一个或多个目标来优化光伏系统的规划，但很少有研究考虑光伏系统的整个生命周期，包括制造、运行和回收阶段。例如，一些研究仅关注光伏发电的成本（A. A. H和Khaled，2024年；Jing等人，2023年）或安装后的效益（Ahmad等人，2021年；Abdulaziz等人，2023年）。一些研究在评估环境效益时忽略了与光伏系统制造和回收相关的潜在环境负担，隐含地假设光伏安装是无污染的（Kim等人，2016年；Asrami等人，2021年）。此外，安装在不同类型建筑物上的光伏系统具有不同的特性（Shabbir等人，2022年）。例如，工业和商业光伏系统的初始成本通常高于住宅光伏系统（Lifei等人，2023年）。工业和商业光伏系统通常面临更高的电价，而住宅光伏系统可能受益于更多的政府补贴（江苏省发展和改革委员会2024年；光伏行业协会2024年；中国电力工业年度发展报告2023年（摘要）；南京市城乡建设委员会2021年）。然而，大多数关于光伏系统部署优化的研究通常只关注特定类型的建筑，或者忽略了建筑类型差异带来的影响（Wijeratne等人，2022年；Nima等人，2022年；Tao等人，2025年；Rui等人，2022年）。
为了解决上述问题，本研究提出了一种新的多目标优化方法，用于确定城市区域内不同类型建筑物上屋顶光伏系统的安装容量。该方法考虑了光伏系统的整个生命周期，同时最大化经济和环境效益。同时，研究使用相关的社会指标评估多目标优化方案，考虑了未来的社会经济发展计划和城市地区的不同电力消耗模式。我们将所提出的方法应用于中国南京的城市区域，以帮助确定可持续的屋顶光伏部署方案。该方法可以扩展到评估其他能源资源，并应用于其他地区，以构建有韧性的能源系统并支持城市可持续性。
