1、太阳能光伏发电技术在绿色建筑中的应 用分析 李娟 丁蕾 王娅 合肥学院建筑工程系 摘 要： 合肥属于太阳能资源类地区, 选取该地区某绿色建筑二星级商业办公楼为例, 从可再生能源角度分析太阳能光伏发电系统应用于绿色建筑的设计方法和设计 内容, 并计算其所带来的环境效益、 经济效益及成本回收期, 为太阳能光伏发电 技术在建筑领域上的应用提供了一定的参考价值。 关键词： 太阳能; 光伏发电; 实际应用; 作者简介：李娟 (1987-) , 女, 安徽合肥人, 讲师, 硕士。 基金：2015年安徽省高等学校自然科学研究一般项目 (KJ2015B1105902) Application Analysis
2、 of Solar Photovoltaic Power Generation Technology in Green Building LI Juan DING Lei WANG Ya Department of Architectural Engineering, Hefei University; Abstract： Hefei is the class solar resources region.Took a “two star green” commercial office complex building in Hefei as research object, We anal
3、yzed the design method and content of the solar photovoltaic pow-er generation system used in green building from the perspectives of renewable energy photovoltaic system, and further counted its environmental benefits, economic benefits and cost recovery period.The research would provide a referenc
4、e to the application of solar photovoltaic power generation technology in building field. Keyword： solar energy; photovoltaic power generation; practical application; 1 项目基本情况 研究对象为一栋商业办公楼, 位于安徽省合肥市, 属于新建公共建筑, 已申报 绿色建筑二星级设计标识。 建设用地面积为17 000 m, 地上总建筑面积为860 000 m, 共计 4栋高层商业办公楼。商业办公楼一层至二层为商铺, 三层及以上为办 公
5、楼。依据合肥市促进建筑节能发展若干规定 (市政府令第160 号) 及关 于加强新建民用建筑设计方案建筑节能管理工作的通知 (合规2014129 号) 规定, 该项目应至少利用 1种可再生能源。 表1 可再生能源方案比较 下载原表 综合考虑各方案利弊、 项目现有条件及成本因素, 最终选择太阳能光伏系统作为 该项目的可再生能源应用形式。 2 合肥市太阳能资源 参考合肥市建筑热环境分析专用太阳能气象数据分析报告, 合肥市日照条件 较为充足, 太阳能资源相对比较丰富, 多年平均日照数在 2 100 h左右, 日照百 分率为48%。夏末8 月是日照时数最多的月份, 多年平均为247.6 h, 日照百分
6、率为60%;早春2月是日照时数最少的月份, 多年平均为135 h, 日照百分率为 40%左右;3月气旋活动频繁, 云系增多, 是日照百分率最低的月份。年太阳辐射 总量平均为4 444.91 MJ/m, 最高年份达5 000 MJ/m, 少数年份低于 4 200 MJ/m。 3 太阳能光伏系统应用设计 该项目拟采用光伏发电系统, 提供走廊及地下室照明电能。 光伏发电系统的设计 要本着合理性、实用性、高可靠性和高性价比 (低成本) 的原则, 做到既能保证 光伏系统的长期可靠运行, 充分满足负载的用电需要, 同时又能使系统的配置 最合理、最经济。特别是确定使用最少的太阳能电池组件功率, 协调整个系统
7、工作的最大可靠性和系统成本之间的关系, 在满足需要保证质量的前提下节省投 资, 达到最好的经济效益。 3.1 光伏系统安装位置的确定 4栋商业办公楼屋顶多处挑空, 南侧有可使用空间, 故考虑将光伏组件设于屋 顶南侧上人屋面, 架高设置, 保证光伏组件不受遮挡, 如图1所示。 图1 屋顶光伏板设置 (框选位置) 下载原图 3.2 光伏系统装机容量的确定 该项目拟采用的光伏组件技术参数如表 2所示。 依据民用建筑太阳能光伏系统应用技术规范JGJ203-2010的要求, 为保证前 排光伏组件在冬至日 9:0015:00 (太阳时, 方位正南北向) 不遮挡后排的光伏 组件, 该项目采用 Ecotect
8、软件 (由Autodesk 公司研制的可持续建筑设计及分 析工具。) 对光伏组件进行遮挡分析, 光伏组件的最佳间距为 1 400 mm。 表2 光伏组件技术参数 下载原表 该工程安装光伏组件320块 (每60块为1组) , 分布于商业办公楼南侧屋面, 光 伏组件面积合计为 523.76 m, 安装功率300.8 k W。系统发出直流电能通过输配 电网络输送到地下室配电房, 再通过逆变器将直流电转化为380 V的交流电, 全 部并入变压器负载端, 不上传到电网。 图2 冬至日上午 9 时阴影 下载原图 图3 冬至日下午 15 时阴影 下载原图 3.3 光伏发电应用场所 太阳能光伏发电可以作为常规
9、能源的补充, 在特殊应用领域 (如通信、信号电 源) 、边远地区民用生活、环境保护及能源战略等方面都具有重大的意义。但是太阳能光伏发电存在能量密度低、 稳定性差的缺点, 因此太阳能光伏发电产生的 电能不能应用于该项目的一、 二级负荷, 主要应用于三级负荷, 例如办公室内照 明、地下室照明、走道楼梯间照明, 以及普通插座用电等。 3.4 光伏年发电量计算 式中, En 为光伏系统年发电量;Q为纬度倾角平面年总辐照量, 取1 205.94 k Wh/m (数据取自合肥市典型气象年太阳辐射评价报告) ;Ac为光伏发电板面 积, 取 523.76 m;1为光电转换效率, 取15%;2为综合发电效率,
10、取80%。 则年总发电量为 3.5 常规能源替代量计算 式中, Qtd为太阳能光伏系统的年常规能源替代量, kg标准煤;D为每度电折合所 耗标准煤量, 根据上年火电耗煤水平确定, 没有相关数据时取D=0.36kg/k Wh;En为太阳能光伏系统年发电量, k Wh。 则常规能源替代量为 3.6 环境效益分析 1) CO2减排量 Qrco2应按下式计算: 式中, Qrco2为CO2减排量, 单位为kg;Qtr为太阳能光伏系统年常规能源替代量, 取 27 287.16 kg;Vco2为标准煤的 CO2排放因子, 取2.47 kg/kgce。 则CO2减排量为 2) SO2减排量 Qrso2应按下式
11、计算: 式中, Qrso2为SO2减排量, 单位为kg;Qtr为太阳能光伏系统年常规能源替代量, 取 27 287.16 kg;Vso2为标准煤的 SO2排放因子, 取0.02 kg/kg。 则SO2减排量为 3) 粉尘减排量 Qrfc应按下式计算: 式中, Qrfc为粉尘减排量, 单位为kg;Qtr为太阳能光伏系统年常规能源替代量, 取27 287.16 kg;Vfc为标准煤的粉尘排放因子, 取0.01 kg/kg。 则粉尘减排量为 经计算, 该项目采用太阳能光伏系统后, 可使 CO2的年减排量达到67.44 t, SO2 的年减排量达到0.56 t, 粉尘的年减排量达到 0.27 t。 3
12、.7 经济效益分析 该项目太阳能电池板总安装功率为 300.8 W, 年总发电量为77 097.19 k Wh。 目前, 光伏组件的价格为 5.47.0元/W, 逆变和输配电的价格约 1.82.0 元/W, 电气设备及电缆的价格约为 1.33元/W, 支架及基础的价格约为 0.50.8 元/W, 该项目太阳能光伏发电系统总投资如表 3所示。 表3 项目太阳能光伏发电系统投资估算表 下载原表 太阳能电池板第1年内功率的衰减5%, 取3%;使用10年输出功率下降不超过使 用前的10%, 取7.5%;太阳能电池板使用25年输出功率下降不超过使用前的20%, 取15%。则按照系统第一年衰减 3%, 之
13、后每年衰减的百分比相同, 均按 0.5%计 算。电价按1.4元/ (k Wh) , 通货膨胀率按照 0.4%计算, 11年可收回投资。 目前, 太阳能光伏发电的投资回收期不可控, 主要依靠国家相关产业政策扶持和刺激。 但随着太阳能光伏发电效率的不断提高和电站系统建设成本的不断下降, 自主型投资资本会加速进入建筑光伏发电领域, 推动屋顶电站的广泛应用。 4 结论 随着政府大力倡导绿色建筑, 太阳能光伏技术作为重要的绿色建筑技术手段, 在我国建筑设计中得到了大力的推广应用。 通过案例的分析结果可知, 利用光伏 发电系统代替传统能源, 可以有效地减少各种污染物的排放, 但是成本回收期 较长, 一般在
14、 10年以上。 由于商业办公类建筑在房地产销售市场上竞争力较弱, 运用绿色建筑技术会相应增加其增量成本, 从而进一步提高了建设成本, 降低 了建设单位使用光伏发电系统的意愿。 现阶段应进进一一步步提提高高政政府府 鼓鼓励励政政策策, , 对对使使用用光光伏伏发电系统的建设单位给予政策奖 励。 同时鼓励太阳能光伏研发及制造单位生产出低成本高效率的产品, 降太阳能 光伏发电系统的前期投入成本, 缩短投资回收期。 参考文献 1潘文琛, 李卓.太阳能光伏制造企业废水处理工程实例J.给水排水, 2015 (12) :53-55. 2张拓, 衣建全, 杨小天.太阳能光伏发电在我国建筑设计中的应用现状及其
15、重要意义J.吉林建筑工程学院学报, 2013, 30 (5) :56-58. 3曾建梁, 张代红, 沈海华, 等.光伏发电空间布局规划探索J.供用电, 2015 (12) :50-53. 4周专, 姚秀萍, 常喜强.光伏发电容量可信度分析J.四川电力技术, 2013, 36 (1) :48-52. 5海涛, 王路, 李珍珍, 等.一种可变拓扑结构的太阳能光伏发电系统研究J. 可再生能源, 2015 (10) :1465-1469. 6朴政国, 安悦珩, 张永昌, 等.光伏电池电路理论模型在工程应用中的计算 方法J.东南大学学报:自然科学版, 2012, 42 (S1) :103-106. 7穆
16、志君, 关欣, 刘鹏.太阳能光伏光热一体化系统运行实验研究J.节能技 术, 2009, 27 (5) :445-447. 8张俊丽, 高陈燕.光伏电池板的铺设问题研究J.电子设计工程, 2015, 23 (1) :43-46. 9许启明, 冯俊伟, 宫明.太阳能利用跟踪技术的研究进展J.安徽农业科学, 2011, 39 (10) :6296-6297. 10合肥市城乡建设委员会.合肥市建筑热环境分析专用太阳能气象数据分析报 告R.合肥:合肥市城乡建设委员会, 2008. 11王鹏, 鞠振河, 巩赞超.房屋节能及光伏发电的高效利用J.沈阳工程学院 学报:自然科学版, 2016, 12 (4) :302-307.
