太陽能技術對園林行業的影響淺析

徐 雷，李樹朋，侯曉東

（福建農林大學 園林學院，福建 福州350000）

1 引言

改革開放30多年，我國的經濟飛速發展，取得了舉世矚目的成就，這也意味著需要更多的能源來支持經濟的發展。據有關研究報告顯示，目前我國單位生產總值在資源方面的消耗大大高于世界的平均水平。為此早在2004年9月舉行的黨的十六屆四中全會就提出：要大力發展循環經濟，建設節約型社會。溫家寶總理在全國做好節約型社會近期重點工作電視電話會議上也強調：加快節約型社會建設，促進我國經濟社會全面協調可持續發展。太陽能以其取之不盡、清潔無污染等優點開始越來越受到人們的關注，這也大大地推動太陽能技術的發展并取得了一定的成果。作為與“光”息息相關的園林行業，近年來也提出了“綠色園林”的口號。隨著人們對園林環境的生態性、節約性的關注，太陽能技術也將被越來越廣泛地用于我們的園林行業。

2 前提條件

2.1 豐富的太陽能資源

我國土地遼闊，幅員廣大，有著豐富的太陽能資源。太陽輻射總量達3350～8370mJ/m2，獲得的能量中值為5860mJ，這相當于200kg的標準煤炭完全燃燒所發出的能量。全年平均日照時間在2000h以上、太陽輻射量在5016mJ/m2以上的區域占我國國土面積的2/3以上，太陽能資源在我國具有非常大的潛在的可利用價值[1]。我國的太陽能資源與同緯度的其他國家相比更加豐富，具有發展太陽能事業得天獨厚的優越條件。

2.2 建筑行業率先垂范

在我國的能耗結構中，建筑占據了大約1/4，用電結構中建筑也占據了約1/4，在現有的430億m2建筑面積中，95%為高耗能建筑，每年新建的建筑面積的80%仍為高耗能建筑，在建筑中注入綠色已經被現代建筑師看成是行業的發展趨勢，而太陽能技術也已經被建筑行業廣泛地用以作為減少能量消耗的最主要的手段之一。目前太陽能技術在建筑行業的應用主要分為3種類型：一是太陽能發電技術，包括太陽能光伏發電和太陽能熱發電；二是太陽能熱利用技術。目前主要的應用形式有太陽能熱水系統和作為輔助能源對建筑供暖。我國的太陽能熱水技術已經發展成熟并且完全商業化運行，太陽能建筑供暖技術現在也已經發展成熟；三是太陽能電器技術。世界各國都加緊了對于太陽能冰箱、太陽能空調的研究，并已經進入實用化示范階段[2]。建筑行業與園林行業具有一衣帶水的關系，目前在園林行業中太陽能技術已經開始有了一定程度的應用，但是可以說它在園林行業的發展才處于剛起步的階段。太陽能技術在建筑行業的發展已經進入相對比較成熟的階段并取得了比較豐碩的成果，這為我們園林行業在如何更好地利用太陽能方面提供了學習的榜樣。

3 太陽能技術目前在園林行業中的應用

目前在我們周圍的園林環境中，已經可以看到有一些太陽能技術正在為我們服務，目前太陽能技術在園林中的應用類型主要分為兩種。一種是作為獨立的發電系統，例如我們在園林中常見的太陽能路燈、草坪燈、庭院燈等，白天它通過其自身附帶的太陽能電池板發電儲存到蓄電池中，晚上用來供應照明，這類燈由于是整體運輸和安裝，不需要架設輸電線路或開溝埋設電纜，不會破壞環境，安裝使用方便，特別適合于在園林行業使用。還有些交通工具，例如上海世博會期間在黃浦江中巡游的太陽能游船[3]。還有一些靠太陽能供電的指示牌、標志燈等，也被設計師廣泛應用于園林中。另一種是分布式并網發電系統。它是將用戶光伏系統與電網相連，在有日照時，光伏系統發出的電力除了供用戶自己使用外，如有多余，可以輸入電網；在晚上或陰雨天，光伏系統發出的電力不足時，則由電網向用戶供應一部分或全部電力。這種系統有以下優點。

（1）太陽能電池板可以就近安裝在屋頂，不會占有大面積的土地資源。在園林中可以和園林建筑和園林小品結合。

（2）可以實現就近供電，不需要長距離的輸送，減少了線路上的電力的損耗。

（3）電力可以隨時輸入到公共電網中，不需要為光伏系統配備儲存裝置，減少了施工維護的麻煩。

（4）由于不受蓄電池的容量的限制，光伏系統所發的電全部都可以得到利用[4]。

在我國園林最早的大規模應用光伏并網發電的項目可能就是深圳國際園林花卉博覽園1MW的太陽能光伏發電系統了，該系統的發電總容量1000.322kW，光伏組件總面積為7600m2，年發電能力約為100萬kW·h，相當于每年可節省標準煤炭約384t，年減少排放CO2約170t，減排SO27.68t，與常規能源相比，具有非常明顯的環境效益，同時也具有一定的經濟效益[5]。

4 經濟效益、環保效益分析

4.1 經濟效益

太陽能作為21世紀最有發展潛力的綠色能源之一，具有很多優點：取之不盡用之不竭；不用燃料運行成本很低；無污染對環境不會造成不良的影響，但是太陽能也有很明顯的缺點，它的密度很低；標準情況下，地面上接受到的太陽能輻射強度為1000W/m2，大規模使用要占用很大面積；特別容易受到氣候條件的影響，晚上、陰天和下雨就很少能發電。在經濟效益上體現在同等條件下太陽能系統發的電能是常規能源發電價格的5～10倍，初始投資比較高。以深圳國際園林花卉博覽園為例，2004年建成，總投資750萬美元，總發電裝機容量為1MW。2005年這個發電系統為深圳市提供了98萬kW·h的電源。假如這個系統的運行壽命是30年，按此數據計算，30年的時間能夠為深圳市提供2940萬kW·h電力（不計系統的損耗和維護費用）。它的發電的成本為0.255美元/（kW·h）[5]。再例如，標準的一套3kW太陽能發電裝置，在國際市場上的平均售價為2～2.5萬美元。按它的使用壽命為20年，每天平均發電為4h，則發電總量為：3kW×4h/d×365d×20＝87600kW·h。

按此數據推算，這套太陽能系統的發電成本大概為：0.228～0.285美元，其發電成本要遠遠高于常規的電廠發電。這樣看來，太陽能的經濟效益低下，這可能是目前影響其大規模推廣應用的主要因素[6]。

4.2 環境效益

太陽能系統發的電是無污染的能源，但是在制造太陽能光伏發電系統的過程中也需要消耗一定的能量，那么太陽能所發出的能量能否抵消制造它時所消耗的能量呢？對于環境效益的分析，我們從太陽能的能量償還時間和光伏系統減少CO2排放量兩個方面來考慮。

4.2.1 能量償還時間

能量償還時間的含義是在系統壽命周期內輸入的總能量與系統運行時每年產生的能量之比，它是衡量一種發電系統是否有效的指標之一[4]。由于涉及的數據相對專業，繁瑣，復雜，我們引用權威專家對我國不同城市的太陽能發電的能量償還時間的分析數據來說明太陽能光伏發電系統在環境方面所體現出來的效益（表1）。

表1 中國部分城市并網光伏系統的能量償還時間

表1顯示在我國能量償還時間最短的是拉薩，在最佳角度和垂直角度下分別為1.57年和2.50年；最長的時間為重慶，分別為3.76年和6.92年。相比較太陽能的壽命周期30～35年來說，所產生的能量，遠大于其制造、運輸、運行等階段全部輸入的能量[4]。

4.2.2 光伏系統減少CO2的排放量

常規電廠在燃燒化石燃料發電時要產生大量的溫室氣體，造成對環境的破壞，而太陽能作為綠色能源在發電過程中避免了常規能源發出同樣電力所產生的溫室氣體，我們主要通過分析溫室氣體排放因子和光伏減排CO2潛力兩個方面來分析太陽能發電系統在減少CO2排放量方面的效益。溫室氣體的排放因子是指某種燃料單位發電量所排放CO2的數量，單位是t CO2/（MW·h）[4]。根據國際能源部的太陽能光電系統項目的聯合報告，不同種類的燃料在電力生產中的溫室氣體的排放因子見表2。

表2 電力生產過程中不同種類燃料的溫室氣體排放因子

通過表2可以看到每生產1MW·h的電能，太陽能、核能等綠色能源與常規的三大化石能源（煤炭、石油、天然氣）相比，能分別減少排放溫室氣體0.999、0.942、0.439t的CO2氣體。

我們分析的另一個數據是光伏減排CO2的潛力，它是衡量光伏系統減少CO2排放量的又一個重要的指標。它定義為：由給定的單位功率光伏系統輸出的電能能夠減少的溫室氣體排放量，即安裝單位功率（通常用1kW）的光伏系統，在其壽命周期內，所輸出電能可相當減少排放 CO2的數量（t CO2/kW）[4]。光伏減排 CO2的潛力不僅與光伏系統在當地的發電量有關，還與當地每年的總發電量以及每年用于發電的各種燃料的百分比等數據有關。涉及的數據相對比較專業，在此我們也引用有關專家對我國不同城市的光伏系統減排CO2的潛力的有關數據來說明太陽能系統在減少溫室氣體排放方面所體現出來的效益。

從表3中可以發現，在拉薩市太陽能光伏并網發電減排CO2的潛力最大，在最佳的安裝角度和垂直的安裝角度下，每安裝1kW的太陽能光伏系統能減排CO2分別為37.15t和22.64t，而在減排潛力最差的重慶，在最佳的傾斜角度和垂直角度下，每安裝1kW的太陽能光伏并網系統能分別減少14.34t和6.87t的CO2。

通過對溫室氣體的排放因子和光伏發電系統的減排CO2的潛力分析，發現太陽能大大減少溫室氣體的排放，環境效益非常突出。

表3 中國部分城市并網光伏系統的減排CO2潛力t CO2/kW

5 結語

太陽能作為清潔能源之一，又被稱為園林綠地的天然盟友，它是園林植物生長、生存所必需的物質。園林植物吸收太陽光，通過光合作用，減少空氣中的CO2，為人類提供賴以生存的O2，同時園林植物又是園林景觀的肌膚。園林行業是以改造環境、美化生活為己任，但要是只注重園林的好看與否，脫離環境問題來談規劃、談設計，那一切都是無意義的。太陽能作為綠色能源符合了園林行業建設綠色園林的趨勢。目前制約太陽能技術大規模應用的關鍵因素是太陽能的電池板的價格比較昂貴，太陽能系統建設的首期投資比較高，現在太陽能技術在園林行業已經有一定程度的推廣，但是規模有限，隨著科技的進步，太陽能電池板生產成本的下降，太陽能光伏系統經濟效益的提升，我們有理由相信太陽能技術可以為園林行業真正建設綠色園林、節約型園林、生態型園林提供源源不斷的綠色動力。

[1]黃漢云.太陽能光伏發電應用原理[M].北京：化學工業出版社，2009：46～48.

[2]胡潤青，李俊峰.太陽能與建筑結合技術進展和工程案例[J].中國建設動態：陽光能源，2005（2）.

[3]魏達嘉.紅與綠的和諧共生——淺談太陽能光伏發電在園林綠化中的應用[J].中國建設動態：陽光能源，2009（2）：32～34.

[4]楊金煥，于化從，葛 亮.太陽能光伏發電應用技術[M].北京：電子工業出版社，2009：165，207～226.

[5]鐘國鋒.只為那姹紫嫣紅添亮彩——深圳國際園林花卉博覽園1MWp并網太陽能光伏電站[J].建設科技，2005（5）：22～23.

[6]馮垛生，宋金蓮，趙 慧.太陽能發電原理與應用[M].北京：人民郵電出版社，2007：3～6，183.室七屆品 展推融娜觀年出