太陽能光伏發電與廠房的一體化設計

胡飛龍

【摘要】：當今世界中，能源日趨緊張，各國的有關政府部門也逐漸認識到了可再生能源的重要性，所以在可持續發展戰略中可再生能源的利用已經占了很重要的地位。太陽能光伏發電是太陽能熱利用技術的延伸，它并不是一個新型的技術，但是在大型的工程中應用的還不夠廣泛。筆者首先從太陽能光伏發電的有關概述出發，而后又對比了改革前后的太陽能光伏發電與廠房的一體化設計，最后舉例了寶鋼廠房屋頂光伏發電的應用實踐，以供同行參考。

【關鍵詞】：太陽能；光伏發電；廠房設計；可再生能源；節能減排

【前言】：節約能源是我國一直以來的一項長遠的戰略方針，不過，現階段在我國的很多地區對廠房的利用過程中，還存在著很多浪費資源的現象。經過相關的調查與研究發現，太陽能是可以加以利用的一種非傳統的天然熱源，經過一定的方法后，可以將太陽能加以利用，且以運行費用低得到廠房使用者者的青睞。但是太陽能光伏發電也有其不足之處，如果受到日照以及雨雪等天氣的影響，其供暖的可靠性可能會因此下降。因此，在利用太陽能光伏發電的同時，也應該再配有其他的熱源輔助，以防止意外的發生，從而達到節約能源的作用。

1.太陽能光伏發電與廠房的一體化設計的有關概述

所謂“一體化設計”是指在建筑規劃和設計之初，就將太陽能利用納入設計內容之中，使之成為建筑物的一個有機組成部分，統一設計、精心施工和調試。近幾年，隨著太陽能電池技術的不不斷進步和成熟，利用太陽能這一可重復利用的清潔能源實現太陽能光伏發電已經成為節約能源與企業發展的一大趨勢。

2.光伏發電與廠房一體化設計優點

2.1綠色能源。太陽能光伏建筑一體化產生的是綠色能源，是應用太陽能發電，不會污染環境。太陽能是最清潔并且是免費的，開發利用過程中不會產生任何生態方面的副作用。它又是一種再生能源，取之不盡，用之不竭。

2.2不占用土地。光伏陣列一般安裝在閑置的屋頂或外墻上，無需額外占用土地，這對于土地昂貴的城市建筑尤其重要；夏天是用電高峰的季節，也正好是日照量最大、光伏系統發電量最多的時期，對電網可以起到調峰作用。

2.3太陽能光伏建筑一體技術采用并網光伏系統，不需要配備蓄電池，既節省投資，又不受蓄電池荷電狀態的限制，可以充分利用光伏系統所發出的電力。

2.4 起到建筑節能作用。光伏陣列吸收太陽能轉化為電能，大大降低了室外綜合溫度，減少了墻體得熱和室內空調冷負荷，所以也可以起到建筑節能作用。因此，發展太陽能光伏建筑一體化，可以“節能減排”。

3.結構安全性與構造設計要點

光伏組件與建筑的結合，結構安全性涉及三個方面：一是建筑本身的結構安全，有的光伏發電板是安裝在建好的廠房屋頂上，原有廠房屋頂能否滿足荷載要求，如不能滿足結構安全，需要采取相應的加固措施。在以后的建筑設計中我們設計師可以提前考慮屋頂額外增加太陽能光伏板的荷載。二是組件本身的結構安全，如建筑屋頂的風荷載較地面大很多，普通的光伏組件的強度能否承受，受風變形時是否會影響到電池片的正常工作等。三是固定組件的連接方式的安全性。組件的安裝固定不是安裝空調式的簡單固定，而是需對連接件固定點進行相應的結構計算，并充分考慮在使用期內的多種最不利情況。建筑的使用壽命一般在50年以上，光伏組件的使用壽命也在20年以上，BIPV的結構安全性問題不可小視。構造設計是關系到光伏組件工作狀況與使用壽命的因素，普通組件的邊框構造與固定方式相對單一。與建筑結合時，其工作環境與條件有變化，其構造也需要與建筑相結合。

4. 太陽能光伏發電與廠房的一體化設計的主要應用形式（江蘇洋溢電器有限公司建筑面積4.4萬平方米）

太陽能光伏建筑一體化的應用形式有很多種，主要可以概括為下面集中：1、光伏屋頂系統，2、光伏幕墻系統，3、光伏采光頂系統。江蘇洋溢電器有限公司廠房主要采用光伏屋頂系統。

江蘇洋溢電器有限公司位于江蘇省北部宿遷市，介于北緯33°8′—34°25′，東經117°56′—119°10′之間，宿遷屬于暖溫帶季風氣候區，年均氣溫14.2℃，年均降水量910毫米，年均日照總時數2291小時。光熱資源比較優越，四季分明，氣候溫和，太陽總輻射量約為117千卡/平方厘米，全年日照數2271小時，無霜期較長。根據本地日照時間長，廠區屋頂面積比較大，屋頂面積為4.5萬平方米，我們建議甲方在廠區安裝太陽能光伏發電系統，在建筑設計的過程中考慮太陽能光伏板與廠房一體化設計，首先我們考慮的是廠房的規劃、屋面盡可能的南向布置，廠區少種植高干的喬木，減少陰影面。屋面采用壓型彩鋼板，方便光伏板的安裝。在結構設計中，屋面荷載每平方增加20公斤，保證廠房在后期安裝光伏板后結構的安全性和可靠性。廠區太陽能光伏板已經安裝完畢并投入使用，基本能滿足廠區照明使用，有一部分并入國家電網，為社會和企業帶來很好的經濟效益和社會效益。也帶動了本地區其它一些企業安裝太陽能光伏板的興趣。

5. 結語

在中國科學院第十五次院士大會報告中提出：“當前，要重點在科技發展上做出努力，爭取盡快取得突破性的進展。一定要大力發展資源開發利用科學技術，積極發展可再生能源和新型、安全、清潔替代能源，形成可持續的能源資源體系，切實保障我國能源資源有效供給和高效利用，使我國能源資源產業具有國際競爭力”。由此可見，資源的有效利用與可持續發展以成為重中之重。而太陽能光伏發電比傳統的供熱方式更加清潔、靈活、自動化程度高，并且其運行費用也低，可以大大提高經濟效益，這也將是今后新能源發展的一個趨勢。

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