太陽能光伏發(fā)電與廠房的一體化設(shè)計(jì)

胡飛龍

【摘要】：當(dāng)今世界中，能源日趨緊張，各國的有關(guān)政府部門也逐漸認(rèn)識(shí)到了可再生能源的重要性，所以在可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略中可再生能源的利用已經(jīng)占了很重要的地位。太陽能光伏發(fā)電是太陽能熱利用技術(shù)的延伸，它并不是一個(gè)新型的技術(shù)，但是在大型的工程中應(yīng)用的還不夠廣泛。筆者首先從太陽能光伏發(fā)電的有關(guān)概述出發(fā)，而后又對比了改革前后的太陽能光伏發(fā)電與廠房的一體化設(shè)計(jì)，最后舉例了寶鋼廠房屋頂光伏發(fā)電的應(yīng)用實(shí)踐，以供同行參考。

【關(guān)鍵詞】：太陽能；光伏發(fā)電；廠房設(shè)計(jì)；可再生能源；節(jié)能減排

【前言】：節(jié)約能源是我國一直以來的一項(xiàng)長遠(yuǎn)的戰(zhàn)略方針，不過，現(xiàn)階段在我國的很多地區(qū)對廠房的利用過程中，還存在著很多浪費(fèi)資源的現(xiàn)象。經(jīng)過相關(guān)的調(diào)查與研究發(fā)現(xiàn)，太陽能是可以加以利用的一種非傳統(tǒng)的天然熱源，經(jīng)過一定的方法后，可以將太陽能加以利用，且以運(yùn)行費(fèi)用低得到廠房使用者者的青睞。但是太陽能光伏發(fā)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(huì)因此下降。因此，在利用太陽能光伏發(fā)電的同時(shí)，也應(yīng)該再配有其他的熱源輔助，以防止意外的發(fā)生，從而達(dá)到節(jié)約能源的作用。

1.太陽能光伏發(fā)電與廠房的一體化設(shè)計(jì)的有關(guān)概述

所謂“一體化設(shè)計(jì)”是指在建筑規(guī)劃和設(shè)計(jì)之初，就將太陽能利用納入設(shè)計(jì)內(nèi)容之中，使之成為建筑物的一個(gè)有機(jī)組成部分，統(tǒng)一設(shè)計(jì)、精心施工和調(diào)試。近幾年，隨著太陽能電池技術(shù)的不不斷進(jìn)步和成熟，利用太陽能這一可重復(fù)利用的清潔能源實(shí)現(xiàn)太陽能光伏發(fā)電已經(jīng)成為節(jié)約能源與企業(yè)發(fā)展的一大趨勢。

2.光伏發(fā)電與廠房一體化設(shè)計(jì)優(yōu)點(diǎn)

2.1綠色能源。太陽能光伏建筑一體化產(chǎn)生的是綠色能源，是應(yīng)用太陽能發(fā)電，不會(huì)污染環(huán)境。太陽能是最清潔并且是免費(fèi)的，開發(fā)利用過程中不會(huì)產(chǎn)生任何生態(tài)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(jié)，也正好是日照量最大、光伏系統(tǒng)發(fā)電量最多的時(shí)期，對電網(wǎng)可以起到調(diào)峰作用。

2.3太陽能光伏建筑一體技術(shù)采用并網(wǎng)光伏系統(tǒng)，不需要配備蓄電池，既節(jié)省投資，又不受蓄電池荷電狀態(tài)的限制，可以充分利用光伏系統(tǒng)所發(fā)出的電力。

2.4 起到建筑節(jié)能作用。光伏陣列吸收太陽能轉(zhuǎn)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(nèi)空調(diào)冷負(fù)荷，所以也可以起到建筑節(jié)能作用。因此，發(fā)展太陽能光伏建筑一體化，可以“節(jié)能減排”。

3.結(jié)構(gòu)安全性與構(gòu)造設(shè)計(jì)要點(diǎn)

光伏組件與建筑的結(jié)合，結(jié)構(gòu)安全性涉及三個(gè)方面：一是建筑本身的結(jié)構(gòu)安全，有的光伏發(fā)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(jié)構(gòu)安全，需要采取相應(yīng)的加固措施。在以后的建筑設(shè)計(jì)中我們設(shè)計(jì)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(jié)構(gòu)安全，如建筑屋頂?shù)娘L(fēng)荷載較地面大很多，普通的光伏組件的強(qiáng)度能否承受，受風(fēng)變形時(shí)是否會(huì)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(diào)式的簡單固定，而是需對連接件固定點(diǎn)進(jìn)行相應(yīng)的結(jié)構(gòu)計(jì)算，并充分考慮在使用期內(nèi)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(jié)構(gòu)安全性問題不可小視。構(gòu)造設(shè)計(jì)是關(guān)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(gòu)造與固定方式相對單一。與建筑結(jié)合時(shí)，其工作環(huán)境與條件有變化，其構(gòu)造也需要與建筑相結(jié)合。

4. 太陽能光伏發(fā)電與廠房的一體化設(shè)計(jì)的主要應(yīng)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(yīng)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(tǒng)，2、光伏幕墻系統(tǒng)，3、光伏采光頂系統(tǒng)。江蘇洋溢電器有限公司廠房主要采用光伏屋頂系統(tǒng)。

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(jīng)117°56′—119°10′之間，宿遷屬于暖溫帶季風(fēng)氣候區(qū)，年均氣溫14.2℃，年均降水量910毫米，年均日照總時(shí)數(shù)2291小時(shí)。光熱資源比較優(yōu)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(shù)2271小時(shí)，無霜期較長。根據(jù)本地日照時(shí)間長，廠區(qū)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(qū)安裝太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)，在建筑設(shè)計(jì)的過程中考慮太陽能光伏板與廠房一體化設(shè)計(jì)，首先我們考慮的是廠房的規(guī)劃、屋面盡可能的南向布置，廠區(qū)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(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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(jié)構(gòu)的安全性和可靠性。廠區(qū)太陽能光伏板已經(jīng)安裝完畢并投入使用，基本能滿足廠區(qū)照明使用，有一部分并入國家電網(wǎng)，為社會(huì)和企業(yè)帶來很好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。也帶動(dòng)了本地區(qū)其它一些企業(yè)安裝太陽能光伏板的興趣。

5. 結(jié)語

在中國科學(xué)院第十五次院士大會(huì)報(bào)告中提出：“當(dāng)前，要重點(diǎn)在科技發(fā)展上做出努力，爭取盡快取得突破性的進(jìn)展。一定要大力發(fā)展資源開發(fā)利用科學(xué)技術(shù)，積極發(fā)展可再生能源和新型、安全、清潔替代能源，形成可持續(xù)的能源資源體系，切實(shí)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(chǎn)業(yè)具有國際競爭力”。由此可見，資源的有效利用與可持續(xù)發(fā)展以成為重中之重。而太陽能光伏發(fā)電比傳統(tǒng)的供熱方式更加清潔、靈活、自動(dòng)化程度高，并且其運(yùn)行費(fèi)用也低，可以大大提高經(jīng)濟(jì)效益，這也將是今后新能源發(fā)展的一個(gè)趨勢。

【參考文獻(xiàn)】：

[ 1 ] 趙爭鳴， 劉建政， 孫曉瑛. 太陽能光伏發(fā)電及其應(yīng)用[ M ]. 北京：科學(xué)出版社， 2005.

[ 2 ] 張思思， 董重成， 陳玲. 太陽能散熱器采暖與熱水供應(yīng)技術(shù)實(shí)驗(yàn)研究[ J ]. 節(jié)能技術(shù)， 2010， 02.

[ 3 ] 張華， 吳宏宇， 李永. 太陽能與地源熱泵供應(yīng)生活熱水方案比較[ J ]. 節(jié)能技術(shù)， 2011， 2.

[ 4 ] 李智， 劉驥， 虞維平. 雙熱源型太陽能熱泵夏冬兩季節(jié)能運(yùn)行分析[ J ]. 建筑節(jié)能， 2008， （03）.