工業(yè)廠房光伏屋頂構(gòu)造形態(tài)對發(fā)電效益的影響

張景魯

摘要：21世紀以來，我國由于經(jīng)濟發(fā)展迅猛，電力需求量每年都在快速增長，太陽能光伏發(fā)電由于其清潔、安全、可再生等優(yōu)點而成為了我國重點建設和扶持的新興產(chǎn)業(yè)。工業(yè)廠房中以鋼結(jié)構(gòu)廠房居多，鋼結(jié)構(gòu)廠房設計之初屋頂預留的荷載余量都比較少，所以一般在安置光伏發(fā)電站前需進行加固設計。基于此，本篇文章對工業(yè)廠房光伏屋頂構(gòu)造形態(tài)對發(fā)電效益的影響進行研究，以供參考。

關(guān)鍵詞：工業(yè)廠房;光伏屋頂;構(gòu)造形態(tài);發(fā)電效益影響

引言

光伏發(fā)電技術(shù)指的是在進行目標鎖定后，根據(jù)目標所在地來實現(xiàn)對電能的就地利用，而且它能通過低電壓入戶來實現(xiàn)對光伏發(fā)電項目的應用，這是當前有效的節(jié)約電能方式。同時，該發(fā)電系統(tǒng)通常會與建筑物進行結(jié)合，也就是當前主要推廣的屋頂節(jié)能技術(shù)，并且在細分的過程中，該技術(shù)具有一體化項目的應用效果，因此它的應用能夠在節(jié)約電能的同時，為各家各戶送去電能進行應用，并通過對能源的有效保障來進一步優(yōu)化電能的應用效率，這樣就能減少能源浪費現(xiàn)象。該技術(shù)的應用能夠有效確保我國可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的落實，并且也能為相關(guān)企業(yè)帶來經(jīng)濟效益的提升，有利于促進我國國民經(jīng)濟的增長。

1相關(guān)概述

1.1光伏發(fā)電項目的效益

（1）在社會效益當中，如果實現(xiàn)光伏發(fā)電項目的落實，就能通過屋頂光伏技術(shù)的應用來實現(xiàn)各項工作的開展，尤其是在商業(yè)時代的發(fā)展背景下，該技術(shù)能夠有效利用空地來實現(xiàn)大規(guī)模的推廣，所以在進行基本應用的過程中，只要存在著閑置的屋頂就不需要通過專門建設場地來實現(xiàn)設備的應用，因此它十分貼合城市發(fā)展運行的特點，并且也能通過大面積的推廣應用來滿足基本建設的需求。與此同時，該項目整體的建造成本較低，且在實際應用的過程中可以選擇的光伏組建類型也較多，這也使得在進行建設應用的過程中，對于城鎮(zhèn)的發(fā)展而言，只要有較好的入網(wǎng)條件都可以通過此系統(tǒng)的應用來降低電能的消耗。此外，該項目的建設十分便利，這也使得該技術(shù)應用后不需要通過人力成本的大量投入來實現(xiàn)值守工作的落實。（2）對于社會環(huán)境的保障而言，該項目的建立也能有效確保在進行電能供給時，降低對環(huán)境的污染。畢竟，當前所運用的主流發(fā)電技術(shù)仍以火力發(fā)電為主，而這時不僅要消耗煤炭資源，還會導致有毒氣體的產(chǎn)生，這對社會環(huán)境的發(fā)展與運行就會產(chǎn)生不利影響。在進行該項目的建設與應用時，由于該項目不需要通過其他介質(zhì)來轉(zhuǎn)變電能，只需要直接進行太陽能的轉(zhuǎn)換即可，所以它并不消耗其他自然資源，因此也不產(chǎn)生環(huán)境污染問題。

1.2光伏建筑一體化屋面系統(tǒng)

建筑業(yè)是中國主要的能源生產(chǎn)部門之一，為了促進我國建筑業(yè)的高質(zhì)量發(fā)展，改變建筑能耗模式已成為當務之急。近年來，在能源生產(chǎn)和消費革命以及綠色發(fā)展等國家戰(zhàn)略的框架內(nèi)，伴隨著光伏和建筑一體化的進行了供應方面的結(jié)構(gòu)改革。現(xiàn)有工業(yè)和商業(yè)屋頂（包括公共建筑）的總面積約為60億，上升幅度約為16億，總面積約為80億，光伏屋頂潛力巨大。2000年初，以墻應用形式——光電幕墻——啟動了光伏建筑示范項目。由于最初的光伏材料沒有充分融入建筑物，PV建筑項目主要由光伏材料制造商管理，沒有相應的標準，有些項目僅參照地面電廠標準就獲得了一定的應用和示范效果然而，由于早期光伏發(fā)電成本高，缺乏統(tǒng)一的國家技術(shù)標準和認證，大多數(shù)項目未能取得預期成果。到2018年底，國內(nèi)GDP市場累計產(chǎn)能僅為1.1GW，遠遠落后于光伏發(fā)展速度，市場規(guī)模不足50億元，產(chǎn)業(yè)仍處于孕育階段。過去，工業(yè)建筑中使用的光電建筑大多是附加的光電建筑模式（bapv：buildingattchedpv），分階段建造，在安裝彩色鋼屋頂后在地面上建造，在新的階段安裝裝配支架和屋頂上的其他設備隨著光伏技術(shù)的發(fā)展，許多工業(yè)建筑現(xiàn)在使用建筑中的集成biv模型和專門設計為建筑材料的集成PV組件來直接取代原來的屋頂。

2前期評估階段

2.1屋頂光伏發(fā)電系統(tǒng)裝機容量的測算

屋頂光伏發(fā)電系統(tǒng)安裝前，應對其裝機容量進行測算，測算時既要考慮屋頂中光伏組件的布置，又要考慮當?shù)仉娋W(wǎng)的消納能力。1）屋頂光伏發(fā)電系統(tǒng)的光伏組件布置包括可安裝的光伏組件面積和光伏組件的安裝傾角。測算可安裝的光伏組件面積時應注意去除屋頂中冷卻塔、通風豎井、電梯間等的占地面積，并且避免在易產(chǎn)生陰影遮擋的部位布置光伏組件;測算光伏組件的安裝傾角時，除了需要考慮當?shù)氐奶柲苜Y源情況以外，還應根據(jù)周圍建筑的寬度、高度和樓間距等參數(shù)來計算光伏組件的最佳安裝傾角。2）屋頂光伏發(fā)電系統(tǒng)的裝機容量還應與當?shù)仉娋W(wǎng)的消納能力相匹配。

2.2光伏發(fā)電系統(tǒng)的經(jīng)濟性評估

在前期評估中，還應對屋頂光伏發(fā)電系統(tǒng)進行經(jīng)濟性評估。屋頂光伏發(fā)電系統(tǒng)的投資包括其自身的投資和建筑結(jié)構(gòu)的加固費用，收益為該屋頂光伏發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電量。投資方面，屋頂光伏發(fā)電系統(tǒng)的投資包括初投資和運行維護費用，對這2項進行投資概算;建筑結(jié)構(gòu)的加固費用應根據(jù)建筑的具體情況和屋頂光伏發(fā)電系統(tǒng)的荷載情況進行投資概算。收益方面，屋頂光伏發(fā)電系統(tǒng)的全年發(fā)電量應根據(jù)其裝機容量和當?shù)氐奶柲苜Y源情況進行估算。最終，根據(jù)投資與收益的估算結(jié)果對該屋頂光伏發(fā)電系統(tǒng)的經(jīng)濟性做出評估。

3工業(yè)廠房光伏屋頂構(gòu)造形態(tài)對發(fā)電效益的影響

圖1所示為不同屋頂構(gòu)造形態(tài)廠房光伏系統(tǒng)的月發(fā)電量。從圖中可以看出，多脊廠房各月份的光伏發(fā)電量均為最大，其中8月份發(fā)電量最大，達到16629kW h。值得一提的是，平頂廠房的光伏發(fā)電量僅在8月份時略大于雙坡廠房的月發(fā)電量，其他月份的發(fā)電量均小于其他類型廠房的。

表1所示為不同屋頂構(gòu)造形態(tài)廠房光伏系統(tǒng)的發(fā)電性能。為了便于橫向?qū)Ρ雀黝愋凸夥到y(tǒng)的性能，以平頂（傾斜式）光伏系統(tǒng)的發(fā)電總量作為基準。

從表中可以看出，對于拱頂廠房和雙坡廠房，由于兩側(cè)傾斜面為東西朝向，屋頂表面的年太陽輻射強度小于最佳傾斜角的年太陽輻射強度4585.99MJ/m2，但是安裝面積的增大使得年發(fā)電總量分別增加了79.8%和72.9%。多跨廠房和多脊廠房的南坡角度均為26°，因此其南坡表面的年太陽輻射強度可以達到4585.99MJ/m2，而北坡年太陽輻射強度較小，使得整體廠房屋頂表面的年太陽輻射強度減小。由于多脊廠房可安裝光伏板的面積最大，因此年發(fā)電總量最大，相對于傾斜式光伏系統(tǒng)，年發(fā)電總量增大了102.2%。屋脊已存在的陰影遮擋效應使得年平均發(fā)電量（每平方米光伏板的年發(fā)電總量）比以最佳傾斜角安裝的減少12.94%。綜上可知，屋頂平鋪式光伏系統(tǒng)增加了光伏板的可安裝面積，盡管光伏板的年平均發(fā)電量有所減小，但是相對于比傳統(tǒng)方陣式光伏系統(tǒng)，年發(fā)電總量有較大幅度增大，說明光伏一體化廠房設計具有較大的發(fā)電潛力。

結(jié)束語

總而言之，本文以常見工業(yè)廠房作為研究對象，評估多種廠房屋頂構(gòu)造形式的光伏發(fā)電效益，對比屋頂光伏平鋪式安裝和傾斜方陣式安裝的發(fā)電效益差異。研究結(jié)果表明，工業(yè)廠房屋頂構(gòu)造形態(tài)對光伏發(fā)電效益的影響具有重要作用，可為相關(guān)建筑光伏一體化設計提供重要參考。

參考文獻

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