保定光伏產業園
——從頂層設計到應用的研究

陳敬欣 ，丁 陽 ，張翼飛 ，周海亮，許 穎，（.保定嘉盛光電科技股份有限公司， 河北 保定 0705；.河北大學物理科學與技術學院， 河北 保定 0700）

頂層設計是運用系統論的方法，從全局的角度，對某項任務或者某個項目的各方面、各層次、各要素統籌規劃，以集中有效資源，高效快捷地實現目標的一種思路。光伏發電用于社區的概念在國外已經做了一些嘗試，比爾-鄧斯特 2001 年建成全球第一個零碳社區貝丁頓零碳社區，充分利用了太陽能，為社區提供更清潔高效的能源。Renewable Cities（可再生城市）組織提出其理念的核心是 Renewable Buildings（可再生建筑）, 而在城市中，可再生能源利用的最佳方式是光伏發電，未來目標為在城市生活中實現 100%的可再生能源利用。2019 年，我國的光伏建筑一體化（Building Integrated Photovoltaic，BIPV ）的應用越來越廣泛，但是從頂層設計的概念去設計一個以光伏應用為主題的園區，還未見報道。采用頂層設計的理念設計和實施保定光伏產業園，可將光伏發電與生產、酒店、教育、娛樂休閑、道路交通等結合起來，由智能監控管理系統貫穿起來，形成高效智慧、低碳健康、生態宜居的示范產業園。

1 頂層設計

光伏產業園頂層設計整體思路采用頂層設計理念，將光伏產業園分為生產、研發、生活、娛樂、教育 5 個功能區。在各功能區中盡可能采用光伏技術，相應在生產功能區建設了光伏組件生產基地：研發區建立了光伏應用研究院、保定光伏材料與技術國家重點實驗室；娛樂教育區建立了低碳公園和光伏館；生活區建立了電谷酒店、光伏示范小區、微工坊、基礎設施示范等項目群。園區占地約 12 km2，光伏組件安裝量達 18 MW，相當于 2.67 萬 m2地面電站的裝機容量。在園區設計和實施過程中，廣泛應用了光伏幕墻、透光光伏屋頂、防青磚組件等國內最新的光伏建筑一體化產品，完美實踐了城市光伏利用的新模式。通過建筑物或設施集成，使得光伏組件的利用達到了最大化。

2 園區光伏發電的應用

園區首先是一個光伏組件的制造基地。在制造基地，不斷產生新的技術和產品，利用高透光、全黑、曲瓦、弧面光伏幕墻、彩色組件等新型光伏建材，通過定制開發的支架結構實現了型材與建筑的完美結合。其不但滿足光伏建材結合到建筑上的安全連接需求，如防火性、耐火性、耐久性等要求，還不會影響建筑外觀，實現高層建筑側立面、建筑頂面的綠色電力供給方案。

2.1 光伏組件生產基地項目

項目位于產業園廠房屋頂，根據不同廠區、廠房的規格、位置、日常耗電負荷結構、日照條件等因素，采用相應規格與等級的光伏組件與組串逆變單元，在發揮建筑隔熱功能的基礎上，為廠區日常耗電提供電能供給。合理利用屋頂空間，降低輸電線路的損耗與成本。本項目總裝機容量約6.8 MW，每年預計發電量 850 萬 kWh，項目既節約了用電成本，又降低了電網負擔。

2.2 低碳公園

電谷城市低碳公園外立面及頂部均由光伏組件構建而成。根據光照與發電性能的特點，不同位置采用不同類型的組件，確保最大程度將太陽能轉換為電能。所有組件采用雙玻組件封裝，高透光率不僅提高公園內人體活動舒適感，而且不影響公園內綠色植物的生長，既能保證園內的采光又能兼顧植物的生長。項目總裝機容量約 3 MW，本項目提供的電能，能滿足公園內空調、新風、照明等必須電能的需求，同時還能為音樂噴泉、景觀流水等娛樂設施提供電能保障。結合智能控制器與雙向電表，實現自發自用，余電上網。每年為建筑提供約 300 萬 kWh 的電力，在兼顧了美觀、采光、保溫的同時，還為建筑提供了綠色電力，降低了建筑物的損耗。其作為現代化綠色低碳園區，經常作為中小學生環保宣傳的實踐基地，為綠色出行、節能環保、科技創新的科普與意識培養提供現實素材。

2.3 某被動式光伏建筑示范工程

某工坊是傾力打造的現代高品質辦公空間，是集建筑光伏一體化、被動式、地源熱泵、毛細管輻射空調系統、智慧能源管控系統等高新技術為一體的示范建筑。建筑采用現代中式簡約風格，合院式布置。優美的庭院及露臺景觀，帶給人們舒適的辦公體驗，真正實現“零碳、綠色、智慧、宜居”。項目遵循“陽光、綠色、智慧”的設計理念，符合國家綠色建筑發展方向。項目中光伏發電板采用自主研發的“青磚”“黛瓦”等新型光伏建材，使建筑與光伏實現完美融合，既不失建筑美感，又持續提供了綠色電力?！扒啻u”“黛瓦”外形和顏色突破傳統光伏發電板的設計，使得光伏發電板不僅作為產能功能材料而且作為建筑飾面材料。安裝方式均采用了干掛方式，方便安裝與維修、拆卸及更換，使光伏發電板與建筑的結合相依相融，更加適應于現階段建筑對于綠色可持續發展的要求。項目總裝機容量97.785 kw，年發電約 10 萬 kWh，發電數據使用逆變器終端采集，發電量可實現 50% 用電能耗的自給率。

2.4 光伏聲屏障

此工程為我國首座光伏聲屏障，安裝容量 90 kW，全部全玻光伏組件選用單晶 P 型電池片，每塊全玻組件的峰值功率為 125 W。系統采用明框的幕墻安裝方式，全部線纜均采用隱藏的走線方式。利用光伏全玻組件獨有的結構形式及組成，替代普通隔音墻的隔音材料，在保證隔音效果的同時，實現光伏發電。此項目采用一體化設計、構件式安裝，外形美觀大方，安裝省時省力。此隔音墻首年發電量約為 8.7萬 kWh，節約標準煤 30.45 t，減排 CO285.00 t、減排 SO22.61 t、減排粉塵 23.66 t。此項光伏技術及產品的研發和成功應用標志著我國光伏產品應用技術取得突破，光伏建筑一體化領域得到進一步開拓，開辟了節能減排新途徑。光伏組件兼做建筑材料，可進一步降低光伏系統的建設成本，投資收益較好，有著巨大的市場潛力。

2.5 智能監控管理系統

鑒于園區的復雜性，為園區定制了智能監控管理系統，系統功能包含了智能光伏系統運行與維護、智能照明、智能警報、智能視頻監控等等。將園區的照明系統、視頻監控系統、道路站牌、車棚等全部互聯在一起，打造一個便利化、智慧化、綠色的新型現代城市。

作為園區的主要能源提供者，光伏系統的穩定運行是保障智能監控正常運行的基礎。在園區中，光伏系統多以光伏建筑一體化的形式展現，光伏建筑一體化的安裝形勢較為復雜，同時又貼近市民生活，為了保障市民生活的安全和光伏系統的額收益，智能監控系統相較于常規監控，增加了系統發電效率優化，精準監控、高效排障，安全保障措施，移動互聯、自由運維，防逆流等功能。

3 結 語

本光伏產業園的建設以可再生建筑為指導思想，以降低建筑能耗為目標，在充分調研區域定位背景下，構建了產業園區設計理念、設計原則和具體設計目標；利用自由知識產權的高透光、全黑、曲瓦、弧面光伏幕墻和支架結構等新型光伏建材，讓高層建筑側立面的綠色電力方案和透光光伏屋頂、 BIPV 幕、光伏改造等多方面技術方案得以實施；通過光伏發電結合地源熱泵技術，使得建筑能耗下降 70%；特有的智能監控管理系統納入阿里云的智能檢測和運維系統，使得園區的可再生能源發電更加可靠，大數據系統也為未來低碳示范區的建設提供了依據。園區占地約 12 km2，光伏組件裝機容量達 18 MW，相當于 2.67 萬 m2地面電站的裝機容量，后期全國建設示范項目裝機容量 17 MW，共計 35 MW。每年可提供綠色電力 3 644.35 萬 kWh，每年可節約標準煤 1.28 萬 t，減排 CO23.56 萬 t，減排 SO21 093 t，減排粉塵 9 912.6 t，在 25 a 內可發電 8.2 億 kWh，折合標準煤 28.70 t，減少 CO2排放 80.11 萬 t，減少 SO2排放 2.46萬 t，減排粉塵 22.30萬 t。為國家節能減排起到引領示范作用，拉動地方經濟的發展。這些項目均完美實踐了城市光伏利用的新模式，通過建筑物或設施集成，使得光伏發電件的利用達到了最大化，很大程度上實現了低碳的建設目標。

光伏產業園即為 Renewable Buildings 的一項實踐探索，為未來完全利用可再生能源的城市提供示范支持。此園區的建設理念和方法不僅可以應用于光伏園區，也可以在其他高科技園區或生活區推廣。