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(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(fā)電的有關概述出發(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計，最后舉例了寶鋼廠房屋頂光伏發(fā)電的應用實踐，以供同行參考。

【關鍵詞】：太陽能；光伏發(fā)電；廠房設計；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長遠的戰(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，還存在著很多浪費資源的現(xiàn)象。經(jīng)過相關的調(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，且以運行費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因此下降。因此，在利用太陽能光伏發(fā)電的同時，也應該再配有其他的熱源輔助，以防止意外的發(fā)生，從而達到節(jié)約能源的作用。

1.太陽能光伏發(fā)電與廠房的一體化設計的有關概述

所謂“一體化設計”是指在建筑規(guī)劃和設計之初，就將太陽能利用納入設計內(nèi)容之中，使之成為建筑物的一個有機組成部分，統(tǒng)一設計、精心施工和調(diào)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(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)電與廠房一體化設計優(yōu)點

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，是應用太陽能發(fā)電，不會污染環(huán)境。太陽能是最清潔并且是免費的，開發(fā)利用過程中不會產(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(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?shù)娘L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(diào)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(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(huán)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(fā)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(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氣候區(qū)，年均氣溫14.2℃，年均降水量910毫米，年均日照總時數(shù)2291小時。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，無霜期較長。根據(jù)本地日照時間長，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(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(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)，為社會和企業(yè)帶來很好的經(jīng)濟效益和社會效益。也帶動了本地區(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(fā)展上做出努力，爭取盡快取得突破性的進展。一定要大力發(fā)展資源開發(fā)利用科學技術，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、自動化程度高，并且其運行費用也低，可以大大提高經(jīng)濟效益，這也將是今后新能源發(fā)展的一個趨勢。

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