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        晶硅光伏系統(tǒng)在高層建筑屋頂?shù)膽?yīng)用探討

        2011-09-25 08:09:04楊新明楊慶根朱劍躍蔡春華宗永明趙榮華楊磊范文忠戴杰
        上海節(jié)能 2011年9期
        關(guān)鍵詞:晶硅大樓屋頂

        楊新明 楊慶根 朱劍躍 蔡春華 宗永明 趙榮華 楊磊 范文忠 戴杰

        1 項(xiàng)目背景

        1.1 太陽能應(yīng)用背景

        太陽能是各種可再生能源中最重要的基本能源,也是人類可利用的最豐富的能源。太陽每年投射到地面上的輻射能高達(dá)1.05×1018kWh,相當(dāng)于1.3×106億 t標(biāo)準(zhǔn)煤。

        1.2 太陽能資源概況

        技貿(mào)大廈位于上海西北面,按照太陽能資源分類屬于第四類地區(qū),年平均日照時(shí)數(shù)為2014 h左右,多年平均太陽輻射量在4542MJ/m2a左右,適合建設(shè)太陽能光伏發(fā)電項(xiàng)目。

        2 晶硅光伏系統(tǒng)在高層建筑應(yīng)用經(jīng)濟(jì)分析

        2.1 高層建筑屋頂單位面積晶硅光伏系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性分析

        下面以上海技貿(mào)大廈安裝100 m2、200 m2晶硅太陽能光伏系統(tǒng)為例,分析高層建筑晶硅光伏系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性。

        2.1.1 晶硅光伏系統(tǒng)組件及電氣安裝經(jīng)濟(jì)性分析

        根據(jù)不同的大樓面積、配電房位置、安裝功率,計(jì)算出太陽能電池組件(規(guī)格190Wp),逆變器,配電柜,導(dǎo)線數(shù)量及電氣投資。見表1及圖1。

        表1 設(shè)備、投資計(jì)算表

        圖1 容量與電氣投資關(guān)系圖

        隨著高度的增加,建筑安裝工程費(fèi)中的直接工程費(fèi)用和措施費(fèi)有明顯變化。其中直接工程費(fèi)中的人工費(fèi),材料費(fèi)(安裝支架)隨著大樓高度的變化而呈現(xiàn)非線性變化,見表2。

        表2 大樓高度與費(fèi)用關(guān)系表

        2.1.2 晶硅光伏系統(tǒng)施工及運(yùn)輸經(jīng)濟(jì)分析

        施工機(jī)械使用費(fèi)和臨時(shí)施工費(fèi)的使用主要體現(xiàn)在材料的運(yùn)輸上。根據(jù)大樓的外墻形式和大樓本身貨梯的實(shí)際情況,會(huì)產(chǎn)生不同的運(yùn)輸方式,故運(yùn)輸費(fèi)用會(huì)不同,作為案例,如表3所示。

        表3 大樓高度與不同運(yùn)輸方式費(fèi)用案例表

        2.2 在經(jīng)濟(jì)測(cè)算中需注意的幾個(gè)問題:

        1)卷?yè)P(yáng)機(jī)的使用受限制很大,比如既有大樓外墻是幕墻結(jié)構(gòu)、既有大樓的外形奇異或者吊裝材料的過程中天氣出現(xiàn)雷雨或大風(fēng),都不適合使用卷?yè)P(yáng)機(jī)。

        2)塔吊的使用優(yōu)點(diǎn)在于運(yùn)輸材料的數(shù)量大,且建筑面積大。在既有大樓頂部施工時(shí),其缺點(diǎn)也很明顯,比如塔吊的安裝速度慢、費(fèi)用高、一般實(shí)際吊裝的工作量并不大等。

        3)在既有高層建筑中安裝晶硅光伏發(fā)電系統(tǒng),盡管所安裝系統(tǒng)的裝機(jī)功率不發(fā)生變化,但是隨著大樓高度的增加,安裝系統(tǒng)的投資同時(shí)增加,投資增加的部分體現(xiàn)在延長(zhǎng)導(dǎo)線,固定系統(tǒng)的鋼材料,人工費(fèi),系統(tǒng)發(fā)電的效率的損失,而且這種投資的增加是非線性的。

        4)通常情況下,既有高樓的屋頂可以安裝發(fā)電系統(tǒng)的面積都不大,一般多在300m2~600m2之間,所安裝的晶硅光伏系統(tǒng)功率較小。在有限的材料運(yùn)輸過程中,很難借助到機(jī)械運(yùn)輸?shù)膬?yōu)勢(shì),而在超高層建筑中,在不能借助機(jī)械運(yùn)輸?shù)那闆r下,系統(tǒng)的鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)將不得不根據(jù)既有高層建筑貨梯的最大裝貨尺寸設(shè)計(jì),不可避免地增加系統(tǒng)的用鋼量,從而進(jìn)一步地提高運(yùn)輸成本。

        5)對(duì)于相同的裝機(jī)容量,由于太陽能光伏板投入基本相同,僅在施工成本、運(yùn)輸成本和部分電氣成本方面有所變化,建議在計(jì)算總投入時(shí),可按照單位面積的投入分項(xiàng)計(jì)算,將變化成本乘以規(guī)模倍數(shù)后再乘以經(jīng)驗(yàn)系數(shù),以保證總投入準(zhǔn)確。按照本項(xiàng)目的經(jīng)驗(yàn),若以500m2太陽光伏電站計(jì)算,經(jīng)驗(yàn)系數(shù)取0.6~0.8為宜。

        6)根據(jù)本項(xiàng)目的研究,太陽能發(fā)電系統(tǒng)在既有建筑屋頂安裝實(shí)施中,同樣裝機(jī)容量的系統(tǒng)隨著安裝建筑物的屋頂所處高度變化,其費(fèi)用變化會(huì)在50米和100米高度有兩個(gè)明顯的拐點(diǎn),見表4及圖2、圖3所示。

        表4 大樓高度與實(shí)際費(fèi)用關(guān)系表

        圖2 樓高與各項(xiàng)費(fèi)用關(guān)系曲線

        圖3 樓高與運(yùn)輸費(fèi)用關(guān)系曲線

        3 結(jié)論及建議

        3.1 節(jié)能及環(huán)保效益結(jié)論

        裝機(jī)容量每10kW年平均上網(wǎng)電量約0.9158萬kWh,與相同發(fā)電量的火電廠相比,每年可為電網(wǎng)節(jié)約標(biāo)煤約3.2971t(火電煤耗按2007年全國(guó)平均值360g/kWh計(jì)),其每年的節(jié)能減排指標(biāo)如表5所示??梢姽夥l(fā)電項(xiàng)目有明顯的節(jié)能效益。

        表5 節(jié)能環(huán)保效益表

        3.2 經(jīng)濟(jì)性結(jié)論

        上海地區(qū)發(fā)電量計(jì)算需要考慮太陽能光伏組件溫度,其年發(fā)電量是未考慮溫度的96.48%。此外20年后衰減至80%,上海地區(qū)溫度影響因子為0.4%。

        由此我們可以計(jì)算出100 m2中安裝的光伏發(fā)電系統(tǒng)(10kW)的每年發(fā)電量,以及25年內(nèi)的總發(fā)電量,見表6所示。

        表6 25年發(fā)電量測(cè)算值

        如果以工業(yè)用電1.03元/kWh計(jì)算,在整個(gè)太陽能發(fā)電系統(tǒng)的生命周期中,可以發(fā)電292992.08kW,收益約為301781.82元。對(duì)比與不同安裝高度10kW的安裝價(jià)格,可以得出沒有補(bǔ)貼的投資回收的時(shí)間,見表7所示。

        表7 投資回收期

        3.3 效果對(duì)比

        安裝前、后效果對(duì)比見表8所示。從表中可以看出:安裝晶硅太陽能裝置,能得到多種好處。

        3.4 推廣建議

        在上海地區(qū)推廣高層屋頂晶硅光伏系統(tǒng)需要克服從技術(shù)到投資回報(bào)多重困難。以上海技貿(mào)大廈為例,項(xiàng)目投資回收期在15年以上。因此,從推廣晶硅光伏系統(tǒng)角度而言,在項(xiàng)目建設(shè)會(huì)遇到一定的壓力。

        表8 安裝前后效果表

        建議一:國(guó)家針對(duì)此類項(xiàng)目增加補(bǔ)貼力度和補(bǔ)貼范圍。

        建議二:將高層建筑太陽能建設(shè)和屋頂保溫相結(jié)合,提高建筑整體節(jié)能效率。

        建議三:將晶硅光伏系統(tǒng)組件安裝模塊化,例如設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)鋼結(jié)構(gòu)組件,以降低初期投入。

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