章健強

（廈門市城市規(guī)劃設(shè)計研究院，福建 廈門 361005）

引言

節(jié)能減排是城市可持續(xù)性發(fā)展的必由之路。發(fā)展可再生能源不僅能直接減少碳排放，降低對不可再生的化石能源的依存度，而且能改善我們的生活環(huán)境，建設(shè)資源節(jié)約型、環(huán)境友好型的現(xiàn)代化城市。隨著城市化的快速發(fā)展，越來越多的人集中到城市來生活和工作，導(dǎo)致城市生產(chǎn)、交通及建筑碳排放的增加，據(jù)不完全統(tǒng)計建筑碳排放已占據(jù)社會總碳排放的28%以上。本文重點談?wù)撛诔鞘谢l(fā)展的過程中通過發(fā)展可再生能源（太陽能發(fā)電）來實現(xiàn)城市的節(jié)能減排。

太陽能是地球綠色能源中最重要的清潔能源。大力發(fā)展太陽能（即光伏）發(fā)電，開發(fā)利用太陽能，有利于節(jié)約能源、保護環(huán)境，推動城市可持續(xù)性發(fā)展。

1 太陽能發(fā)電技術(shù)

我國可再生能源法所稱的可再生能源是指風(fēng)能、太陽能、水能、生物質(zhì)能、地?zé)崮?、海洋能等非化石能源?/p>

太陽能源于太陽輻射，太陽能的利用方式包括光熱利用（太陽能熱水器、太陽能空調(diào)、太陽能爐、太陽能溫室等）、光電利用（太陽能光伏發(fā)電、太陽能熱動力發(fā)電）以及光化學(xué)、光生物利用（太陽能光合成）等。目前規(guī)?；玫闹饕枪鉄崂煤凸怆娎谩?/p>

目前光電利用較成熟的主要是光電直接轉(zhuǎn)換，通過太陽能電池直接將太陽輻射能轉(zhuǎn)換為電能及光伏發(fā)電，它利用半導(dǎo)體材料的光伏效應(yīng)進行光電轉(zhuǎn)換。

太陽能電池發(fā)電系統(tǒng)由太陽能單電池組成的電池陣、蓄電池、負(fù)載以及控制器等組成，可分為直流系統(tǒng)、交流系統(tǒng)和直/交流混合系統(tǒng)。適用于城市建筑用電主要是交流系統(tǒng),如下圖所示。

圖1 交流系統(tǒng)

2 國外部分城市建筑太陽能發(fā)電系統(tǒng)應(yīng)用現(xiàn)狀簡介

太陽能光伏發(fā)電與建筑結(jié)合的系統(tǒng)，簡稱光伏建筑一體化系統(tǒng)，它不占用土地，而且可減少二氧化碳排放。光伏建筑一體化系統(tǒng)包括：坡屋面光伏建筑一體化系統(tǒng)和太陽能光伏幕墻建筑一體化系統(tǒng)。

太陽能發(fā)電技術(shù)位居世界前列的德國，從1991到1995年，實施1000光伏屋頂計劃；從1995到1998年，提出了10萬屋頂計劃；2000年，德國政府制定“可再生能源法”，到2003年秋，10萬屋頂計劃完成，共安裝300兆瓦。德國政府為了進一步加快發(fā)展光伏發(fā)電系統(tǒng)，加強推廣，在2004年又修正可再生能源法，制定了更加吸引私人投資光伏發(fā)電回收和補貼計劃。到2004年底，德國一年就安裝600兆瓦光伏發(fā)電系統(tǒng)。按德國聯(lián)邦環(huán)境部的計劃，到2020年德國總共要安裝并網(wǎng)光伏10千兆瓦。

在日本，太陽能發(fā)電是非常普及的。家庭購買太陽能發(fā)電設(shè)備，70%的費用由政府來補貼，同時家庭白天不用電時還可將發(fā)的電賣給電力公司或者政府（由政府強制電力企業(yè)按照太陽能發(fā)電核定價格收購，超出市場普通電力基準(zhǔn)價的部分，由政府補貼）。這使日本約20%的家庭在屋頂覆蓋了太陽能發(fā)電設(shè)備。2004年日本太陽能發(fā)電已經(jīng)達到1132兆瓦，原計劃到2010年太陽能發(fā)電總裝機達到4820兆瓦。

2008年，美國總統(tǒng)簽署了價值數(shù)百億美元的綠色能源投資補貼制度延長法案，其中，把住宅建成太陽能電廠，可獲得30%的財政補貼。2010年，美國剛剛通過的千萬太陽能屋頂計劃，預(yù)計到2021年，美國太陽能發(fā)電總量將超過10萬兆瓦，將取代德國成為未來太陽能發(fā)電市場的發(fā)動機。

3 我國城市建筑太陽能發(fā)電系統(tǒng)應(yīng)用現(xiàn)狀簡介

我國城市建筑太陽能發(fā)電起步較晚，且由于單幢建筑配套的太陽能發(fā)電設(shè)備建設(shè)費用高（假設(shè)一戶普通家庭，一套功率為3千瓦的太陽能發(fā)電系統(tǒng)，年發(fā)電約3000千瓦時，投資需要9～15萬元左右，使用壽命10～20年，折算為每千瓦時成本約1.5～3元），因此，只在一些公共建筑工程上做示范（如：國家體育館、上海世博會、深圳園博會、廈門BRT穆厝站等）。

當(dāng)前我國太陽能光電建筑補助條件及標(biāo)準(zhǔn)：“對單項工程裝機容量50KWP以上的項目，給予20元/WP的補助”。這一標(biāo)準(zhǔn)有利于于大型建筑或住宅小區(qū)的太陽能發(fā)電系統(tǒng)建設(shè)。

4 城市建筑太陽能發(fā)電系統(tǒng)的試點

4.1 收集城市太陽能資源的條件

主要是收集平均年日照小時數(shù)、輻射強度、最佳朝向和角度、已建屋面可利用面積、規(guī)劃未建住宅屋面可利用面積、規(guī)劃未建公建屋面或立面可利用面積等。

4.2 太陽能發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計

建議在設(shè)計容量達到50KWP的項目上進行試點（可獲得政府補貼）。太陽能發(fā)電后經(jīng)逆變器送至10千伏/0.4千伏配電室的低壓母線段（該母線段所帶負(fù)載容量與太陽能發(fā)電容量相當(dāng)）；為了便于用戶用電低谷時太陽能發(fā)的電能送至公共電網(wǎng)，還需將剩余的太陽能發(fā)電功率經(jīng)逆變器后升壓送至10千伏城市公共電網(wǎng)；還需采用智能微電網(wǎng)控制系統(tǒng)對太陽能發(fā)電系統(tǒng)與城市公共電網(wǎng)進行管理。

4.3 智能微電網(wǎng)控制系統(tǒng)

該系統(tǒng)主要功能是監(jiān)測太陽能發(fā)電功率與用戶用電功率的關(guān)系，當(dāng)太陽能發(fā)電功率大于等于用戶用電功率時，斷開公共電網(wǎng)供用戶變壓器的開關(guān)，并合上太陽能發(fā)電升壓系統(tǒng)送至公共電網(wǎng)的開關(guān)；當(dāng)太陽能發(fā)電功率小于用戶用電功率時，合上公共電網(wǎng)供用戶變壓器的開關(guān)，并斷開太陽能發(fā)電升壓系統(tǒng)送至公共電網(wǎng)的開關(guān)。

5 城市建筑太陽能發(fā)電系統(tǒng)推廣的若干建議

5.1 相關(guān)補貼政策的保障

由于太陽能發(fā)電折合每千瓦時的成本基本上是目前城市公共電網(wǎng)電價的2倍左右，導(dǎo)致個人或企業(yè)建設(shè)不積極。若國家金太陽示范工程的補貼政策能長期保持，并能盡快通過個人家庭太陽能發(fā)電系統(tǒng)補貼和上網(wǎng)電價補貼，同時提高國民的節(jié)能減排意識，確實加快太陽能發(fā)電系統(tǒng)的建設(shè)。

5.2 相關(guān)技術(shù)的研發(fā)

加快太陽能電池技術(shù)、逆變器技術(shù)、微電網(wǎng)控制技術(shù)的研發(fā)，提高太陽能利用率和發(fā)電效率、降低太陽能發(fā)電系統(tǒng)單位功率的成本。

5.3 城市管理的配套

國家和地方政府需明確太陽能上網(wǎng)的收購價格，鼓勵太陽能發(fā)電系統(tǒng)的建設(shè)。城市規(guī)劃、建設(shè)管理部門應(yīng)制定相關(guān)的管理條例來保障太陽能發(fā)電系統(tǒng)與城市建筑的結(jié)合。如：規(guī)定城市公共建筑-圖書館、體育館、火車站等，大型商業(yè)、辦公建筑-購物廣場、企業(yè)總部辦公樓、政府大樓等建筑的屋頂和外墻建設(shè)太陽能發(fā)電系統(tǒng)；低層和多層住宅小區(qū)的屋頂建設(shè)太陽能發(fā)電系統(tǒng)。

結(jié)語

太陽能是地球上取之不盡、用之不絕的綠色能源，太陽能發(fā)電是我國城市發(fā)展低碳型城市十分重要的技術(shù)。通過相關(guān)政策的扶持及國民節(jié)能減排意識的提高，不斷增加城市建筑太陽能發(fā)電系統(tǒng)試點范圍，使太陽能發(fā)電占我國能源的比重進一步提高。

[1]林穎庭等.城市區(qū)域太陽能應(yīng)用中電力供需平衡控制策略研究[J].城市規(guī)劃年會論文集.2010.

[2]姜謙.2010-2015年中國太陽能光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)投資分析及前景預(yù)測報告 [R].本投顧問，2011，11.3.