劉育華

摘 要 不同類型太陽能電池組件主要技術(shù)參數(shù)、適用的設(shè)備構(gòu)架及系統(tǒng)綜合價(jià)值，給出項(xiàng)目方案階段經(jīng)濟(jì)性評估的簡單計(jì)算方法。對機(jī)場片區(qū)各類建筑的屋面光伏和場地上的地面光伏的應(yīng)用方案和注意事項(xiàng)進(jìn)行介紹分析，最后闡述機(jī)場光伏在抗臺(tái)風(fēng)、防火和防眩光這三個(gè)方面影響并提出解決方案。

關(guān)鍵詞 太陽能光伏;光伏機(jī)場;太陽能電池;航站樓光伏;停車場光伏;光伏防火;光伏眩光

概述

機(jī)場作為高能耗的公共建筑，是實(shí)施節(jié)能減排的重要對象。機(jī)場片區(qū)場地的空曠、建筑的大體量對實(shí)施分布式光伏有諸多有利條件，但機(jī)場運(yùn)行和安全的高要求在一定程度上限制了機(jī)場光伏的大規(guī)模應(yīng)用。本文結(jié)合國內(nèi)外機(jī)場光伏案例和相關(guān)的光伏課題研究成果，就新建機(jī)場中光伏的規(guī)劃建設(shè)展開探討。

1國內(nèi)外光伏機(jī)場案例

國內(nèi)機(jī)場已建成的太陽能光伏系統(tǒng)有深圳寶安國際機(jī)場、上海虹橋機(jī)場、浦東機(jī)場、杭州蕭山國際機(jī)場、北京首都機(jī)場、無錫碩放國際機(jī)場等;新建或在建機(jī)場中應(yīng)用光伏的有廣州白云機(jī)場T2航站樓、青島新機(jī)場和北京大興國際機(jī)場等。其中無錫碩放國際機(jī)場采用光伏玻璃設(shè)置于航站樓采光天窗，廣州白云機(jī)場設(shè)置在T2航站樓屋面，其余大部分機(jī)場是設(shè)置在貨站或停車樓屋面上。

2場地資源評價(jià)

太陽能光伏項(xiàng)目應(yīng)用的前提條件是對該地區(qū)的光照資源進(jìn)行評估，根據(jù)國家氣象局太陽能評估中心劃分標(biāo)準(zhǔn)，我國太陽能資源地區(qū)分為五類，詳表1。

按資源分類，一、二、三類地區(qū)具有太陽能應(yīng)用的良好條件;四、五類地區(qū)的應(yīng)用條件則較差。但資源狀況只是評估項(xiàng)目可行的一個(gè)前提條件，具體項(xiàng)目還須結(jié)合場地條件進(jìn)行經(jīng)濟(jì)性和適用性分析。

3組件選擇和經(jīng)濟(jì)性分析

（1）光伏組件的選擇。從環(huán)境的匹配性上分析，單晶硅適合太陽輻射強(qiáng)，多晴天地區(qū)。多晶硅和銅銦鎵硒受太陽輻照影響較大，不適合在太陽輻射變化大，四季分明的地區(qū)使用。碲化鎘弱光性好，在太陽輻射量較高，少云或多云地區(qū)，碲化鎘有優(yōu)勢。

（2）光伏組件的選擇。根據(jù)表3可以測算出規(guī)劃項(xiàng)目光伏的總裝機(jī)容量和總投資。根據(jù)裝機(jī)容量，可以計(jì)算出年發(fā)電量：首年發(fā)電量=每瓦年有效小時(shí)數(shù)×裝機(jī)容量×系統(tǒng)輸出效率（可取0.8）×安裝角度造成功率折減。所在地每瓦年有效小時(shí)數(shù)可以通過查詢太陽能資源分布表獲得。安裝角度造成功率的折減可按圖1確定。

以福建廈門某1000平方米的屋面為例，采用單晶硅、最佳角度鋪設(shè)方案：

總裝機(jī)容量=1000平×110 瓦/平=110千瓦;

首年發(fā)電量=1121.68小時(shí)×110千瓦×0.8×1=98707 度;

假設(shè)全部自發(fā)自用，國家補(bǔ)貼0.37元/度，峰時(shí)段工業(yè)用電電價(jià)1元/度，則：首年收益=98707 度×（1+0.37）元/度=13.5萬元;

項(xiàng)目總投資=110千瓦×7元/瓦=77萬元;

如不考慮運(yùn)行管理費(fèi)用（0.1-0.2元每瓦每年）、銀行貸款利息、光伏系統(tǒng)每年1%～2%的衰減，靜態(tài)回收周期約5.7年。

此方法的經(jīng)濟(jì)測算與專業(yè)的測算及實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)會(huì)有一定的差距，但在項(xiàng)目初期，作為項(xiàng)目投資評估還是有一定的意義的，投資方可根據(jù)此評估確定下步工作方向[1]。

4機(jī)場光伏的應(yīng)用方案

（1）航站樓、GTC的光伏方案。航站樓、GTC的光伏應(yīng)用可以考慮屋面光伏和幕墻光伏。屋面光伏按混凝土屋面和鋼構(gòu)屋面兩類可采用不同的建設(shè)方案。

1）混凝土屋面的光伏方案?；炷廖菝婀夥蹇刹捎闷戒伝蚪罴褍A角安裝，對于斜屋面可以采用結(jié)合建設(shè)的一體化建設(shè)方案，此方案光伏板可替代屋面裝飾材料，即可節(jié)省投資，還能發(fā)電獲利，一舉兩得。應(yīng)用方案確定后，光伏設(shè)計(jì)應(yīng)與主體設(shè)計(jì)同步，結(jié)合主體建設(shè)做好基礎(chǔ)構(gòu)件預(yù)埋。前期如未做好預(yù)埋，后期光伏必須采用配重式安裝，會(huì)導(dǎo)致抗風(fēng)性差同時(shí)還增加投資。

2）鋼構(gòu)屋面的光伏方案。對于鋼構(gòu)屋面，可以采用光伏板或薄膜形式。鋼構(gòu)屋面安裝光伏系統(tǒng)應(yīng)重點(diǎn)考慮抗臺(tái)風(fēng)和外觀色調(diào)的影響。因此，并不是所有鋼構(gòu)屋面都適合安裝帶支架的光伏系統(tǒng)，對于鋁鎂錳合金板或鍍鋁鋅板等采用直立鎖邊形式的屋面，光伏支架可以采用夾持形式在屋面板的直立邊上安裝，目前大部分屋面是采用這種形式。但對于不銹鋼屋面，板與板由于是采用焊接，無法進(jìn)行夾持，因此不具備安裝條件。但可以采用薄膜形式，光伏薄膜為粘貼安裝，不存在抗風(fēng)問題，且寬度可以根據(jù)板與板的鎖邊間距定制，所以基本上適用于大部分的鋼構(gòu)屋面。光伏薄膜有多種色調(diào)可選，但考慮到光電效率，基本上是以深色調(diào)為主，而金屬屋面一般為銀白色，兩者存在較大的色差（采用光伏板也存在同樣問題）。因此，外觀色調(diào)的協(xié)調(diào)統(tǒng)一是鋼構(gòu)屋面應(yīng)用光伏重點(diǎn)需要考慮的。

（1）停車樓、停車場的光伏方案。對于頂層露天的停車樓或停車場，可采用車棚光伏的應(yīng)用方案，即在鋼構(gòu)車棚上鋪設(shè)光伏板或采用光伏薄膜直貼。此種方案存在最大的問題就是相對于有綠化景觀的屋面，鋼構(gòu)車棚光伏在很大程度上會(huì)影響整個(gè)停車場觀感。因此，對鋼構(gòu)車棚光伏的設(shè)計(jì)應(yīng)考慮與周邊建筑群的協(xié)調(diào)統(tǒng)一，建議采用單臂支撐的構(gòu)造，同時(shí)結(jié)合綠化，分散式布置。對于非露天停車樓，特別是航站樓前的停車樓，如果屋面要實(shí)施光伏，建議采用應(yīng)采用BIPV，即建筑光伏一體化的建設(shè)方案，達(dá)到整體風(fēng)格與航站樓的融合統(tǒng)一。

（3）貨站光伏建設(shè)方案。貨站屋面一般為鋼構(gòu)屋面，因此，屋面光伏的形式可參照上述航站樓鋼構(gòu)屋面光伏進(jìn)行建設(shè)。不同的是，航站樓屋面光伏發(fā)電量可能基本上是完全消納，貨站因自身用電量較小，如果屋面滿鋪建設(shè)，可能會(huì)有余電。因此，貨站光伏應(yīng)根據(jù)自身和周邊配套建筑用電量，結(jié)合余電上網(wǎng)收益進(jìn)行綜合的經(jīng)濟(jì)性分析，確定建設(shè)規(guī)模和進(jìn)行分期建設(shè)的預(yù)留。

（4）燈光站、消防站等飛行區(qū)配套用房光伏方案。燈光站、消防站、場務(wù)用房、應(yīng)急倉庫等飛行區(qū)配套用房的屋面面積一般在1000～3000多平方米左右，可裝機(jī)容量幾十到幾百千瓦。雖然容量不大，但在光照條件較好的地區(qū)，每年也可產(chǎn)生幾十萬的收益，而且用發(fā)電量基本能自發(fā)自用，效益較高。此部分屋面光伏可采用平鋪或最佳傾角安裝，兩種安裝方式因裝機(jī)容量和發(fā)電效率不一樣，最終的收益也有所差別，應(yīng)進(jìn)行評估后選擇最優(yōu)方案。另外，配套用房一般位于跑道周邊，因此，光伏鋪設(shè)應(yīng)考慮反光對飛機(jī)起降的影響。

（5）地面光伏。新建機(jī)可用于地面光伏的主要為遠(yuǎn)期規(guī)劃用地和飛行區(qū)內(nèi)空地。遠(yuǎn)期規(guī)劃用地如分期建設(shè)的遠(yuǎn)期航站樓用地，遠(yuǎn)期的公務(wù)機(jī)預(yù)留用地，遠(yuǎn)期的跑道等。此類用地面積大，裝機(jī)容量可觀，適合地面電站建設(shè)。但遠(yuǎn)期用地存在啟用時(shí)間不確定問題，有可能在光伏項(xiàng)目的成本回收期內(nèi)動(dòng)工建設(shè)，造成損失。因此，此類場地的利用應(yīng)對項(xiàng)目建設(shè)時(shí)間做充分評估再確定是否可行。另一種開發(fā)建設(shè)模式是機(jī)場出租空地，由一些能源公司來投資建設(shè)，雙方在場地利用時(shí)間上事先協(xié)商好。由于能源公司可以利用自身項(xiàng)目資源優(yōu)勢，解決因場地啟用建設(shè)造成的光伏搬遷再利用問題，此種模式雙方可以達(dá)到合作共贏的目的，可行性較高。

飛行區(qū)內(nèi)空地主要包括跑道及滑行道與站坪間的土面區(qū)、燈光站附近空地和其他無建設(shè)規(guī)劃的空地。土面區(qū)的光伏目前存在限制條件，即光伏系統(tǒng)設(shè)備可能對土面區(qū)的標(biāo)識(shí)標(biāo)牌存在遮擋和光伏系統(tǒng)支架等不滿足跑道周邊的設(shè)備為易折件的要求。

（6）圍場河等水面區(qū)光伏。對于機(jī)場的圍場河及調(diào)蓄水面，也可以考慮采用水面光伏方案。水面光伏一般采用管樁或一體化浮筒方案，其成本會(huì)比地面光伏高10%以上，且后期運(yùn)營成本會(huì)也會(huì)較高，因此，除非在光照資源非常豐富，光伏發(fā)電能獲得較可觀收益的地區(qū)考慮建設(shè)，其余建議還是以地面或屋面光伏為主。

5優(yōu)選的配電系統(tǒng)構(gòu)架

由于國家電網(wǎng)光伏發(fā)電電價(jià)的階段性遞減政策，是否返送電網(wǎng)還是自用，以及10kv還是400v返送選擇，都是在規(guī)劃建設(shè)期間要充分考量的。以下以航站樓為例：某新建機(jī)場航站樓面積60多萬平，按照1/3按照太陽能來計(jì)算，光伏發(fā)電面積只能達(dá)到不足20%白天照明用電量的要求，所以自發(fā)自用理應(yīng)首選。

根據(jù)民航用電一級負(fù)荷的要求，兩個(gè)來自不同供電間隔的雙回路供電即能符合，加上我們所說的光伏發(fā)電就是三回路供電，如果采用光伏發(fā)電在滿足供電質(zhì)量的前提下優(yōu)先的原則那對航站樓內(nèi)用電是一個(gè)極好的節(jié)能、綠色的構(gòu)架。

綜合上述航站樓三路進(jìn)線的控制設(shè)計(jì)中加以深化對入網(wǎng)逆變返送電網(wǎng)及三路電源光伏發(fā)電回路優(yōu)先原則;貨站、停車場（樓）以此類推。盈余時(shí)段光伏發(fā)電給UPS等備用電源充電以及光伏發(fā)電儲(chǔ)備電源電池公用蓄電池系統(tǒng)等在規(guī)劃設(shè)計(jì)中也有很大的研究價(jià)值，可以形成新的優(yōu)秀機(jī)場供電構(gòu)架。

6光伏對機(jī)場的主要影響

由于機(jī)場對運(yùn)行、安全的高要求，機(jī)場的光伏建設(shè)重點(diǎn)要考慮以下三個(gè)方面的影響：

一是滿足抗臺(tái)風(fēng)的要求。特是航站樓鋼構(gòu)屋面的光伏系統(tǒng)，如果抗臺(tái)強(qiáng)度不足可能會(huì)使屋面鋁板被撕裂，導(dǎo)致屋面被掀引起的一系列連鎖破壞。另外，機(jī)場片區(qū)屬人員密集場所，光伏板的脫落還有可能導(dǎo)致人員傷亡。因此，屋面光伏須有抗臺(tái)風(fēng)的加強(qiáng)措施，包括加密光伏支架與屋面的夾接點(diǎn)數(shù)，光伏板的固定扣件選用強(qiáng)度較高的產(chǎn)品等。二是滿足防火要求。因光伏板質(zhì)量、線纜選擇不合理、施工質(zhì)量不過關(guān)等問題都有可能引發(fā)屋面光伏系統(tǒng)自燃。因此，光伏板最好選擇能滿足A級耐火要求的產(chǎn)品，線纜也應(yīng)選用阻燃耐火型，且應(yīng)根據(jù)場所戶外溫升對電纜的載流量進(jìn)行矯正。另外，可考慮安裝光伏電站火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行早期防控。三是眩光影響。機(jī)場光伏應(yīng)重點(diǎn)評估對塔臺(tái)、飛機(jī)起落的眩光影響。國內(nèi)有研究機(jī)構(gòu)對多晶硅太陽能組件進(jìn)行了鏡面反射和漫反射檢測，漫反射測試結(jié)果是反射率低于幕墻玻璃和彩鋼板的反射值，鏡面反射測試結(jié)果是反射率低于幕墻玻璃的反射值。但實(shí)際情況是低反射值并不代表沒有反射，從現(xiàn)場實(shí)際觀測結(jié)果看，在反射角方向還是存在較強(qiáng)的眩光影響。眩光的影響可委托專業(yè)的光環(huán)境分析機(jī)構(gòu)進(jìn)行評估。

7結(jié)束語

目前，國內(nèi)機(jī)場迎來了新一輪的建設(shè)發(fā)展，機(jī)場光伏應(yīng)用案例也越來越多，但總體的應(yīng)用還是較為謹(jǐn)慎，光伏發(fā)電占電能比例不如國外一些機(jī)場。本文根據(jù)相關(guān)新機(jī)場光伏應(yīng)用的調(diào)研了解，拋磚引玉，不足之處請行業(yè)人士多多指正，也希望大家一起出謀劃策，共同推進(jìn)“節(jié)能機(jī)場（降低航站樓人流耗能指標(biāo)）”“綠色機(jī)場”的建設(shè)。

參考文獻(xiàn)

[1] 王安羅，劉紹海.常州機(jī)場航站樓太陽能光伏發(fā)電站系統(tǒng)[J].中國科技縱橫，2011（12）：249.