（安徽省建筑科學(xué)研究設(shè)計(jì)院，安徽 合肥 230031）

近年來(lái)，隨著清潔能源和綠色建筑理念在建筑行業(yè)的推廣，太陽(yáng)能建筑一體化得到越來(lái)越多的實(shí)際應(yīng)用，建筑一體化需要建筑設(shè)計(jì)師根據(jù)建筑功能，把太陽(yáng)能利用結(jié)合建筑環(huán)境進(jìn)行總體設(shè)計(jì)，將建筑、設(shè)備和美學(xué)相融合，使其成為建筑本體有機(jī)的一部分，降低傳統(tǒng)太陽(yáng)能作為附屬設(shè)施對(duì)建筑形象的影響。

1 項(xiàng)目概況

近年來(lái)，合肥市主管部門(mén)頒布了一系列政策推廣應(yīng)用太陽(yáng)能光伏、太陽(yáng)能光熱以及地源熱泵等可再生能源與建筑一體化應(yīng)用技術(shù)，主要有以下相關(guān)政策?！逗戏适写龠M(jìn)建筑節(jié)能發(fā)展若干規(guī)定》（市政府令第160號(hào)）、《關(guān)于加強(qiáng)新建民用建筑設(shè)計(jì)方案建筑節(jié)能管理工作的通知》（合規(guī)[2014]129號(hào)）規(guī)定：新建建筑面積在一萬(wàn)平方米以上的公共建筑應(yīng)當(dāng)至少利用一種可再生能源?！逗戏适芯G色建筑發(fā)展條例》規(guī)定：新建的公共機(jī)構(gòu)辦公建筑以及建筑面積達(dá)到一萬(wàn)平方米以上的其他公共建筑，應(yīng)當(dāng)統(tǒng)一設(shè)計(jì)并安裝一種以上與建筑能耗水平相適應(yīng)的可再生能源利用系統(tǒng)。

本文研究對(duì)象為一棟新建單體辦公樓，位于安徽省合肥市，建筑面積27832.23m，地上建筑面積約21925.77m，地下建筑面積約5903.46m。地上23層，地下2層。項(xiàng)目已成功獲得三星級(jí)綠色建筑設(shè)計(jì)標(biāo)識(shí)證書(shū)。根據(jù)合肥市政策要求，本項(xiàng)目應(yīng)當(dāng)至少利用一種可再生能源。

可再生能源方案比較 表1

本案辦公大樓綜合權(quán)衡設(shè)計(jì)方案、項(xiàng)目實(shí)際應(yīng)用需求以及成本等因素，項(xiàng)目的可再生能源應(yīng)用形式最終選擇為太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)。

2 合肥地區(qū)太陽(yáng)能資源及光伏板適宜安裝間距

合肥市屬于太陽(yáng)能資源Ⅲ類(lèi)地區(qū)，合肥地區(qū)多年平均日照數(shù)在2100h左右，日照百分率為48%。年太陽(yáng)輻射量平均值為4444.91MJ/m，最高年份輻射量達(dá)到5000MJ/m，部分年份低于4200MJ/m。

為保證冬至日 9：00～15：00 期間前排光伏組件不遮擋后排光伏組件，依據(jù)《民用建筑太陽(yáng)能光伏系統(tǒng)應(yīng)用技術(shù)規(guī)范》（JGJ203-2010）的規(guī)定，通過(guò)對(duì)光伏組件進(jìn)行遮擋分析，本地區(qū)光伏組件的最小間距建議為1400mm。

3 太陽(yáng)能光伏系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)

3.1 光伏板位置選擇

本次研究對(duì)象辦公樓屋面設(shè)計(jì)為屋頂綠化，結(jié)合園林小品形成了屋頂花園，為辦公人員創(chuàng)造新的交流活動(dòng)空間，也增強(qiáng)了屋面的保溫隔熱、隔聲減震效果。

由于屋面已被屋頂花園的設(shè)計(jì)利用，最終設(shè)計(jì)將光伏系統(tǒng)組件架高鋪設(shè)，形成屋頂構(gòu)架。一方面光伏板因此獲得最優(yōu)的太陽(yáng)能日照資源，無(wú)女兒墻等構(gòu)架的遮擋影響，另一方面使得下部屋頂花園形成一個(gè)遮陰場(chǎng)所，有利于人員的活動(dòng)交流。

圖1 屋頂光伏板與屋頂花園結(jié)合實(shí)景

3.2 光伏系統(tǒng)方案及容量設(shè)計(jì)

屋面光伏組件采用260Wp多晶硅電池組件，共安裝組件240塊，光伏面積約380㎡，總裝機(jī)容量62.4kW。組件采用20塊一串，共計(jì)12串分別接入兩個(gè)SG30KTL-M組串式逆變器中，每個(gè)逆變器接入6串，即62.4kW光伏電站由2個(gè)31.2kW方陣組成，分別通過(guò)2個(gè)SG30KTL-M逆變器接入光伏配電柜，光伏電站交流出線(xiàn)接入大樓低壓配電室160A備用開(kāi)關(guān)上。

根據(jù)光伏板面積、逆變器組串形式及光伏系統(tǒng)裝機(jī)容量，光伏系統(tǒng)用戶(hù)側(cè)低壓接入配電網(wǎng)后在聯(lián)合市政供電的基礎(chǔ)上協(xié)同給辦公樓的公共區(qū)域照明、景觀照明供電。

圖2 光伏支架預(yù)埋件平面布置圖

光伏組件南向安裝，水平安裝角度15°，考慮陰影遮擋作用，前后排陣列之間留1.8m間距，光伏系統(tǒng)屋頂構(gòu)架與建筑一體化設(shè)計(jì)，預(yù)埋構(gòu)架，詳見(jiàn)圖3。

圖3 光伏組件支架剖面圖

3.3 光伏系統(tǒng)發(fā)電量分析

E=Q·A·η·η

式中：E—光伏系統(tǒng)年發(fā)電量，kW·h

Q—緯度傾角平面年總輻射量，205.94kW·h/m

A—光伏板面積，m

η—光電轉(zhuǎn)換效率，取15%

η—綜合發(fā)電效率，取80%

則光伏系統(tǒng)理論年總發(fā)電量為54990.86kW·h。本項(xiàng)目光伏系統(tǒng)實(shí)際發(fā)電量統(tǒng)計(jì)如表2所示，2018年12月到2019年11月光伏系統(tǒng)年發(fā)電量為56603.7kW·h，可見(jiàn)理論發(fā)電量與實(shí)際發(fā)電量是較為吻合的。

圖4 光伏系統(tǒng)月發(fā)電量

由發(fā)電量統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)可以看出，6-8月為光伏系統(tǒng)發(fā)電的高峰期，1-2月和12月光伏系統(tǒng)發(fā)電量較低，主要由于冬季太陽(yáng)輻射量減弱導(dǎo)致光伏系統(tǒng)發(fā)電效率較低。

綠色建筑評(píng)價(jià)時(shí)，由可再生能源提供電量比例是一項(xiàng)重要評(píng)價(jià)內(nèi)容。數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)期間，大樓入住率約為50%。由表2分析可知，7-8月為空調(diào)開(kāi)啟高峰期，也是光伏系統(tǒng)發(fā)電量較高月份，光伏系統(tǒng)發(fā)電量占大樓總用電量的比例約為7%；9月份過(guò)渡季節(jié)空調(diào)系統(tǒng)部分關(guān)閉，相比8月份用電量下降幅度達(dá)到40%，光伏系統(tǒng)發(fā)電量占大樓總用電量的比例達(dá)到10.64%；10月份由于涉及國(guó)慶放假，大樓用電量比9月份下降幅度約為38%，光伏系統(tǒng)發(fā)電量比例也下降了25%，光伏系統(tǒng)發(fā)電量占大樓總用電量的比例達(dá)到12.77%；光伏系統(tǒng)發(fā)電量最低月份為12月，光伏系統(tǒng)發(fā)電量占大樓總用電量的比例為2.71%。因此光伏發(fā)電量占實(shí)際用電量的比例與光伏系統(tǒng)裝機(jī)容量、太陽(yáng)能輻射量、光伏板發(fā)電效率和建筑入住率等因素均有較密切關(guān)系。

光伏系統(tǒng)發(fā)電量統(tǒng)計(jì)表 表2

4 效益分析

4.1 環(huán)境效益分析

Q=D·E

式中：Q—光伏系統(tǒng)發(fā)電量對(duì)應(yīng)的常規(guī)能源代量，kg標(biāo)準(zhǔn)煤

D—每度電折合所耗標(biāo)準(zhǔn)煤量，根據(jù)上年火電耗煤水平確定，取0.36kg/kW·h

E—光伏系統(tǒng)年發(fā)電量，kW·h

本案光伏系統(tǒng)常規(guī)能源替代量為20377.33 kgce，可實(shí)現(xiàn)年減排二氧化碳50.33t/年，年減排二氧化硫0.41t/年，年減排粉塵0.20t/年。

4.2 經(jīng)濟(jì)效益分析

本項(xiàng)目總裝機(jī)功率62.4kW，實(shí)際年發(fā)電量為5.66萬(wàn)kW·h。該項(xiàng)目太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)總投資見(jiàn)表3。經(jīng)濟(jì)效益分析計(jì)算時(shí)電價(jià)取1.4元/kW·h，系統(tǒng)年發(fā)電效率衰減值取0.4%，通貨膨脹率取0.4%，則7年可回收成本，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益，本項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)分析可行。

太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)投資預(yù)算表 表3

5 結(jié)論

在綠色建筑評(píng)價(jià)過(guò)程中，太陽(yáng)能光伏技術(shù)是實(shí)現(xiàn)可再生能源利用的重要形式之一。通過(guò)本辦公建筑應(yīng)用案例的分析可知，太陽(yáng)能光伏系統(tǒng)在本地區(qū)的應(yīng)用是可行的，可有效地代替?zhèn)鹘y(tǒng)能源為建筑提供部分清潔電能，有效地減少二氧化碳、二氧化硫及粉塵等污染物的排放，同時(shí)與建筑一體化設(shè)計(jì)，結(jié)合建筑屋頂花園形成一個(gè)遮陰空間，實(shí)現(xiàn)建筑、設(shè)備和美學(xué)有機(jī)融合。