綠色建筑規劃設計階段光伏實踐探索

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摘要：近年來，隨著新建建筑中綠色建筑比重要求越來越高，建筑綠色規劃設計量大幅增加。光伏發電系統因技術成熟可靠，施工交接面簡單，管理成本低，度電成本大幅下降，在可再生能源利用領域優勢明顯，因而得到了廣泛應用。在規劃設計實踐中，通過與建筑各專業溝通交流，加上實際項目的操作和實施反饋，發現有一些共性的問題和經驗值得考量。現以XX星級酒店的BIPV光伏項目為實例，探討光伏在綠色建筑規劃設計階段出現的相關問題及解決辦法。

關鍵詞：綠色建筑；光伏技術；離并網；建筑友好；經濟性

引言

光伏發電受惠于國家政策的大力支持和行業技術的不斷進步，應用技術已經非常成熟。光伏發電的能量來自太陽能，其將太陽能轉化為電能，可以說有陽光、有用電的地方就可以應用光伏技術，因此建筑應用光伏技術順理成章。未來，建筑將從單一的能源消費者逐漸變為集能源生產者和能源消費者于一體，在綠色電力替代、綠色建筑甚至零碳建筑不斷推進的背景下，建筑+光伏將扮演愈來愈重要的角色。規劃設計階段是降低成本、保障建筑結構和建筑美觀最有效的階段，在規劃階段系統考慮光伏設計具有重要意義。

1光伏技術在綠色建筑中的應用

在綠色建筑范疇內，光伏發電技術根據系統是否并入配電網，主要分為并網光伏系統、離網光伏系統以及離并網混合系統。其中，并網光伏系統根據是否倒送電網又細分為自發自用、余電上網型和并網不上網型兩類，以下逐一展開來說。并網光伏系統一般由太陽能光伏組件、并網型逆變器、并網防雷箱（柜）、支架系統、平臺監控系統等組成。并網逆變器是將直流電轉化為與電網同頻率、同電壓、同相位的交流電。并網不上網系統就是并網用戶側配電網絡，但通過技術手段使其多余電量不倒送至主網。該類系統造價低、技術成熟、維護簡單，特別適用于電網穩定、用電量大的常規用戶。離網光伏系統一般由太陽能光伏組件、太陽能控制器、蓄電池單元、離網型逆變器、離網配電箱（柜）、支架系統、平臺監控系統等組成。離網系統脫離主網運行，蓄電池的增加導致系統成本大幅增加，運維中蓄電池替換成本高昂，逆變器的不平衡帶載能力要求高，系統效率低；但是其不依托于電網的情況，特別適用于電力缺乏或電力不穩定的用戶。離并網系統一般由太陽能光伏組件、雙向儲能變流器、蓄電池及管理單元、離并網配電箱（柜）、快速開關柜（無縫切換時需要）、支架系統、平臺監控系統等組成。系統既可并網運行也可在一定條件離網運行，功能上看是離網和并網的綜合集成，應用復雜，成本高，運行中對維護人員要求高，相對更適用于電網安全要求較高的場合。通過以上分析可知，光伏并網系統因為設備安裝環境要求低、系統成本低、經濟性好，技術成熟、無易損件、維護成本低等特點，在綠色建筑項目中無疑是最主要的應用形式。當然，光伏除實現可再生能源利用外，還兼具夏季遮陽、冬季保溫的作用。對于建筑物，根據研究人員分析，這些組件使到達屋頂的熱量減少了約38%，屋頂安裝光伏前后夏季溫差達到5～7℃，間接減少了3%～12%的能耗。

2上海XX酒店綠建項目實踐

上海XX酒店項目規劃設計為2級別綠色建筑。節能設計方案經過充分討論，考慮到本項目附近有分布式能源站項目，部分熱水和冷能需求可以滿足要求。在可再生能源利用方面，須使用光伏發電獲得不低于8分的分數，根據上海綠色建筑評定標準，經測算光伏安裝容量不低于240kWp。容量確定后，規劃設計階段各專業需有效溝通并給出光伏在酒店綠色建筑應用的技術方案，這本質上是圍繞如何做到光伏對建筑友好來展開的。

2.1規劃階段

規劃階段主要就以下問題給出方案：光伏參與綠色建筑的應用訴求及容量需求；建筑與光伏采取的結合方式———BIPV/BAPV；光伏項目是否經過審批；既有或潛在遮擋因素對光伏的影響；光伏采用何種電池技術；光伏消納方式等。規劃階段重點針對節能設計過程中綠色建筑評定時對對應項目的得分來確定光伏發電的安裝容量。根據要求，由可再生能源提供的電量比例3%≤Re≤4%。根據估算，項目竣工投入使用后，每年可消耗電量約750萬kWh，按照光伏年平均利用小時數1095h計算，光伏安裝容量不低于242kWp，系統效率82%，考慮到光伏的衰減因素，壽命周期內，每年可發電23.87萬kWh，Re≈3.2%，滿足要求。光伏與建筑屋頂保持扇形排列，為BIPV項目。周圍無既有高大建筑物，也沒有建設高樓、塔狀物等對光伏發電有嚴重影響的規劃。目前，晶硅電池技術獲得了更好的應用，占有率優勢極大，發電技術采用轉化效率適度超前的高效單晶半片技術，以抵消建設周期內光伏效率不斷提高的影響。

2.2電氣專業

電氣專業主要包含以下幾個問題：電網電壓等級；并網點選擇以及并網箱（柜）的位置設置；屋頂電纜敷設；防雷接地。根據光伏安裝容量240kWp及設備安全配置，可視光伏發電項目為“負”負載，采用低壓側380V并網。并網點位置是需要特別說明的，它極大地影響著電纜的成本和線損的控制。在以往的經驗中，很多設計院將并網點設置在總配電室，對于樓層比較高的安裝項目，這樣做將產生較大的電纜成本和線損。光伏在建筑類項目設置的初衷，除滿足綠色建筑要求外，主要是將太陽能光伏所發的電自行消納。從邏輯來看，光伏作為電源放在總配電室無可厚非，但其技術實現并不受并網點的位置限制，從成本和線損考慮，在滿足電氣規范的基礎上并網點的位置是可以選擇的。上海XX酒店項目最后將并網點放在了屋頂設備配電間，經核算電纜容量也可以達到要求，且減少了2/3以上的交流電纜成本，線損減少1%以上，施工過程交接面也更簡單，施工速度更快更可控，系統成本降低，一舉多得。

2.3建筑專業

建筑專業主要包含以下幾個問題：可用面積與光伏板實際面積的匹配；女兒墻、排氣管、建筑美學要求；室外屋頂設備對光伏遮擋的影響；設備布置位置影響；排氣/水/汽對產品的影響；管道預留或預埋；防水問題。每個項目屋頂上的應用需求都比較多而雜，比如屋頂設備機房、女兒墻、排風/水設施、中央空調外機、新風外機、屋頂造型、廣告牌、接閃器或其他功能等，因此留給可再生能源利用的空間可能很緊張。該項目就出現了受設備層排煙孔、設備預留吊裝安裝空間影響，屋頂可用面積非常有限的情況。解決辦法：放棄按照最佳傾角進行敷設；使用更高效率的組件進行布置安裝；在光伏組件平鋪才能滿足要求與犧牲一定量的發電量之間做出平衡；在設備層基礎上增大格柵的結構標高來創造新的安裝空間；維護通道在可控范圍內適當減小。管道預留部分包括電纜在配電間穿墻或穿屋頂時穿線孔的預留。該酒店項目因屋頂層有強電間，需要預留好到配電間的鍍鋅鋼管穿線管。屋頂防水層的保護及維護。防水問題一直是建筑項目的難題之一，其一旦出現責任也很難界定，新建建筑項目在規劃階段要想好這個問題。與結構層預埋可能會帶來預埋件探出基礎部分的防水問題，預制式基礎可能在后期維護中帶來較大的工作量，互有利弊。強烈建議：在未來綠色建筑的可再生能源利用中，規劃階段有所傾斜地將設備基礎及本體相對集中安裝于屋頂北側，以便為光伏發電、太陽能熱水等可再生能源利用或新增留出空間；同時，屋頂上各種設備包括光伏發電和其他基礎統一規劃布置，以便更加充分地利用屋頂資源。

2.4結構專業

結構專業主要包含以下問題：不同支撐結構下的系統承重訴求。采用屋頂結構層預埋現澆的基礎和后期預制的基礎（承載式基礎）產生的載荷差異巨大，特別是在沿海多強風區域更為明顯。后者相比前者，光伏安裝區域每平米增加20～50kg/m2的載荷，后者需要向結構工程師確認是否滿足設計要求。光伏自身結構部分由專業負責，要特別注意在運行中防腐措施的巡視、補足或加強。結構件建議采用304不銹鋼，達克羅和鍍鋅螺栓需要嚴把質量關。考慮到以上幾點，上海XX酒店項目敷設防水層后，采用獨立條形基礎布置，考慮到抗震等因素，各獨立基礎再通過連接件進行固定，固定件采用不銹鋼連接件。

2.5給排水專業

對給排水專業來講，屋頂的雨水、冷凝水等排水設施需要與光伏的基礎布置相匹配。屋頂光伏的設備基礎在布置時需要規避排水溝槽如天溝，防水坡的交界處是需要注意的地方，要防止產生不必要的受力形變造成結構失穩等情況。在上海XX酒店項目中，基礎通過適當的平移保證不影響雨水排水功能。

2.6機電專業

機電專業主要包含光伏監控系統及BA監控系統的接口預留兩部分。上海XX酒店項目光伏監控系統采用云平臺，支持手機App和電腦終端在可上網環境下隨時調看。平臺通過數據挖掘技術能更高水平地監測光伏運行狀態并給出基于專家算法的維護結論，大大降低了維護成本，減輕了對運行人員的技術要求。智能表計和并網逆變器均支持BA系統的通信擴展要求。

2.7其他要求

除以上各專業的要求以外，對于業主對系統成本、品牌訴求、施工節點要求、施工進度要求、施工過程交叉、運維便利性和可得性等方面都需要做詳細的溝通和研判。系統成本可以通過更加優化的布局、多個專業的平衡或博弈以及施工界面的合理控制來降低。在上海XX酒店項目中，通過多次協調和溝通，通過對電池板的布局、并網點的選擇進行調整，原光伏基礎的鋼板取消，改為格柵方案，由最擅長的土建專業來完成基礎的制作和養護，設備層格柵的標高起高等措施降低了28%以上的成本，取得了很好的效果。

3結語

本文基于上海XX酒店項目的操作實例，對光伏在綠色建筑規化設計階段可能遇到的問題進行了分析和說明，為綠色建筑光伏應用做到建筑友好、經濟性優、維護智能給出了參考方向。光伏技術仍在不斷進步中，系統成本仍然有一定的下降空間，在規劃設計階段就進行充分的溝通和優化，光伏應用在未來的綠色建筑甚至綠色建筑的“高階”———超低碳排放建筑、“零能耗建筑”中必將扮演更重要的角色。

［參考文獻］

[1]中國建筑標準設計研究院.建筑一體化光伏系統電氣設計與施工[M].北京：中國計劃出版社，2015.

[2]財政部、住房和城鄉建設部關于加快推動我國綠色建筑發展的實施意見：財建〔2012〕167號[A].

[3]劉經強，劉乾宇，劉崗.綠色建筑節能工程技術[M].北京：化學工業出版社，2018.

[4]張寶剛，劉鳴.綠色建筑設計及運行關鍵技術[M].北京：化學工業出版社，2018.

[5]中國建筑節能協會.建筑節能技術[M].北京：現代出版社，2014.

[6]同濟大學建筑設計研究院（集團）有限公司，華建集團華東建筑設計研究總院.公共建筑綠色設計標準：DGJ08-2143—2018[S].上海：同濟大學出版社，2019.

作者：楊曉光 單位：上海弘正新能源科技有限公司