合肥某辦公樓太陽能光伏利用研究

引言

根據合肥市《關于加強新建民用建筑設計方案建筑節(jié)能和綠色建筑管理工作的通知》（合規(guī)[2014]129號）的規(guī)定:新建、改建、擴建賓館、酒店、醫(yī)院等有生活熱水需求的公共建筑,應當安裝太陽能熱水系統(tǒng):屋頂可利用面積達到1000m2及以上的新建非居住類民用建筑,應當安裝分布式太陽能光伏系統(tǒng)。

1項目概況

本項目位于安徽省廬江縣新橋路與城西大道交口東南角位置,總用地面積75658.7m2,總建筑面積62042.88m2,無地下室。本項目容積率為1.16,建筑密度為56.84%,綠地率為9.5%。本項目由一棟綜合樓、三棟廠房及配套輔助車間組成,如圖1所示。

圖1項目鳥瞰圖

2太陽能光伏系統(tǒng)利用方案

本項目采用分布式太陽能光伏系統(tǒng),光伏板設置于綜合樓屋面。

2.1光伏組件技術參數

本項目擬采用的光伏組件技術參數如表1所示。

表1光伏組件技術參數

2.2分布式太陽能光伏系統(tǒng)原理

分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)的基本設備包括光伏方陣支架、直流匯流箱、直流配電柜、并網逆變器、交流配電柜等設備,另外還有供電系統(tǒng)監(jiān)控裝置和環(huán)境監(jiān)測裝置,如圖2所示。其運行模式是在有太陽輻射的條件下,光伏發(fā)電系統(tǒng)的太陽能電池組件陣列將太陽能轉換輸出成電能,經過直流匯流箱集中送入直流配電柜,由并網逆變器逆變成交流電供給建筑自身負載,多余或不足的電力通過連接電網來調節(jié)。

圖2分布式太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)組成示意圖

2.3分布式太陽能光伏系統(tǒng)的利用

本項目在裙房屋面設置太陽能發(fā)電系統(tǒng),無蓄電池。光伏板與逆變器設于屋頂。太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)發(fā)電容量接入本工程照明系統(tǒng),作為本項目照明系統(tǒng)的補充和備用容量。

2.4光伏板布置

依據《民用建筑太陽能光伏系統(tǒng)應用技術規(guī)范》（IGI203一2010）[2]的要求,為保證前排光伏組件在冬至日09:00一15:00不遮擋后排的光伏組件,本項目采用Ecotect軟件對光伏組件進行遮擋分析,光伏組件的最小間距為1400mm。

圖3冬至日09:00時陰影圖

圖4冬至日15:00時陰影圖

為保證光伏組件的發(fā)電效率,將光伏組件盡可能設于屋頂日照相對充足的區(qū)域,光伏組件按緯度傾角安裝,考慮光伏組件安裝間距,將光伏組件布置于屋頂,避免了日照遮擋。

屋面安裝光伏組件90塊,光伏組件總面積為147m2,總安裝功率21kw。布置平面圖如圖5所示。

2.5年發(fā)電量估算

En=0×Ac×n1×n2

式中En光伏系統(tǒng)年發(fā)電量,kw·h:

0一緯度傾角平面年總輻照量,1205.94kw·h/m2:Ac一光伏發(fā)電板面積,147m2:

n1—光電轉換效率,取15%:

n2—綜合發(fā)電效率,取80%。

計算得出本項目屋頂光伏系統(tǒng)年發(fā)電量為21272.78kw·h。

2.6年耗電量估算

依據《工業(yè)與民用配電設計手冊》第二版[3]以及圖集12sDx101-2《民用建筑電氣設計計算及示例》[4]的用電年平均負荷和實際工作小時數計算,年有功電能消耗量（kw·h):

Wp,a=a×Pc×7a

式中Pc—有功功率,kw:

a—年平均有功負荷系數,一般取0.7～0.75:7a—年實際工作小時數,h,一班制可取1860h,兩班

制可取3720h,三班制可取5580h。辦公面積為7127m2:

Pc=Pc1×s/1000

式中Pc1—單位面積功率,w/m2:

s——建筑面積,m2。

辦公按80w/m2,a取0.7,辦公7a取1860h,則Pc=7127×80/1000≈570kw,Wp,a=a×Pc×7a=0.7×570×1860=742140kw·h。

本項目年總用電量為742140kw·h,則由可再生能源提供的電量比例為2.86%。

3節(jié)能經濟效益分析

3.1常規(guī)能源替代量計算

0td=D·En

式中0td—太陽能光伏系統(tǒng)的常規(guī)能源替代量,kg標準煤:

D—每度電折合所耗標準煤量,kg/kw·h,根據上年火電耗煤水平確定,沒有相關數據時取D=0.36kg/kw·h:

En一太陽能光伏系統(tǒng)年發(fā)電量,kw·h。

常規(guī)能源替代量為0td=21225.45×0.36≈7641kg。3.2環(huán)境效益分析

二氧化碳減排量應按下式計算:

0rco2=0tr×Vco2

式中0rco2—二氧化碳減排量,kg:

0tr—太陽能光伏系統(tǒng)年常規(guī)能源替代量,取7641kgce:Vco2—標準煤的二氧化碳排放因子,取Vco2=2.47kg/kgce。

計算可得0rco2=18.87t/a。

二氧化硫減排量應按下式計算:

0rso2=0tr×Vso2

式中0rso2—二氧化硫減排量,kg:

0tr—太陽能光伏系統(tǒng)年常規(guī)能源替代量,取7641kgce:Vso2—標準煤的二氧化硫排放因子,取Vso2=0.02kg/kgce。

計算可得0rso2=0.152t/a。

粉塵減排量應按下式計算:

0rfc=0tr×Vfc

式中0rfc——粉塵減排量,kg:

0tr—太陽能光伏系統(tǒng)年常規(guī)能源替代量,取7641kgce:Vfc——標準煤的粉塵排放因子,取Vfc=0.01kg/kgce。

計算可得0rfc=0.076t/a。

經計算,本項目采用太陽能光伏系統(tǒng)后,可實現年減排二氧化碳18.87t,年減排二氧化硫0.152t,年減排粉塵0.076t。

3.3投資回收期計算

按7.5元/w計算,本項目光伏系統(tǒng)投資為15.75萬。光伏系統(tǒng)發(fā)電在高峰期,按電價1.4元/kw·h計算,按照系統(tǒng)年衰減0.4%,通貨膨脹率按照0.4%計算,6年可收回投資,具有良好的經濟效益,本項目經濟分析可行。

4結語

太陽能光伏發(fā)電是目前最清潔的發(fā)電技術,可減少常規(guī)能源使用,優(yōu)化能源結構,同時可減少二氧化碳、二氧化硫以及粉塵排放。太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng),不僅可以解決能源問題,還可以打造低碳節(jié)約型社會。