太阳能技术对园林行业的影响浅析

徐 雷，李树朋，侯晓东

（福建农林大学 园林学院，福建 福州350000）

1 引言

改革开放30多年，我国的经济飞速发展，取得了举世瞩目的成就，这也意味着需要更多的能源来支持经济的发展。据有关研究报告显示，目前我国单位生产总值在资源方面的消耗大大高于世界的平均水平。为此早在2004年9月举行的党的十六届四中全会就提出：要大力发展循环经济，建设节约型社会。温家宝总理在全国做好节约型社会近期重点工作电视电话会议上也强调：加快节约型社会建设，促进我国经济社会全面协调可持续发展。太阳能以其取之不尽、清洁无污染等优点开始越来越受到人们的关注，这也大大地推动太阳能技术的发展并取得了一定的成果。作为与“光”息息相关的园林行业，近年来也提出了“绿色园林”的口号。随着人们对园林环境的生态性、节约性的关注，太阳能技术也将被越来越广泛地用于我们的园林行业。

2 前提条件

2.1 丰富的太阳能资源

我国土地辽阔，幅员广大，有着丰富的太阳能资源。太阳辐射总量达3350～8370mJ/m2，获得的能量中值为5860mJ，这相当于200kg的标准煤炭完全燃烧所发出的能量。全年平均日照时间在2000h以上、太阳辐射量在5016mJ/m2以上的区域占我国国土面积的2/3以上，太阳能资源在我国具有非常大的潜在的可利用价值[1]。我国的太阳能资源与同纬度的其他国家相比更加丰富，具有发展太阳能事业得天独厚的优越条件。

2.2 建筑行业率先垂范

在我国的能耗结构中，建筑占据了大约1/4，用电结构中建筑也占据了约1/4，在现有的430亿m2建筑面积中，95%为高耗能建筑，每年新建的建筑面积的80%仍为高耗能建筑，在建筑中注入绿色已经被现代建筑师看成是行业的发展趋势，而太阳能技术也已经被建筑行业广泛地用以作为减少能量消耗的最主要的手段之一。目前太阳能技术在建筑行业的应用主要分为3种类型：一是太阳能发电技术，包括太阳能光伏发电和太阳能热发电；二是太阳能热利用技术。目前主要的应用形式有太阳能热水系统和作为辅助能源对建筑供暖。我国的太阳能热水技术已经发展成熟并且完全商业化运行，太阳能建筑供暖技术现在也已经发展成熟；三是太阳能电器技术。世界各国都加紧了对于太阳能冰箱、太阳能空调的研究，并已经进入实用化示范阶段[2]。建筑行业与园林行业具有一衣带水的关系，目前在园林行业中太阳能技术已经开始有了一定程度的应用，但是可以说它在园林行业的发展才处于刚起步的阶段。太阳能技术在建筑行业的发展已经进入相对比较成熟的阶段并取得了比较丰硕的成果，这为我们园林行业在如何更好地利用太阳能方面提供了学习的榜样。

3 太阳能技术目前在园林行业中的应用

目前在我们周围的园林环境中，已经可以看到有一些太阳能技术正在为我们服务，目前太阳能技术在园林中的应用类型主要分为两种。一种是作为独立的发电系统，例如我们在园林中常见的太阳能路灯、草坪灯、庭院灯等，白天它通过其自身附带的太阳能电池板发电储存到蓄电池中，晚上用来供应照明，这类灯由于是整体运输和安装，不需要架设输电线路或开沟埋设电缆，不会破坏环境，安装使用方便，特别适合于在园林行业使用。还有些交通工具，例如上海世博会期间在黄浦江中巡游的太阳能游船[3]。还有一些靠太阳能供电的指示牌、标志灯等，也被设计师广泛应用于园林中。另一种是分布式并网发电系统。它是将用户光伏系统与电网相连，在有日照时，光伏系统发出的电力除了供用户自己使用外，如有多余，可以输入电网；在晚上或阴雨天，光伏系统发出的电力不足时，则由电网向用户供应一部分或全部电力。这种系统有以下优点。

（1）太阳能电池板可以就近安装在屋顶，不会占有大面积的土地资源。在园林中可以和园林建筑和园林小品结合。

（2）可以实现就近供电，不需要长距离的输送，减少了线路上的电力的损耗。

（3）电力可以随时输入到公共电网中，不需要为光伏系统配备储存装置，减少了施工维护的麻烦。

（4）由于不受蓄电池的容量的限制，光伏系统所发的电全部都可以得到利用[4]。

在我国园林最早的大规模应用光伏并网发电的项目可能就是深圳国际园林花卉博览园1MW的太阳能光伏发电系统了，该系统的发电总容量1000.322kW，光伏组件总面积为7600m2，年发电能力约为100万kW·h，相当于每年可节省标准煤炭约384t，年减少排放CO2约170t，减排SO27.68t，与常规能源相比，具有非常明显的环境效益，同时也具有一定的经济效益[5]。

4 经济效益、环保效益分析

4.1 经济效益

太阳能作为21世纪最有发展潜力的绿色能源之一，具有很多优点：取之不尽用之不竭；不用燃料运行成本很低；无污染对环境不会造成不良的影响，但是太阳能也有很明显的缺点，它的密度很低；标准情况下，地面上接受到的太阳能辐射强度为1000W/m2，大规模使用要占用很大面积；特别容易受到气候条件的影响，晚上、阴天和下雨就很少能发电。在经济效益上体现在同等条件下太阳能系统发的电能是常规能源发电价格的5～10倍，初始投资比较高。以深圳国际园林花卉博览园为例，2004年建成，总投资750万美元，总发电装机容量为1MW。2005年这个发电系统为深圳市提供了98万kW·h的电源。假如这个系统的运行寿命是30年，按此数据计算，30年的时间能够为深圳市提供2940万kW·h电力（不计系统的损耗和维护费用）。它的发电的成本为0.255美元/（kW·h）[5]。再例如，标准的一套3kW太阳能发电装置，在国际市场上的平均售价为2～2.5万美元。按它的使用寿命为20年，每天平均发电为4h，则发电总量为：3kW×4h/d×365d×20＝87600kW·h。

按此数据推算，这套太阳能系统的发电成本大概为：0.228～0.285美元，其发电成本要远远高于常规的电厂发电。这样看来，太阳能的经济效益低下，这可能是目前影响其大规模推广应用的主要因素[6]。

4.2 环境效益

太阳能系统发的电是无污染的能源，但是在制造太阳能光伏发电系统的过程中也需要消耗一定的能量，那么太阳能所发出的能量能否抵消制造它时所消耗的能量呢？对于环境效益的分析，我们从太阳能的能量偿还时间和光伏系统减少CO2排放量两个方面来考虑。

4.2.1 能量偿还时间

能量偿还时间的含义是在系统寿命周期内输入的总能量与系统运行时每年产生的能量之比，它是衡量一种发电系统是否有效的指标之一[4]。由于涉及的数据相对专业，繁琐，复杂，我们引用权威专家对我国不同城市的太阳能发电的能量偿还时间的分析数据来说明太阳能光伏发电系统在环境方面所体现出来的效益（表1）。

表1 中国部分城市并网光伏系统的能量偿还时间

表1显示在我国能量偿还时间最短的是拉萨，在最佳角度和垂直角度下分别为1.57年和2.50年；最长的时间为重庆，分别为3.76年和6.92年。相比较太阳能的寿命周期30～35年来说，所产生的能量，远大于其制造、运输、运行等阶段全部输入的能量[4]。

4.2.2 光伏系统减少CO2的排放量

常规电厂在燃烧化石燃料发电时要产生大量的温室气体，造成对环境的破坏，而太阳能作为绿色能源在发电过程中避免了常规能源发出同样电力所产生的温室气体，我们主要通过分析温室气体排放因子和光伏减排CO2潜力两个方面来分析太阳能发电系统在减少CO2排放量方面的效益。温室气体的排放因子是指某种燃料单位发电量所排放CO2的数量，单位是t CO2/（MW·h）[4]。根据国际能源部的太阳能光电系统项目的联合报告，不同种类的燃料在电力生产中的温室气体的排放因子见表2。

表2 电力生产过程中不同种类燃料的温室气体排放因子

通过表2可以看到每生产1MW·h的电能，太阳能、核能等绿色能源与常规的三大化石能源（煤炭、石油、天然气）相比，能分别减少排放温室气体0.999、0.942、0.439t的CO2气体。

我们分析的另一个数据是光伏减排CO2的潜力，它是衡量光伏系统减少CO2排放量的又一个重要的指标。它定义为：由给定的单位功率光伏系统输出的电能能够减少的温室气体排放量，即安装单位功率（通常用1kW）的光伏系统，在其寿命周期内，所输出电能可相当减少排放 CO2的数量（t CO2/kW）[4]。光伏减排 CO2的潜力不仅与光伏系统在当地的发电量有关，还与当地每年的总发电量以及每年用于发电的各种燃料的百分比等数据有关。涉及的数据相对比较专业，在此我们也引用有关专家对我国不同城市的光伏系统减排CO2的潜力的有关数据来说明太阳能系统在减少温室气体排放方面所体现出来的效益。

从表3中可以发现，在拉萨市太阳能光伏并网发电减排CO2的潜力最大，在最佳的安装角度和垂直的安装角度下，每安装1kW的太阳能光伏系统能减排CO2分别为37.15t和22.64t，而在减排潜力最差的重庆，在最佳的倾斜角度和垂直角度下，每安装1kW的太阳能光伏并网系统能分别减少14.34t和6.87t的CO2。

通过对温室气体的排放因子和光伏发电系统的减排CO2的潜力分析，发现太阳能大大减少温室气体的排放，环境效益非常突出。

表3 中国部分城市并网光伏系统的减排CO2潜力t CO2/kW

5 结语

太阳能作为清洁能源之一，又被称为园林绿地的天然盟友，它是园林植物生长、生存所必需的物质。园林植物吸收太阳光，通过光合作用，减少空气中的CO2，为人类提供赖以生存的O2，同时园林植物又是园林景观的肌肤。园林行业是以改造环境、美化生活为己任，但要是只注重园林的好看与否，脱离环境问题来谈规划、谈设计，那一切都是无意义的。太阳能作为绿色能源符合了园林行业建设绿色园林的趋势。目前制约太阳能技术大规模应用的关键因素是太阳能的电池板的价格比较昂贵，太阳能系统建设的首期投资比较高，现在太阳能技术在园林行业已经有一定程度的推广，但是规模有限，随着科技的进步，太阳能电池板生产成本的下降，太阳能光伏系统经济效益的提升，我们有理由相信太阳能技术可以为园林行业真正建设绿色园林、节约型园林、生态型园林提供源源不断的绿色动力。

[1]黄汉云.太阳能光伏发电应用原理[M].北京：化学工业出版社，2009：46～48.

[2]胡润青，李俊峰.太阳能与建筑结合技术进展和工程案例[J].中国建设动态：阳光能源，2005（2）.

[3]魏达嘉.红与绿的和谐共生——浅谈太阳能光伏发电在园林绿化中的应用[J].中国建设动态：阳光能源，2009（2）：32～34.

[4]杨金焕，于化从，葛 亮.太阳能光伏发电应用技术[M].北京：电子工业出版社，2009：165，207～226.

[5]钟国锋.只为那姹紫嫣红添亮彩——深圳国际园林花卉博览园1MWp并网太阳能光伏电站[J].建设科技，2005（5）：22～23.

[6]冯垛生，宋金莲，赵 慧.太阳能发电原理与应用[M].北京：人民邮电出版社，2007：3～6，183.室七届品 展推融娜观年出