太阳能光伏发电与厂房的一体化设计

胡飞龙

【摘要】：当今世界中，能源日趋紧张，各国的有关政府部门也逐渐认识到了可再生能源的重要性，所以在可持续发展战略中可再生能源的利用已经占了很重要的地位。太阳能光伏发电是太阳能热利用技术的延伸，它并不是一个新型的技术，但是在大型的工程中应用的还不够广泛。笔者首先从太阳能光伏发电的有关概述出发，而后又对比了改革前后的太阳能光伏发电与厂房的一体化设计，最后举例了宝钢厂房屋顶光伏发电的应用实践，以供同行参考。

【关键词】：太阳能；光伏发电；厂房设计；可再生能源；节能减排

【前言】：节约能源是我国一直以来的一项长远的战略方针，不过，现阶段在我国的很多地区对厂房的利用过程中，还存在着很多浪费资源的现象。经过相关的调查与研究发现，太阳能是可以加以利用的一种非传统的天然热源，经过一定的方法后，可以将太阳能加以利用，且以运行费用低得到厂房使用者者的青睐。但是太阳能光伏发电也有其不足之处，如果受到日照以及雨雪等天气的影响，其供暖的可靠性可能会因此下降。因此，在利用太阳能光伏发电的同时，也应该再配有其他的热源辅助，以防止意外的发生，从而达到节约能源的作用。

1.太阳能光伏发电与厂房的一体化设计的有关概述

所谓“一体化设计”是指在建筑规划和设计之初，就将太阳能利用纳入设计内容之中，使之成为建筑物的一个有机组成部分，统一设计、精心施工和调试。近几年，随着太阳能电池技术的不不断进步和成熟，利用太阳能这一可重复利用的清洁能源实现太阳能光伏发电已经成为节约能源与企业发展的一大趋势。

2.光伏发电与厂房一体化设计优点

2.1绿色能源。太阳能光伏建筑一体化产生的是绿色能源，是应用太阳能发电，不会污染环境。太阳能是最清洁并且是免费的，开发利用过程中不会产生任何生态方面的副作用。它又是一种再生能源，取之不尽，用之不竭。

2.2不占用土地。光伏阵列一般安装在闲置的屋顶或外墙上，无需额外占用土地，这对于土地昂贵的城市建筑尤其重要；夏天是用电高峰的季节，也正好是日照量最大、光伏系统发电量最多的时期，对电网可以起到调峰作用。

2.3太阳能光伏建筑一体技术采用并网光伏系统，不需要配备蓄电池，既节省投资，又不受蓄电池荷电状态的限制，可以充分利用光伏系统所发出的电力。

2.4 起到建筑节能作用。光伏阵列吸收太阳能转化为电能，大大降低了室外综合温度，减少了墙体得热和室内空调冷负荷，所以也可以起到建筑节能作用。因此，发展太阳能光伏建筑一体化，可以“节能减排”。

3.结构安全性与构造设计要点

光伏组件与建筑的结合，结构安全性涉及三个方面：一是建筑本身的结构安全，有的光伏发电板是安装在建好的厂房屋顶上，原有厂房屋顶能否满足荷载要求，如不能满足结构安全，需要采取相应的加固措施。在以后的建筑设计中我们设计师可以提前考虑屋顶额外增加太阳能光伏板的荷载。二是组件本身的结构安全，如建筑屋顶的风荷载较地面大很多，普通的光伏组件的强度能否承受，受风变形时是否会影响到电池片的正常工作等。三是固定组件的连接方式的安全性。组件的安装固定不是安装空调式的简单固定，而是需对连接件固定点进行相应的结构计算，并充分考虑在使用期内的多种最不利情况。建筑的使用寿命一般在50年以上，光伏组件的使用寿命也在20年以上，BIPV的结构安全性问题不可小视。构造设计是关系到光伏组件工作状况与使用寿命的因素，普通组件的边框构造与固定方式相对单一。与建筑结合时，其工作环境与条件有变化，其构造也需要与建筑相结合。

4. 太阳能光伏发电与厂房的一体化设计的主要应用形式（江苏洋溢电器有限公司建筑面积4.4万平方米）

太阳能光伏建筑一体化的应用形式有很多种，主要可以概括为下面集中：1、光伏屋顶系统，2、光伏幕墙系统，3、光伏采光顶系统。江苏洋溢电器有限公司厂房主要采用光伏屋顶系统。

江苏洋溢电器有限公司位于江苏省北部宿迁市，介于北纬33°8′—34°25′，东经117°56′—119°10′之间，宿迁属于暖温带季风气候区，年均气温14.2℃，年均降水量910毫米，年均日照总时数2291小时。光热资源比较优越，四季分明，气候温和，太阳总辐射量约为117千卡/平方厘米，全年日照数2271小时，无霜期较长。根据本地日照时间长，厂区屋顶面积比较大，屋顶面积为4.5万平方米，我们建议甲方在厂区安装太阳能光伏发电系统，在建筑设计的过程中考虑太阳能光伏板与厂房一体化设计，首先我们考虑的是厂房的规划、屋面尽可能的南向布置，厂区少种植高干的乔木，减少阴影面。屋面采用压型彩钢板，方便光伏板的安装。在结构设计中，屋面荷载每平方增加20公斤，保证厂房在后期安装光伏板后结构的安全性和可靠性。厂区太阳能光伏板已经安装完毕并投入使用，基本能满足厂区照明使用，有一部分并入国家电网，为社会和企业带来很好的经济效益和社会效益。也带动了本地区其它一些企业安装太阳能光伏板的兴趣。

5. 结语

在中国科学院第十五次院士大会报告中提出：“当前，要重点在科技发展上做出努力，争取尽快取得突破性的进展。一定要大力发展资源开发利用科学技术，积极发展可再生能源和新型、安全、清洁替代能源，形成可持续的能源资源体系，切实保障我国能源资源有效供给和高效利用，使我国能源资源产业具有国际竞争力”。由此可见，资源的有效利用与可持续发展以成为重中之重。而太阳能光伏发电比传统的供热方式更加清洁、灵活、自动化程度高，并且其运行费用也低，可以大大提高经济效益，这也将是今后新能源发展的一个趋势。

【参考文献】：

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