某展館光伏建筑一體化節(jié)能可行性分析

1、某展館光伏建筑一體化節(jié)能可行性分析冼麗紅中國對外貿(mào)易中心傑因摘要：結(jié)合某展館項目，從光伏發(fā)電的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)兩方面分析了光伏建筑一體化節(jié)能 可行性，并進(jìn)行了風(fēng)險管理可行性分析，結(jié)果表明展館光伏建筑-體化是可行 的，且具備經(jīng)濟(jì)效益和社會效益，實施后可為同類項目提供參考。關(guān)鍵詞：光伏發(fā)電;光伏方陣與建筑的結(jié)合（bapv）;孤島效應(yīng);風(fēng)險管理;作者簡介：冼麗紅（1983）,女，工程師，從事電氣工程及自動化方面的工 作。收稿日期：2017-06-02feasibility analysis of building integrated pv in exhibition buildingxian lihon

2、gchina foreign trade centre (group);abstract：combining by em cxhibition hall project, this paper analyzcd the feasibility of building integrated photovoltaic ( pv) from the aspects of photovoltaic power generation technology and economics. the risk management feasibility analysis of building integra

3、ted pv was carried. the resul ts show that the building integrated pv is feasible, which has the economic and social benefits. after the implementation, it can also provide references for similar projects.keyword： photovoltaic power generation; building attached pv; anti-islanding effect; risk manag

4、ement;received： 2017-06-020引言太陽能是可再牛能源，而光伏發(fā)電則把太陽能轉(zhuǎn)化為電能。2017年第一季度， 全國光伏發(fā)電保持較快增長，新增裝機達(dá)到721萬k w,與2016年同期基本持 平。其屮，集屮式光伏電站新增裝機478萬kw,同比下降23%;分布式光伏新增 裝機243萬kw,同比增長151%。由此可見，新增裝機呈現(xiàn)集中式光伏電站降速 和分布式光伏發(fā)電提速的態(tài)勢。全國光伏發(fā)電累計裝機8 463萬kw,其中集中 式光伏發(fā)電裝機7 188萬k w,分布式光伏發(fā)電裝機1 275萬k wo太陽能與建筑結(jié)合很好地利用太陽能，極大地減少建筑對能源的使用，而口豐 富建筑立面、頂面

5、的表現(xiàn)形式。國家能源局明確定義:光伏建筑一體化是在用電 側(cè)直接建設(shè)光伏電站，單個裝機容量不超過6 mw的光伏發(fā)電系統(tǒng)。根據(jù)與建筑結(jié)合的方式不同，光伏建筑一體化可分為兩大類:一類是光伏方陣與 建筑的結(jié)合(building attached photovoltaic, bapv),即在建筑屋面直接安 裝光伏組件；另一類是光伏方陣與建筑的集成(building integrated pv, btpv), 即使用建材型光伏組件作為屋頂?shù)牟牧希惭b在平面上，代替建筑材料。因為光 伏建筑一體化不占用額外的地面資源，是分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)在城市中普遍應(yīng) 用的最佳實施模式。1項目概況廣州某展館于2002年及20

6、08年分期投資建設(shè)，共有33萬m建筑屋面資源，在 美觀建筑物造型的同時，可在存量屋面的立面架空安裝光伏組件，可加強通風(fēng), 減少組件的功率損失，提高發(fā)電效率。光伏建筑一體化示意如圖1所示。圖1光伏建筑一體化示意下載原圖2光伏建筑一體化的技術(shù)可行性分析 該項目所在地屬于太陽能資源可利用地區(qū)，且為用電負(fù)荷中心，不存在棄光限 電區(qū)域，發(fā)展分布式光伏項目是可行的。根據(jù)能源局2017年3刀下發(fā)的相關(guān)通 知，分布式光伏建筑一體化項目將不限指標(biāo)。2.1光伏發(fā)電并網(wǎng)系統(tǒng)工作原理光伏發(fā)電并網(wǎng)系統(tǒng)由太陽能電池陣列、匯流箱、并網(wǎng)逆變器、配電裝置、運行監(jiān) 控系統(tǒng)等組成。光伏發(fā)電并網(wǎng)系統(tǒng)原理示意如圖2所示。圖2光伏發(fā)電并

7、網(wǎng)系統(tǒng)原理示意下載原圖 為充分利用可再生資源，該項目可采用用戶側(cè)并網(wǎng)，太陽能光伏組件所發(fā)直流 電經(jīng)逆變器逆變，并入用戶側(cè)配電線路，富余電量上網(wǎng)。光伏電站設(shè)置全自動控 制系統(tǒng)，通過遙測、遙信、遙控、遙調(diào)等自動化裝置可以電力調(diào)配，實現(xiàn)智能運 維。2. 2技術(shù)分析(1) 光伏發(fā)電與市網(wǎng)的運行控制。展館用電設(shè)備與光伏電站的電氣距離小，避免 電能的長距離輸送，因此設(shè)置優(yōu)先消耗光伏電力，不足時由市電補充。通過全自 動監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)測并網(wǎng)點的發(fā)配電數(shù)據(jù)，自動調(diào)節(jié)光伏發(fā)電運行參數(shù)，保證光伏 發(fā)電的電力與電網(wǎng)同步，使整個系統(tǒng)穩(wěn)定、可靠的運行。(2) 屋面的承重測算。屋頂面積總計約為33萬m,其中a展區(qū)均為彩鋼(不銹

8、 鋼)屋頂，承重w30kg/m;b、c展區(qū)為混凝土屋頂，承重50 kg/mo鑒于使用 晶硅組件所需承重保守估計為20 kg/m,考慮到3個區(qū)域均有消防噴淋系統(tǒng)等屋 頂?shù)鯍旌奢d，且需預(yù)留廣州地區(qū)遭遇臺風(fēng)襲擊時的風(fēng)荷載，可在3個區(qū)域展館 屋頂安裝光伏發(fā)電系統(tǒng)，預(yù)計安裝面積為20萬嘰(3) 光伏組件性能。在標(biāo)準(zhǔn)條件下，光伏組件的實際輸出功率在標(biāo)稱功率范圍內(nèi), 太陽電池組件的轉(zhuǎn)換率215% (先進(jìn)晶體硅轉(zhuǎn)換率將達(dá)23%),組件使用壽命不 低于25 ao使用10 a后，光伏組件輸出功率應(yīng)達(dá)到標(biāo)稱功率的90%;使用25 a 后，光伏組件輸出功率應(yīng)達(dá)到標(biāo)稱功率的80%。如外界溫度超過25°c,每功

9、率的 損失近0. 4%,要采取立面架空安裝方式，通風(fēng)條件較好，功率損失較少。2. 3環(huán)境影響分析(1) 電磁兼容及干擾。該項冃光伏逆變器經(jīng)過國家金太陽認(rèn)證、環(huán)境管理體系認(rèn) 證、職業(yè)健康安全認(rèn)證、歐洲ce/tuv認(rèn)證以及北美etl認(rèn)證等一系列認(rèn)證，可 保證逆變器的電磁發(fā)射不超過gb 17799. 32012和gb 17799. 42012規(guī)定的發(fā) 射限值，避免對周邊人群身體健康和電氣設(shè)備運行造成影響。(2) 噪聲污染。光伏組件工作時沒有噪音產(chǎn)生，逆變器及配電設(shè)備工作時產(chǎn)生的 聲音很小，可以忽略不計，因此光伏發(fā)電系統(tǒng)工作吋不存在噪音影響問題。(3) 光污染。光伏組件內(nèi)的電池陣列表面涂覆有減反膜，太

10、陽能吸收率非常高， 同時采用超白玻璃封裝，光線透射率非常高。因此，光伏組件對太陽光線以散射 作用為主，不存在眩光現(xiàn)象，不會產(chǎn)生光污染。3光伏建筑一體化的經(jīng)濟(jì)性分析為了全面分析光伏發(fā)電系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性，從發(fā)電量估算、投資回收及其他間接收益 方面進(jìn)行分析。3.1發(fā)電量估算(1) 并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)的總效率。發(fā)電量預(yù)測需算出并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)的總效 率。并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)的總效率由光伏陣列效率、逆變器效率、交流并網(wǎng)效率3 部分組成。(1) 光伏陣列在能量轉(zhuǎn)換與電量傳輸中的損失稱為光伏陣列效率，包括以下 6個方面:組件匹配損失，對于高效運行的系統(tǒng)，約有3%的損失;不可利用太陽 輻射損失，取2%;組件表面塵埃遮擋

11、損失，取2%;最大功率點跟蹤(mppt)精度, 取2%;直流線路損失，按有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，小于3%;根據(jù)氣象網(wǎng)站近年的刀平均溫 度，利用專業(yè)軟件可估算環(huán)境溫度對發(fā)電量的影響，計算結(jié)果顯示由環(huán)境因素 造成的發(fā)屯量損失為4%。由此得出，n 1=97%x98%x98%x98%x97%x96%85%o(2) 逆變器的交流輸出功率與直流輸入功率z比稱為逆變器的能量轉(zhuǎn)換效率 n2o綜合能效，逆變器的效率可達(dá)96%。(3) 從逆變器輸岀至高壓側(cè)電網(wǎng)的傳輸效率稱為交流并網(wǎng)效率ii °相關(guān)損失主 要是線損及變壓器損失，h 3=96%o因此，總的系統(tǒng)效率 n = n 1 n 2 n 3=85%x 96%x

12、96%=78. 34%o(2) 光伏發(fā)電系統(tǒng)年供電量為式中:w并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)裝機總量;h年峰值日照小吋數(shù)；n光伏電站系統(tǒng)總效率；lh傾斜面年總太陽輻射量；io標(biāo)準(zhǔn)太陽輻射強度。根據(jù)光伏組件設(shè)計，該項目實際總裝機容量為12 mwp,結(jié)合廣州地區(qū)毎月h均 太陽輻射量數(shù)據(jù)(基于氣象數(shù)據(jù))、每月實際天數(shù)以及轉(zhuǎn)換效率，計算出年均發(fā) 電量為1 146.6萬k who3.2投資回收分析電池組件、逆變器、支架等產(chǎn)業(yè)鏈中游產(chǎn)品采購成本均已顯著下降，其中占總建 設(shè)成本近50%的光伏組件成本下降最顯著，己由2008年的約30元/w降至低于3 元/w,國際咨詢機構(gòu)預(yù)測2017年年底國內(nèi)制造商出廠價將降至2元/w。3年前

13、 國內(nèi)大型光伏電站總建設(shè)成本約為曠10元/w,如今平均水平在8元/w,成本控 制良好的企業(yè)甚至能做到6元/w。根據(jù)該項口情況，項口投資成本組成如表1 所示。表1項目投資組成下載原表綜上所述，實施建筑屋頂光伏后，項目投資分析及回收期分析如下(2017年10 kv商業(yè)用電電價為0. 873 3元/k wh,不計算國家補貼)：年發(fā)電量1 146.6萬 kwh,年電費1 001.33萬元，總投資費用8 898. 1萬元，靜態(tài)投資回收期8. 893. 3其他間接收益(1) 建筑節(jié)能收益。光伏組件吸收太陽輻射，可有效降低空調(diào)負(fù)荷，降低建筑整 體能耗。根據(jù)實際項目，彩鋼板屋面光伏項目可降低16%的空調(diào)能耗。

14、(2) 降低運營成本。展館屋頂上安裝光伏組件可有效保護(hù)屋面，延緩老化，延長 屋面的使用壽命，降低展館的維修成木;光伏發(fā)電時段正是展館用電的峰值時段, 光伏發(fā)電投產(chǎn)后可明顯降低變壓器負(fù)荷率，根據(jù)負(fù)荷情況，可退岀部分變壓器， 減少變壓器“大馬拉小車”的情況。(3) 廣告宣傳。展館作為我國對外的重要窗口，可藉此項日打造綠色展館，進(jìn)一 步凸顯中國會展業(yè)的模范作用，增加企業(yè)宣傳亮點。(4) 提高能源供應(yīng)保障。近年來，能源供應(yīng)基木平衡，但廣州地區(qū)人口密集區(qū)域 或迎峰度夏期間還是存在電力供應(yīng)緊張的情況。建設(shè)光伏建筑-體化項目，可以 作為展館電力供應(yīng)的補充，且光伏發(fā)電時間與用電高峰時段較一致，起到一定 的削峰

15、作用，有效緩解用電緊張時展館的供電壓力，保障展館的正常運作。(5) 獲得額外收益。根據(jù)國家最新政策，己并網(wǎng)投產(chǎn)的分布式光伏項目可中請國 家補貼0. 42元/k wh和地方補貼0. 1元/k who項目投資分析及回收期分析如: 年發(fā)電量1 146.6萬kwh,年電費1 001.33萬元，國家補貼596. 23萬元，總 投資費用8 898.1萬元，靜態(tài)投資冋收期5. 6 ao4風(fēng)險管理可行性分析光伏建筑一體化項目屬于大型改造項目，具有項目風(fēng)險的特點，必須對其風(fēng)險 作出分析。風(fēng)險策略一般有回避風(fēng)險、減低風(fēng)險、接受風(fēng)險以及轉(zhuǎn)移風(fēng)險4種。光伏建筑一體化項目可分為設(shè)計、開發(fā)(實施)、投用(包括調(diào)試)階段，

16、將依 此三個階段分析整體風(fēng)險和制定策略等。(1) 設(shè)計階段的風(fēng)險可行性分析。主要是設(shè)計制定和現(xiàn)場情況相脫離的風(fēng)險。該 項目將在已有建筑物上增加光伏發(fā)電設(shè)備，需考慮屋面承重、“孤島效應(yīng)”對設(shè) 備和人員安全存在的重大隱患、并網(wǎng)保護(hù)等。因此，可能存在現(xiàn)有建筑物不能滿 足設(shè)計要求的風(fēng)險，如與有關(guān)專家(設(shè)計院、供電局、設(shè)備廠家)充分溝通論證, 可保證設(shè)計方案與實際情況相一致，因此該風(fēng)險可消除。(2) 開發(fā)(實施)階段的風(fēng)險可行性分析。設(shè)備安裝單位的施工質(zhì)量直接影響整 個項目的質(zhì)量控制，因此該風(fēng)險不可接受，必須在招標(biāo)文件、合同屮詳細(xì)列明工 程量清單、相關(guān)施工規(guī)范以轉(zhuǎn)移風(fēng)險，并聘請監(jiān)理公司對施工進(jìn)度、質(zhì)量及

17、成本 控制進(jìn)行監(jiān)督管理，由安裝單位和監(jiān)理單位負(fù)責(zé)產(chǎn)品風(fēng)險。(3) 投用(包括調(diào)試)階段的風(fēng)險可行性分析。主要是運行、維護(hù)、操作過程中 的風(fēng)險。該項目投運后所提供電力的電能質(zhì)量在諧波和波形畸變、電壓偏差、電 壓不平衡度、直流分量、電壓波動和閃變等方面需滿足國家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)及供電局規(guī) 定。通過嚴(yán)格控制工程質(zhì)量，選用優(yōu)質(zhì)設(shè)備產(chǎn)品以及監(jiān)控系統(tǒng)，可確保各項指標(biāo) 符合國家標(biāo)準(zhǔn)，故風(fēng)險是可以控制的。(4) 方案風(fēng)險可行性分析。通過上述三個階段的風(fēng)險細(xì)化分析，依風(fēng)險的嚴(yán)重性 不同以及是否可轉(zhuǎn)移的特性，通過向施工單位轉(zhuǎn)移或控制來解決風(fēng)險。對于控制 的風(fēng)險，則采取適當(dāng)措施來減少風(fēng)險。綜合分析內(nèi)容，在現(xiàn)行的條件下，方案

18、風(fēng) 險是可以控制或轉(zhuǎn)移的，且是可行的。5結(jié)語從技術(shù)可行性、投資冋報期及風(fēng)險管理的角度來看，光伏建筑-體化具備以下特 占八、(1) 由于城市的土地資源有限，集中式的電站規(guī)模正在萎縮，而更大的建筑載 體，包括屋頂和墻面資源有著更好的應(yīng)用空間。(2) 可實行就地消納，不存在棄風(fēng)限電問題，電能損耗低，所發(fā)電量既可供應(yīng) 場館負(fù)載使用，也可并網(wǎng)送電。(3) 光伏發(fā)電系統(tǒng)在日間陽光照射時發(fā)電，該時段也是電網(wǎng)負(fù)荷高峰期，可起 到削峰作用，舒緩電力緊張問題;分布式光伏項目單個裝機容量不超過6mw,對 電網(wǎng)沖擊較小，并網(wǎng)壓力輕。(4) 光伏組件一般安裝在建筑物的屋面及墻的南立面上，可降低墻身及屋面的 熱力輻射，減少空調(diào)或通風(fēng)設(shè)備的開啟。(