合肥某办公楼太阳能光伏利用研究

引言

根据合肥市《关于加强新建民用建筑设计方案建筑节能和绿色建筑管理工作的通知》（合规[2014]129号）的规定:新建、改建、扩建宾馆、酒店、医院等有生活热水需求的公共建筑,应当安装太阳能热水系统:屋顶可利用面积达到1000m2及以上的新建非居住类民用建筑,应当安装分布式太阳能光伏系统。

1项目概况

本项目位于安徽省庐江县新桥路与城西大道交口东南角位置,总用地面积75658.7m2,总建筑面积62042.88m2,无地下室。本项目容积率为1.16,建筑密度为56.84%,绿地率为9.5%。本项目由一栋综合楼、三栋厂房及配套辅助车间组成,如图1所示。

图1项目鸟瞰图

2太阳能光伏系统利用方案

本项目采用分布式太阳能光伏系统,光伏板设置于综合楼屋面。

2.1光伏组件技术参数

本项目拟采用的光伏组件技术参数如表1所示。

表1光伏组件技术参数

2.2分布式太阳能光伏系统原理

分布式光伏发电系统的基本设备包括光伏方阵支架、直流汇流箱、直流配电柜、并网逆变器、交流配电柜等设备,另外还有供电系统监控装置和环境监测装置,如图2所示。其运行模式是在有太阳辐射的条件下,光伏发电系统的太阳能电池组件阵列将太阳能转换输出成电能,经过直流汇流箱集中送入直流配电柜,由并网逆变器逆变成交流电供给建筑自身负载,多余或不足的电力通过连接电网来调节。

图2分布式太阳能光伏发电系统组成示意图

2.3分布式太阳能光伏系统的利用

本项目在裙房屋面设置太阳能发电系统,无蓄电池。光伏板与逆变器设于屋顶。太阳能光伏发电系统发电容量接入本工程照明系统,作为本项目照明系统的补充和备用容量。

2.4光伏板布置

依据《民用建筑太阳能光伏系统应用技术规范》（IGI203一2010）[2]的要求,为保证前排光伏组件在冬至日09:00一15:00不遮挡后排的光伏组件,本项目采用Ecotect软件对光伏组件进行遮挡分析,光伏组件的最小间距为1400mm。

图3冬至日09:00时阴影图

图4冬至日15:00时阴影图

为保证光伏组件的发电效率,将光伏组件尽可能设于屋顶日照相对充足的区域,光伏组件按纬度倾角安装,考虑光伏组件安装间距,将光伏组件布置于屋顶,避免了日照遮挡。

屋面安装光伏组件90块,光伏组件总面积为147m2,总安装功率21kw。布置平面图如图5所示。

2.5年发电量估算

En=0×Ac×n1×n2

式中En光伏系统年发电量,kw·h:

0一纬度倾角平面年总辐照量,1205.94kw·h/m2:Ac一光伏发电板面积,147m2:

n1—光电转换效率,取15%:

n2—综合发电效率,取80%。

计算得出本项目屋顶光伏系统年发电量为21272.78kw·h。

2.6年耗电量估算

依据《工业与民用配电设计手册》第二版[3]以及图集12sDx101-2《民用建筑电气设计计算及示例》[4]的用电年平均负荷和实际工作小时数计算,年有功电能消耗量（kw·h):

Wp,a=a×Pc×7a

式中Pc—有功功率,kw:

a—年平均有功负荷系数,一般取0.7～0.75:7a—年实际工作小时数,h,一班制可取1860h,两班

制可取3720h,三班制可取5580h。办公面积为7127m2:

Pc=Pc1×s/1000

式中Pc1—单位面积功率,w/m2:

s——建筑面积,m2。

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

本项目年总用电量为742140kw·h,则由可再生能源提供的电量比例为2.86%。

3节能经济效益分析

3.1常规能源替代量计算

0td=D·En

式中0td—太阳能光伏系统的常规能源替代量,kg标准煤:

D—每度电折合所耗标准煤量,kg/kw·h,根据上年火电耗煤水平确定,没有相关数据时取D=0.36kg/kw·h:

En一太阳能光伏系统年发电量,kw·h。

常规能源替代量为0td=21225.45×0.36≈7641kg。3.2环境效益分析

二氧化碳减排量应按下式计算:

0rco2=0tr×Vco2

式中0rco2—二氧化碳减排量,kg:

0tr—太阳能光伏系统年常规能源替代量,取7641kgce:Vco2—标准煤的二氧化碳排放因子,取Vco2=2.47kg/kgce。

计算可得0rco2=18.87t/a。

二氧化硫减排量应按下式计算:

0rso2=0tr×Vso2

式中0rso2—二氧化硫减排量,kg:

0tr—太阳能光伏系统年常规能源替代量,取7641kgce:Vso2—标准煤的二氧化硫排放因子,取Vso2=0.02kg/kgce。

计算可得0rso2=0.152t/a。

粉尘减排量应按下式计算:

0rfc=0tr×Vfc

式中0rfc——粉尘减排量,kg:

0tr—太阳能光伏系统年常规能源替代量,取7641kgce:Vfc——标准煤的粉尘排放因子,取Vfc=0.01kg/kgce。

计算可得0rfc=0.076t/a。

经计算,本项目采用太阳能光伏系统后,可实现年减排二氧化碳18.87t,年减排二氧化硫0.152t,年减排粉尘0.076t。

3.3投资回收期计算

按7.5元/w计算,本项目光伏系统投资为15.75万。光伏系统发电在高峰期,按电价1.4元/kw·h计算,按照系统年衰减0.4%,通货膨胀率按照0.4%计算,6年可收回投资,具有良好的经济效益,本项目经济分析可行。

4结语

太阳能光伏发电是目前最清洁的发电技术,可减少常规能源使用,优化能源结构,同时可减少二氧化碳、二氧化硫以及粉尘排放。太阳能光伏发电系统,不仅可以解决能源问题,还可以打造低碳节约型社会。