某展馆光伏建筑一体化节能可行性分析

1、某展馆光伏建筑一体化节能可行性分析冼丽红中国对外贸易中心傑因摘要：结合某展馆项目，从光伏发电的技术和经济两方面分析了光伏建筑一体化节能 可行性，并进行了风险管理可行性分析，结果表明展馆光伏建筑-体化是可行 的，且具备经济效益和社会效益，实施后可为同类项目提供参考。关键词：光伏发电;光伏方阵与建筑的结合（bapv）;孤岛效应;风险管理;作者简介：冼丽红（1983）,女，工程师，从事电气工程及自动化方面的工 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引言太阳能是可再牛能源，而光伏发电则把太阳能转化为电能。2017年第一季度， 全国光伏发电保持较快增长，新增装机达到721万k w,与2016年同期基本持 平。其屮，集屮式光伏电站新增装机478万kw,同比下降23%;分布式光伏新增 装机243万kw,同比增长151%。由此可见，新增装机呈现集中式光伏电站降速 和分布式光伏发电提速的态势。全国光伏发电累计装机8 463万kw,其中集中 式光伏发电装机7 188万k w,分布式光伏发电装机1 275万k wo太阳能与建筑结合很好地利用太阳能，极大地减少建筑对能源的使用，而口丰 富建筑立面、顶面

5、的表现形式。国家能源局明确定义:光伏建筑一体化是在用电 侧直接建设光伏电站，单个装机容量不超过6 mw的光伏发电系统。根据与建筑结合的方式不同，光伏建筑一体化可分为两大类:一类是光伏方阵与 建筑的结合(building attached photovoltaic, bapv),即在建筑屋面直接安 装光伏组件；另一类是光伏方阵与建筑的集成(building integrated pv, btpv), 即使用建材型光伏组件作为屋顶的材料，安装在平面上，代替建筑材料。因为光 伏建筑一体化不占用额外的地面资源，是分布式光伏发电系统在城市中普遍应 用的最佳实施模式。1项目概况广州某展馆于2002年及20

6、08年分期投资建设，共有33万m建筑屋面资源，在 美观建筑物造型的同时，可在存量屋面的立面架空安装光伏组件，可加强通风, 减少组件的功率损失，提高发电效率。光伏建筑一体化示意如图1所示。图1光伏建筑一体化示意下载原图2光伏建筑一体化的技术可行性分析 该项目所在地属于太阳能资源可利用地区，且为用电负荷中心，不存在弃光限 电区域，发展分布式光伏项目是可行的。根据能源局2017年3刀下发的相关通 知，分布式光伏建筑一体化项目将不限指标。2.1光伏发电并网系统工作原理光伏发电并网系统由太阳能电池阵列、汇流箱、并网逆变器、配电装置、运行监 控系统等组成。光伏发电并网系统原理示意如图2所示。图2光伏发电并

7、网系统原理示意下载原图 为充分利用可再生资源，该项目可采用用户侧并网，太阳能光伏组件所发直流 电经逆变器逆变，并入用户侧配电线路，富余电量上网。光伏电站设置全自动控 制系统，通过遥测、遥信、遥控、遥调等自动化装置可以电力调配，实现智能运 维。2. 2技术分析(1) 光伏发电与市网的运行控制。展馆用电设备与光伏电站的电气距离小，避免 电能的长距离输送，因此设置优先消耗光伏电力，不足时由市电补充。通过全自 动监控系统监测并网点的发配电数据，自动调节光伏发电运行参数，保证光伏 发电的电力与电网同步，使整个系统稳定、可靠的运行。(2) 屋面的承重测算。屋顶面积总计约为33万m,其中a展区均为彩钢(不锈

8、 钢)屋顶，承重w30kg/m;b、c展区为混凝土屋顶，承重50 kg/mo鉴于使用 晶硅组件所需承重保守估计为20 kg/m,考虑到3个区域均有消防喷淋系统等屋 顶吊挂荷载，且需预留广州地区遭遇台风袭击时的风荷载，可在3个区域展馆 屋顶安装光伏发电系统，预计安装面积为20万叽(3) 光伏组件性能。在标准条件下，光伏组件的实际输出功率在标称功率范围内, 太阳电池组件的转换率215% (先进晶体硅转换率将达23%),组件使用寿命不 低于25 ao使用10 a后，光伏组件输出功率应达到标称功率的90%;使用25 a 后，光伏组件输出功率应达到标称功率的80%。如外界温度超过25°c,每功

9、率的 损失近0. 4%,要采取立面架空安装方式，通风条件较好，功率损失较少。2. 3环境影响分析(1) 电磁兼容及干扰。该项冃光伏逆变器经过国家金太阳认证、环境管理体系认 证、职业健康安全认证、欧洲ce/tuv认证以及北美etl认证等一系列认证，可 保证逆变器的电磁发射不超过gb 17799. 32012和gb 17799. 42012规定的发 射限值，避免对周边人群身体健康和电气设备运行造成影响。(2) 噪声污染。光伏组件工作时没有噪音产生，逆变器及配电设备工作时产生的 声音很小，可以忽略不计，因此光伏发电系统工作吋不存在噪音影响问题。(3) 光污染。光伏组件内的电池阵列表面涂覆有减反膜，太

10、阳能吸收率非常高， 同时采用超白玻璃封装，光线透射率非常高。因此，光伏组件对太阳光线以散射 作用为主，不存在眩光现象，不会产生光污染。3光伏建筑一体化的经济性分析为了全面分析光伏发电系统的经济性，从发电量估算、投资回收及其他间接收益 方面进行分析。3.1发电量估算(1) 并网光伏发电系统的总效率。发电量预测需算出并网光伏发电系统的总效 率。并网光伏发电系统的总效率由光伏阵列效率、逆变器效率、交流并网效率3 部分组成。(1) 光伏阵列在能量转换与电量传输中的损失称为光伏阵列效率，包括以下 6个方面:组件匹配损失，对于高效运行的系统，约有3%的损失;不可利用太阳 辐射损失，取2%;组件表面尘埃遮挡

11、损失，取2%;最大功率点跟踪(mppt)精度, 取2%;直流线路损失，按有关标准规定，小于3%;根据气象网站近年的刀平均温 度，利用专业软件可估算环境温度对发电量的影响，计算结果显示由环境因素 造成的发屯量损失为4%。由此得出，n 1=97%x98%x98%x98%x97%x96%85%o(2) 逆变器的交流输出功率与直流输入功率z比称为逆变器的能量转换效率 n2o综合能效，逆变器的效率可达96%。(3) 从逆变器输岀至高压侧电网的传输效率称为交流并网效率ii °相关损失主 要是线损及变压器损失，h 3=96%o因此，总的系统效率 n = n 1 n 2 n 3=85%x 96%x

12、96%=78. 34%o(2) 光伏发电系统年供电量为式中:w并网发电系统装机总量;h年峰值日照小吋数；n光伏电站系统总效率；lh倾斜面年总太阳辐射量；io标准太阳辐射强度。根据光伏组件设计，该项目实际总装机容量为12 mwp,结合广州地区毎月h均 太阳辐射量数据(基于气象数据)、每月实际天数以及转换效率，计算出年均发 电量为1 146.6万k who3.2投资回收分析电池组件、逆变器、支架等产业链中游产品采购成本均已显著下降，其中占总建 设成本近50%的光伏组件成本下降最显著，己由2008年的约30元/w降至低于3 元/w,国际咨询机构预测2017年年底国内制造商出厂价将降至2元/w。3年前

13、 国内大型光伏电站总建设成本约为旷10元/w,如今平均水平在8元/w,成本控 制良好的企业甚至能做到6元/w。根据该项口情况，项口投资成本组成如表1 所示。表1项目投资组成下载原表综上所述，实施建筑屋顶光伏后，项目投资分析及回收期分析如下(2017年10 kv商业用电电价为0. 873 3元/k wh,不计算国家补贴)：年发电量1 146.6万 kwh,年电费1 001.33万元，总投资费用8 898. 1万元，静态投资回收期8. 893. 3其他间接收益(1) 建筑节能收益。光伏组件吸收太阳辐射，可有效降低空调负荷，降低建筑整 体能耗。根据实际项目，彩钢板屋面光伏项目可降低16%的空调能耗。

14、(2) 降低运营成本。展馆屋顶上安装光伏组件可有效保护屋面，延缓老化，延长 屋面的使用寿命，降低展馆的维修成木;光伏发电时段正是展馆用电的峰值时段, 光伏发电投产后可明显降低变压器负荷率，根据负荷情况，可退岀部分变压器， 减少变压器“大马拉小车”的情况。(3) 广告宣传。展馆作为我国对外的重要窗口，可藉此项日打造绿色展馆，进一 步凸显中国会展业的模范作用，增加企业宣传亮点。(4) 提高能源供应保障。近年来，能源供应基木平衡，但广州地区人口密集区域 或迎峰度夏期间还是存在电力供应紧张的情况。建设光伏建筑-体化项目，可以 作为展馆电力供应的补充，且光伏发电时间与用电高峰时段较一致，起到一定 的削峰

15、作用，有效缓解用电紧张时展馆的供电压力，保障展馆的正常运作。(5) 获得额外收益。根据国家最新政策，己并网投产的分布式光伏项目可中请国 家补贴0. 42元/k wh和地方补贴0. 1元/k who项目投资分析及回收期分析如: 年发电量1 146.6万kwh,年电费1 001.33万元，国家补贴596. 23万元，总 投资费用8 898.1万元，静态投资冋收期5. 6 ao4风险管理可行性分析光伏建筑一体化项目属于大型改造项目，具有项目风险的特点，必须对其风险 作出分析。风险策略一般有回避风险、减低风险、接受风险以及转移风险4种。光伏建筑一体化项目可分为设计、开发(实施)、投用(包括调试)阶段，

16、将依 此三个阶段分析整体风险和制定策略等。(1) 设计阶段的风险可行性分析。主要是设计制定和现场情况相脱离的风险。该 项目将在已有建筑物上增加光伏发电设备，需考虑屋面承重、“孤岛效应”对设 备和人员安全存在的重大隐患、并网保护等。因此，可能存在现有建筑物不能满 足设计要求的风险，如与有关专家(设计院、供电局、设备厂家)充分沟通论证, 可保证设计方案与实际情况相一致，因此该风险可消除。(2) 开发(实施)阶段的风险可行性分析。设备安装单位的施工质量直接影响整 个项目的质量控制，因此该风险不可接受，必须在招标文件、合同屮详细列明工 程量清单、相关施工规范以转移风险，并聘请监理公司对施工进度、质量及

17、成本 控制进行监督管理，由安装单位和监理单位负责产品风险。(3) 投用(包括调试)阶段的风险可行性分析。主要是运行、维护、操作过程中 的风险。该项目投运后所提供电力的电能质量在谐波和波形畸变、电压偏差、电 压不平衡度、直流分量、电压波动和闪变等方面需满足国家相关标准及供电局规 定。通过严格控制工程质量，选用优质设备产品以及监控系统，可确保各项指标 符合国家标准，故风险是可以控制的。(4) 方案风险可行性分析。通过上述三个阶段的风险细化分析，依风险的严重性 不同以及是否可转移的特性，通过向施工单位转移或控制来解决风险。对于控制 的风险，则采取适当措施来减少风险。综合分析内容，在现行的条件下，方案

18、风 险是可以控制或转移的，且是可行的。5结语从技术可行性、投资冋报期及风险管理的角度来看，光伏建筑-体化具备以下特 占八、(1) 由于城市的土地资源有限，集中式的电站规模正在萎缩，而更大的建筑载 体，包括屋顶和墙面资源有着更好的应用空间。(2) 可实行就地消纳，不存在弃风限电问题，电能损耗低，所发电量既可供应 场馆负载使用，也可并网送电。(3) 光伏发电系统在日间阳光照射时发电，该时段也是电网负荷高峰期，可起 到削峰作用，舒缓电力紧张问题;分布式光伏项目单个装机容量不超过6mw,对 电网冲击较小，并网压力轻。(4) 光伏组件一般安装在建筑物的屋面及墙的南立面上，可降低墙身及屋面的 热力辐射，减少空调或通风设备的开启。(