我國是世界上人口最多的國家，然而資源卻十分有限。在能源消耗方面，工業、交通運輸、建築業一直是三大能耗大戶，其中建築能耗約佔社會總能耗的30%左右，建築能源消耗逐年遞增，能源供需矛盾日益突出，節能降耗勢在必行。為此，國家和地方相繼出臺了多個政策、法規和文件，要求大幅度提高可再生能源在建築用能中的比例。 樹上鳥教育電氣設計
近年來，太陽能等可再生能源作為取之不盡、用之不竭的新型環保能源，已經在民用建築中得到越來越多的應用。據國家能源局發布的2017年前11個月統計數據，我國的光伏發電總量高達1069億kWh，同比增長了72%，節能減排作用十分明顯。2 光伏發電系統在民用建築應用的可行性分析
本文以某二星級綠色建築設計方案中可再生能源應用論證為例，對光伏發電系統在民用建築中的應用可行性進行技術經濟比較和經濟效益分析。
2.1項目概況及相關政策 樹上鳥教育電氣設計
本項目位於廣西南寧市，為一棟高約185m的超高層寫字樓、商業建築綜合體，地上45層，地下3層，總建築面積約為110500m2，其中地下室建築面積約為22000m2，地下室主要為變電所、水泵房、風機房、中央空調冷凍站等設備用房及車庫，地下車庫停車數量約為500輛，屬Ⅰ類汽車庫，地下三層為平戰結合全埋附建式甲類人防工程。地上建築面積約為88500m2，地上1~5層為商業、會所、物業用房及公共活動空間，6~45層為辦公室。全樓設置中央空調。根據《廣西壯族自治區民用建築節能條例》等文件規定，經論證具備可再生能源利用條件的下列建築應當至少選擇一種可再生能源在建築中規模化（裝機容量不小於50kWp）應用：
a.建築面積1萬m2以上使用中央空調的公共建築和機關辦公建築。b.集中提供熱水的賓館、酒店、醫院、學校建築。c.12層及以下的住宅建築。d.建築面積5萬m2以上的建築群。本項目主要為辦公性質，無熱水需求，故按設置太陽能光伏發電系統考慮。
2.2太陽能資源概況
南寧市屬於亞熱帶季風氣候，氣候溫和，霜少無雪，夏長冬短，雨量充沛。根據《南寧市可再生能源建築一體化應用技術管理規定》第六條可知，南寧市太陽年日照數為1400~2200h，年太陽輻射總量為4190~5016MJ/（m2·a）。一年中以7、8月最高，1、2月最低，屬於第III類資源一般區，具備應用太陽能光伏發電技術的條件。
2.3太陽能光伏發電系統分類簡述
建築太陽能光伏發電系統按系統裝機容量大小可分為小型（<20kWp）、中型（20~100kWp）和大型（>100kWp）系統。一般體量的民用建築中因為屋頂安裝場地有限，多為中小型系統，少數體量較大且屋面面積較大的建築可為大型系統。太陽能光伏發電系統按接入公共電網的方式可分為併網光伏發電系統和獨立光伏發電系統。獨立光伏發電系統為不與公共電網聯結的光伏發電系統，主要用於不在公共電網覆蓋的山區、島嶼等邊遠地區；併網光伏發電系統為與公共電網聯結的光伏發電系統，用於已存在公共電網的區域。併網光伏發電系統與獨立光伏發電系統相比，其優點是可以不配置蓄電池而利用公共電網作為系統的儲能裝置，可減少投資，經濟效益和環保效益明顯。而併網光伏發電系統按允許通過上級變壓器向主電網饋電的方式可分為逆流光伏系統和非逆流光伏系統；按併網光伏發電系統在電網中的併網位置分為集中式併網發電系統和分散式併網發電系統。
2.4太陽能光伏發電系統設置
根據太陽能光伏發電系統不同分類特點，本項目擬採用非逆流分散式併網光伏發電系統。為獲得更多太陽輻照，光伏板應儘量朝南向布置，且周邊不應有遮擋物。根據這個原則，分析屋面各區域布置光伏板的適宜性。本建築有兩個屋面，屋面Ⅰ為商業裙樓5層屋面（23m高），屋面Ⅱ為主樓45層屋面（185m高），均為平屋頂：a.屋面Ⅰ位於主樓投影外的區域面積約為600m2，其東面設置一個面積約200m2的露天咖啡座，西面規劃為綠建需要的屋頂綠化區域，北面布置中央空調室外冷卻塔、風機等設備以及柴油發電機房和裙樓餐飲廚房的排煙設施，屋面Ⅰ僅剩下100m2左右的區域，若布置光伏板，冬季時將被其南面185m高的主樓遮擋，故不考慮在屋面Ⅰ布置光伏板。b.屋面Ⅱ面積約為1900m2，中間核心筒及屋頂水池水泵房的面積約400m2，核心筒高出屋面9m，會對北側屋面造成遮擋，北面已布置了空調多聯機室外機組等設備，故北面不宜布置光伏板，東西向靠北面規劃為綠化休閒花園，核心筒頂部的屋頂水池和電梯機房屋面作為預留直升機停機坪位置，也無法布置光伏板，故考慮在屋面Ⅱ太陽光照射較充裕的南面和部分東西面布置光伏板，其面積（含檢修維護通道）約為750m2。太陽能光伏發電系統優先使用在無自然採光的公共區域（如地下車庫及公共運輸空間）。屋面可布置光伏板的面積有限，無法同時滿足地下室和樓上走道、樓梯間等公共場所的照明用電，由於本項目地下室面積較大，故本光伏發電系統裝機容量僅按地下室照明考慮。照明總計算負荷如表1所示。
採用綜合係數法對裝機容量進行估算。考慮實際輸出的允許偏差，光伏組件溫升、衰減、折舊的影響，光伏組件表面灰塵累積的影響，太陽輻射不均勻性的影響，安裝角度、環境等因素的影響以及適當冗餘容量，係數K1取0.7；同時考慮到本項目屋頂裝飾用玻璃幕牆高度較高（約7m高），透光衰減對光伏板吸收太陽能造成一定的影響，此透光衰減係數K2取0.85，則綜合係數K=0.7×0.85≈0.6，若要提供32.5kW電量，則太陽能光伏系統的裝機容量約為32.5÷0.6≈54kWp。選用0.25kWp/塊多晶矽電池組件（主要產品參數如表2所示），則需要太陽能光伏板的總數量為54÷0.25=216塊，相應的光伏組件總面積約為354m2；擬選用2臺30kWp併網逆變器（主要產品參數如表3所示）。光伏組件及逆變器配置如表4所示。
本光伏發電系統主要由光伏組件、防雷直流匯流配電箱、併網逆變器、併網專用交流開關計量箱、監控系統等組成，系統框架如圖1所示。根據屋面建築布局和系統所需的光伏板總數量，考慮設置2個方陣，每個方陣光伏板數量分別為108塊，分別對應2臺併網逆變器。2個光伏方陣接入防雷匯流箱和直流配電箱後，通過併網逆變器接入併網專用交流開關計量箱，再接入配電房低壓交流母線或地下室車庫照明配電箱併網點供用戶使用。 樹上鳥教育電氣設計屋頂光伏板平面布置圖如圖2所示。
2.5 年發電量估算及經濟效益分析太陽能光伏發電系統年發電量按下式估算：Ep=HA×A×ηi×K式中：Ep———發電量，kWh；HA———太陽能年輻射量，kWh/m2·a；A———屋面安裝光伏組件面積，m2；ηi———組件轉換效率；K———綜合係數。根據GB50797-2012《光伏發電站設計規範》附錄B內容，本地日輻射量為12515kJ/m2，斜面日均輻射量為12734kJ/m2，取斜面日均輻射量作為計算依據，相應年輻射量為12734×365=4647910kJ/m2=4647910×1/3600=1291kWh/m2。本工程光伏組件安裝面積為354m2，光電轉換效率取15%，考慮綜合係數K取0.6，則太陽能光伏發電系統實際年發電量約為1291kWh/m2×354m2×0.15×0.6=4.11萬kWh。電價按0.842元/kWh（工商業用電價格），4.11萬kWh/年×0.842元/kWh=3.46萬元/年，則每年可節約電費3.46萬元。按照目前太陽能光伏發電系統設備的市場價約6元/Wp（含光伏組件、逆變器、直流匯流箱、交流配電櫃、監控系統等），光伏發電系統設備成本為：250Wp×216塊×6元/Wp=32.40萬元，加上20％的系統安裝費及附件費成本：32.40萬元×20％=6.48萬元，則該系統設備、安裝投資約：32.40萬元+6.48萬元=38.88萬元；外加12％的其他費（含設計費、系統集成費、工程管理費、安全措施費、營業稅、增值稅、教育附加費及運維費等）：38.88萬元×12％=4.67萬元。則該系統總成本為：32.40萬元+6.48萬元+4.67萬元=43.55萬元。收回成本需要年限：43.55萬元÷3.46萬元/年=12.6年。光伏發電系統的全壽命周期一般為25年，本系統12.6年可收回成本，經濟效益較高。故設置該系統是合理可行的。2.6可再生能源能耗量、發電量比例估算 樹上鳥教育電氣設計
本建築的辦公、商業部分建築面積為88500m2，其中辦公面積為78500m2，商業面積為10000m2。根據廣西工程建設地方標準DBJ/T45-006-2013《廣西壯族自治區商務辦公建築綜合能耗、電耗定額》及DBJ/T45-008-2013《廣西壯族自治區商場建築綜合能耗、電耗定額》，可估算出本項目可再生能源能耗量比例及可再生能源發電量比例。2.6.1可再生能源佔總能耗量比例估算
（如表5所示）本項目年總能耗量不大於1280.5tce（噸標準煤）。本項目可再生能源（太陽能）年發電量為4.11萬kWh，標準煤折標係數取1.229t/萬kWh，折合標準煤為4.11萬kWh×1.229t/萬kWh=5.05t，則本項目可再生能源（太陽能）所對應的能耗量約佔總能耗量的比例為5.05÷1280.5×100%=0.39%。
2.6.2可再生能源發電量比例估算
（如表6所示）本項目年總用電量不大於1000萬kWh，則本項目可再生能源（太陽能）年發電量約佔總耗電量的比例為4.11÷1000×100%=0.41%。由於超高層建築一般容積率都比較大，佔地面積小，屋面面積也較小，而總建築面積較大，年總耗電量基數也較大，年光伏發電量佔年總耗電量的比例相對較低；而一般多層或小高層建築由於總建築面積較小，年總耗電量基數也較小，年光伏發電量佔年總耗電量的比例相對較高，在綠建評分項中比較容易得分。
3 光伏發電系統設計中的幾個問題分析（以第2章工程項目為例）3.1光伏方陣串並數量設計及光伏系統安全要求根據GB50797-2012《光伏發電站設計規範》公式6.4.2-1、公式6.4.2-2，光伏方陣光伏組件串的串聯數按下列公式計算：
上文第2章工程項目太陽能多晶矽電池組件產品主要參數和併網逆變器產品主要參數如表2、表3所示。相關數據代入公式（1）得N=19.3；相關數據代入公式（2）得15.6≤N≤20.2。應注意需同時滿足上述兩個公式且取整數，故16≤N≤19。所選的光伏板串聯數量應能確保逆變器正常運行，接入同一逆變器的光伏板，其每並（迴路）的串聯數量（電壓）、方陣朝向、傾角宜一致；估算單個逆變器所接的光伏組件串最大並聯數量為80A/7.35≈10。串並數量需進行適當調整，先按上述方法確定串聯數量，然後按單個逆變器所接的光伏板塊數除以串聯數量確定並聯數量，最終確定每個光伏方陣分別為18串6並，具體實施時串並數量應根據組件承包廠家的詳細參數進行調整。光伏方陣接入防雷匯流箱和直流配電箱後，通過併網逆變器接入併網專用交流配電計量箱。超高層建築由於高度較高，為節省電纜投資和減小電纜路徑所佔空間，多臺逆變器配出的電纜迴路宜通過交流配電箱合成一個總迴路，穿金屬線槽沿電氣豎井引至配電房低壓交流母線或地下室車庫照明配電箱併網點供用戶使用。併網逆變器應具備自動運行和停止功能、最大功率跟蹤控制功能和防孤島效應功能及併網保護裝置，併網控制設備應報備當地供電部門並滿足其要求；光伏系統應設置防觸電警示標識，在併網點應設置併網專用開關箱（櫃），並應設置專用標識和「警告」「雙電源」提示性文字和符號。光伏組件和構件的金屬外框應可靠接地。
3.2光伏組件安裝分析
光伏組件朝南布置，採用型鋼支架架空安裝，安裝高度約2~3m。光伏板安裝在2m以上的高度，與緊貼地面安裝方式相比，可防止無關人員踩踏和損壞，且支架下方的空間可以起到通風隔熱的作用，有利於頂層的節能降耗，還可以作為室外遮陰活動場地，最大程度利用空間。但應注意不宜高於女兒牆或屋頂裝飾用外圍結構，以免影響建築外立面美觀，安裝高度太高也不利於日常維護，存在安全風險；光伏板應避免跨越結構變形縫，以防止結構變形位移造成組件脫落、漏電等危險。組件安裝應安全牢固可靠，結構設計需考慮光伏板和支架的重量和風荷載，還應考慮地震的影響，進行抗震設計；光伏組件陣列之間適當預留日常檢修維護保養通道，通道寬度一般至少為0.6m，若方陣規模較大，如多排光伏板組成的方陣，為了避免前排光伏方陣對後排光伏方陣造成遮擋，還需根據光線投影計算通道寬度；日積月累的灰塵將會造成光伏板接收太陽輻照能力減弱，導致發電效率降低，所以光伏板除了保證定期維護清潔保養外，應優先考慮合適的傾角安裝，與水平安裝相比，一定的傾斜角度有利於光伏板獲得更多的太陽能，且有利於藉助雨水自清潔衝刷光伏板表面上累積的灰塵，減少透光衰減，節省人力物力。坡屋頂建築一體化順坡鑲嵌安裝光伏板時，因坡度固定，光伏板安裝角度受限，可能無法按照最佳傾角布置，光伏板接收到的太陽光可能會減少，所以坡屋頂建築需要建築專業配合設計，儘量按照當地緯度±10°來確定屋面坡度。受各種因素影響，實際最佳傾角應根據各地建築具體情況確定，有條件時可採用自動跟蹤型支架系統，可根據太陽入射方向實時跟蹤自動旋轉支架，調節方陣角度以獲取更多的太陽能。鑑於自動跟蹤型系統其投資及佔地面積比傳統固定型系統大，上文案例項目暫不作考慮。 樹上鳥教育電氣設計
4 結語
建築物太陽能光伏發電是我國大力引導發展的清潔可再生能源，只要項目安裝環境適宜，在建築項目中應考慮應用太陽能光伏發電系統。大力發展光伏發電產業，可緩解能源短缺狀況，可減少溫室氣體和汙染物排放，對保護環境，推進生態文明建設，建設資源節約型、環境友好型社會具有重要意義。
樹上鳥教育語錄：學習要加，驕傲要減，機會要乘，懶惰要除。
堅持是一種信仰，專注是一種態度！