摘要 合肥属于太阳能资源III类地区，选取该地区某绿色建筑二星级商业办公楼为例，从可再生能源角度分析太阳能光伏发电系统应用于绿色建筑的设计方法和设计内容，并计算其所带来的环
摘要:合肥属于太阳能资源III类地区，选取该地区某绿色建筑二星级商业办公楼为例，从可再生能源角度分析太阳能光伏发电系统应用于绿色建筑的设计方法和设计内容，并计算其所带来的环境效益、经济效益及成本回收期，为太阳能光伏发电技术在建筑领域上的应用提供了一定的参考价值。
关键词:太阳能;光伏发电;实际应用
1项目基本情况
研究对象为一栋商业办公楼，位于安徽省合肥市，属于新建公共建筑，已申报绿色建筑二星级设计标识。建设用地面积为17000m2，地上总建筑面积为860000m2，共计4栋高层商业办公楼。商业办公楼一层至二层为商铺，三层及以上为办公楼。依据《合肥市促进建筑节能发展若干规定》(市政府令第160号)及《关于加强新建民用建筑设计方案建筑节能管理工作的通知》(合规[2014]129号)规定，该项目应至少利用1种可再生能源。
综合考虑各方案利弊、项目现有条件及成本因素，最终选择太阳能光伏系统作为该项目的可再生能源应用形式。
2合肥市太阳能资源
参考《合肥市建筑热环境分析专用太阳能气象数据分析报告》，合肥市日照条件较为充足，太阳能资源相对比较丰富，多年平均日照数在2100h左右，日照百分率为48%。夏末8月是日照时数最多的月份，多年平均为247.6h，日照百分率为60%;早春2月是日照时数最少的月份，多年平均为135h，日照百分率为40%左右;3月气旋活动频繁，云系增多，是日照百分率最低的月份。年太阳辐射总量平均为4444.91MJ/m2，最高年份达5000MJ/m2，少数年份低于4200MJ/m2。
3太阳能光伏系统应用设计
该项目拟采用光伏发电系统，提供走廊及地下室照明电能。光伏发电系统的设计要本着合理性、实用性、高可靠性和高性价比(低成本)的原则，做到既能保证光伏系统的长期可靠运行，充分满足负载的用电需要，同时又能使系统的配置最合理、最经济。特别是确定使用最少的太阳能电池组件功率，协调整个系统工作的最大可靠性和系统成本之间的关系，在满足需要保证质量的前提下节省投资，达到最好的经济效益。
3.1光伏系统安装位置的确定
4栋商业办公楼屋顶多处挑空，南侧有可使用空间，故考虑将光伏组件设于屋顶南侧上人屋面，架高设置，保证光伏组件不受遮挡，如图1所示。
3.2光伏系统装机容量的确定
该项目拟采用的光伏组件技术参数如表2所示。依据《民用建筑太阳能光伏系统应用技术规范》JGJ203-2010的要求，为保证前排光伏组件在冬至日9:00～15:00(太阳时，方位正南北向)不遮挡后排的光伏组件，该项目采用Ecotect软件(由Autodesk公司研制的可持续建筑设计及分析工具。)对光伏组件进行遮挡分析，光伏组件的最佳间距为1400mm。
该工程安装光伏组件320块(每60块为1组)，分布于商业办公楼南侧屋面，光伏组件面积合计为523.76m2，安装功率300.8kW。系统发出直流电能通过输配电网络输送到地下室配电房，再通过逆变器将直流电转化为380V的交流电，全部并入变压器负载端，不上传到电网。
3.3光伏发电应用场所
太阳能光伏发电可以作为常规能源的补充，在特殊应用领域(如通信、信号电源)、边远地区民用生活、环境保护及能源战略等方面都具有重大的意义。但是太阳能光伏发电存在能量密度低、稳定性差的缺点，因此太阳能光伏发电产生的电能不能应用于该项目的一、二级负荷，主要应用于三级负荷，例如办公室内照明、地下室照明、走道楼梯间照明，以及普通插座用电等。
3.4光伏年发电量计算
En=Q·Ac·η1·η2
式中，En为光伏系统年发电量;Q为纬度倾角平面年总辐照量，取1205.94kWh/m2(数据取自《合肥市典型气象年太阳辐射评价报告》);Ac为光伏发电板面积，取523.76m2;η1为光电转换效率，取15%;η2为综合发电效率，取80%。
则年总发电量为
En=1205.94×523.76×15%×80%=77097.19kWh。
3.5常规能源替代量计算
Qtd=D·En(2)式中，Qtd为太阳能光伏系统的年常规能源替代量，kg标准煤;D为每度电折合所耗标准煤量，根据上年火电耗煤水平确定，没有相关数据时取D=0.36kg/kWh;En为太阳能光伏系统年发电量，kWh。则常规能源替代量为Qtd=75795.68×0.36=27287.16kg。
3.6环境效益分析
1)CO2减排量Qrco2应按下式计算:
Qrco2=Qtr·Vco2(3)式中，Qrco2为CO2减排量，单位为kg;Qtr为太阳能光伏系统年常规能源替代量，取27287.16kg;Vco2为标准煤的CO2排放因子，取2.47kg/kgce。则CO2减排量为Qrco2=27287.16×2.47=67.40t/年。
2)SO2减排量Qrso2应按下式计算:
Qrso2=Qtr·Vso2(4)式中，Qrso2为SO2减排量，单位为kg;Qtr为太阳能光伏系统年常规能源替代量，取27287.16kg;Vso2为标准煤的SO2排放因子，取0.02kg/kg。则SO2减排量为Qrso2=27287.16×0.02=0.55t/年。
3)粉尘减排量Qrfc应按下式计算:
Qrfc=Qtr·Vfc(5)式中，Qrfc为粉尘减排量，单位为kg;Qtr为太阳能光伏系统年常规能源替代量，取27287.16kg;Vfc为标准煤的粉尘排放因子，取0.01kg/kg。则粉尘减排量为Qrfc=27287.16×0.01=0.27t/年。经计算，该项目采用太阳能光伏系统后，可使CO2的年减排量达到67.44t，SO2的年减排量达到0.56t，粉尘的年减排量达到0.27t。
3.7经济效益分析
该项目太阳能电池板总安装功率为300.8W，年总发电量为77097.19kW·h。目前，光伏组件的价格为5.4～7.0元/W，逆变和输配电的价格约1.8～2.0元/W，电气设备及电缆的价格约为1.33元/W，支架及基础的价格约为0.5～0.8元/W，该项目太阳能光伏发电系统总投资如表3所示。
太阳能电池板第1年内功率的衰减<5%，取3%;使用10年输出功率下降不超过使用前的10%，取7.5%;太阳能电池板使用25年输出功率下降不超过使用前的20%，取15%。则按照系统第一年衰减3%，之后每年衰减的百分比相同，均按0.5%计算。电价按1.4元/(kW·h)，通货膨胀率按照0.4%计算，11年可收回投资。目前，太阳能光伏发电的投资回收期不可控，主要依靠国家相关产业政策扶持和刺激。但随着太阳能光伏发电效率的不断提高和电站系统建设成本的不断下降，自主型投资资本会加速进入建筑光伏发电领域，推动屋顶电站的广泛应用。
4结论
随着政府大力倡导绿色建筑，太阳能光伏技术作为重要的绿色建筑技术手段，在我国建筑设计中得到了大力的推广应用。通过案例的分析结果可知，利用光伏发电系统代替传统能源，可以有效地减少各种污染物的排放，但是成本回收期较长，一般在10年以上。由于商业办公类建筑在房地产销售市场上竞争力较弱，运用绿色建筑技术会相应增加其增量成本，从而进一步提高了建设成本，降低了建设单位使用光伏发电系统的意愿。现阶段应进一步提高政府鼓励政策，对使用光伏发电系统的建设单位给予政策奖励。同时鼓励太阳能光伏研发及制造单位生产出低成本高效率的产品，降太阳能光伏发电系统的前期投入成本，缩短投资回收期。
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