一体化设计中的应用-生态节能楼的太阳能光伏发电系统

1项目概况辽宁省城市建设学校新校区生态节能楼位于沈阳市沈北新区双楼子村。本工程总建筑面积4831.13m2,其中地下建筑面积1553.14m2,地上建筑面积3277.99m2,总建筑高度14.35m。建筑结构形式为钢筋混凝土框架结构。本工程作为生态节能实验楼,一方面考虑节能要求,另一方面从教学示范功能考虑,给学生直观的认识,生态节能楼采用先进的太阳能光伏发电建筑一体化技术作为照明系统的供电电源。2 太阳能光伏发电系统设计2.1 基本数据本生态节能楼利用太阳能供电的照明负荷约为15kW。根据用户提供的本楼使用情况,要求太阳能发电系统能保证每天5小时,3个连阴天正常工作。系统安装地:沈阳 (41.48,123.5),大 楼设计为独立系统,由光伏电池组件,充放电控制器,蓄电池和逆变器组成。2.2 系统设计2.2.1 南立面墙面发电系统大楼南侧墙面的方位角为南偏西10度左右。墙面部分采用第三代柔性非晶硅贴膜,其效率约为6%。南立面墙面安装太阳能光伏发电板的面积约为117m2,由于柔性非晶硅组件可以订做尺寸,墙面利用率设为100%,单位面积(每平方米)发电功率为60W。南立面墙面的装机容量约为7.02kW。2.2.2 玻璃幕墙发电系统按照大楼的设计,玻璃幕墙占据大楼西南和西北两面墙的部分墙面,本工程太阳能发电系统仅使用西南向的玻璃幕墙,玻璃幕墙部分采用50%透明度的单晶硅玻璃幕墙组件,面积为208.27m2。考虑到边角损失,设幕墙利用率为95%。单位面积光伏组件的发电功率为70W。南立面玻璃幕墙装 机 容 量 约 为13.85kW。2.2.3 屋面天窗发电系统本大楼天窗的面积约为210m2。按照大楼的设计方案,其为一不规则的矩形,为达到设计的美观,边角损失部分采用零效片补足。该区域也采用透光率为50%的单晶硅组 件 ,单 位 面 积 光 伏 组 件 的 发 电 功 率 为70W,设天窗利用率为90%。天窗部分太阳能安装容量约为13.23kW。2.2.4 总体发电效果本大楼的太阳能发电系统总装机容量约为34.1kW,可以满足本楼照明负荷用电要求。墙面太阳能电池组件安装不影响采光,玻璃幕墙太阳能电池组件的安装对采光也影响不大,天窗太阳能电池组件安装使天窗透光率减半,对本大楼使用影响不大。根据沈阳地区的平均日照时数和辐射量计算容量:南立面墙面倾角为90°,峰值日照小时数为3小时,取系统效率为80%,计算得出平均日发电量为7.02-3-80%=16.85kWh,年发电量为6150kWh。南立面玻璃幕墙倾斜角为90°,峰值日照时数也为3小时,取系统效率为80%,计算得出平均日发电量为13.85-3-80%=33.24kWh,年发电量为12133kWh。天窗建筑设计时有一定的倾斜角度。峰值日照小时数为3.5小时,取系统效率为80%,计算得出平均日发电量为13.23-3.5-80%=37.04kWh,年发电量为13520kWh。按照本工程照明负荷要求:15kW负载每天工作5h,独立系统需持续3个连阴天正常工作。每天需要的用电量为75kWh,南立面墙面和玻璃幕墙以及屋顶天窗的日总发电量为87.13kWh,可以满足负载的需要。2.3 结语本生态节能实验楼作为太阳能光伏建筑一体化工程,不仅为大楼使用单位节约部分电能和电费(预计每年节约电能27375kWh,节约电费约2.3万元),而且为教学示范起到重要作用,对学生直观认识太阳能光伏发电系统,体验太阳能光伏建筑一体化的内涵和意义作用重大,也必将为推动太阳能光伏建筑一体化事业的发展起到非常积极的作用。本工程符合国家节能减排的重要政策,且可以申报国家建设部及财政部光伏建筑一体化补贴资金,补贴额度可达到本项目总光电系统投资额的一半,这也大大增加了本工程的操作性。综上,本工程是一项利国、利民、利校的工程,也必将成为沈阳市利用太阳能光伏建筑一体化的示范工程。