工业厂房光伏屋顶构造形态对发电效益的影响

张景鲁

摘要：21世纪以来，我国由于经济发展迅猛，电力需求量每年都在快速增长，太阳能光伏发电由于其清洁、安全、可再生等优点而成为了我国重点建设和扶持的新兴产业。工业厂房中以钢结构厂房居多，钢结构厂房设计之初屋顶预留的荷载余量都比较少，所以一般在安置光伏发电站前需进行加固设计。基于此，本篇文章对工业厂房光伏屋顶构造形态对发电效益的影响进行研究，以供参考。

关键词：工业厂房;光伏屋顶;构造形态;发电效益影响

引言

光伏发电技术指的是在进行目标锁定后，根据目标所在地来实现对电能的就地利用，而且它能通过低电压入户来实现对光伏发电项目的应用，这是当前有效的节约电能方式。同时，该发电系统通常会与建筑物进行结合，也就是当前主要推广的屋顶节能技术，并且在细分的过程中，该技术具有一体化项目的应用效果，因此它的应用能够在节约电能的同时，为各家各户送去电能进行应用，并通过对能源的有效保障来进一步优化电能的应用效率，这样就能减少能源浪费现象。该技术的应用能够有效确保我国可持续发展战略的落实，并且也能为相关企业带来经济效益的提升，有利于促进我国国民经济的增长。

1相关概述

1.1光伏发电项目的效益

（1）在社会效益当中，如果实现光伏发电项目的落实，就能通过屋顶光伏技术的应用来实现各项工作的开展，尤其是在商业时代的发展背景下，该技术能够有效利用空地来实现大规模的推广，所以在进行基本应用的过程中，只要存在着闲置的屋顶就不需要通过专门建设场地来实现设备的应用，因此它十分贴合城市发展运行的特点，并且也能通过大面积的推广应用来满足基本建设的需求。与此同时，该项目整体的建造成本较低，且在实际应用的过程中可以选择的光伏组建类型也较多，这也使得在进行建设应用的过程中，对于城镇的发展而言，只要有较好的入网条件都可以通过此系统的应用来降低电能的消耗。此外，该项目的建设十分便利，这也使得该技术应用后不需要通过人力成本的大量投入来实现值守工作的落实。（2）对于社会环境的保障而言，该项目的建立也能有效确保在进行电能供给时，降低对环境的污染。毕竟，當前所运用的主流发电技术仍以火力发电为主，而这时不仅要消耗煤炭资源，还会导致有毒气体的产生，这对社会环境的发展与运行就会产生不利影响。在进行该项目的建设与应用时，由于该项目不需要通过其他介质来转变电能，只需要直接进行太阳能的转换即可，所以它并不消耗其他自然资源，因此也不产生环境污染问题。

1.2光伏建筑一体化屋面系统

建筑业是中国主要的能源生产部门之一，为了促进我国建筑业的高质量发展，改变建筑能耗模式已成为当务之急。近年来，在能源生产和消费革命以及绿色发展等国家战略的框架内，伴随着光伏和建筑一体化的进行了供应方面的结构改革。现有工业和商业屋顶（包括公共建筑）的总面积约为60亿，上升幅度约为16亿，总面积约为80亿，光伏屋顶潜力巨大。2000年初，以墙应用形式——光电幕墙——启动了光伏建筑示范项目。由于最初的光伏材料没有充分融入建筑物，PV建筑项目主要由光伏材料制造商管理，没有相应的标准，有些项目仅参照地面电厂标准就获得了一定的应用和示范效果然而，由于早期光伏发电成本高，缺乏统一的国家技术标准和认证，大多数项目未能取得预期成果。到2018年底，国内GDP市场累计产能仅为1.1GW，远远落后于光伏发展速度，市场规模不足50亿元，产业仍处于孕育阶段。过去，工业建筑中使用的光电建筑大多是附加的光电建筑模式（bapv：buildingattchedpv），分阶段建造，在安装彩色钢屋顶后在地面上建造，在新的阶段安装装配支架和屋顶上的其他设备随着光伏技术的发展，许多工业建筑现在使用建筑中的集成biv模型和专门设计为建筑材料的集成PV组件来直接取代原来的屋顶。

2前期评估阶段

2.1屋顶光伏发电系统装机容量的测算

屋顶光伏发电系统安装前，应对其装机容量进行测算，测算时既要考虑屋顶中光伏组件的布置，又要考虑当地电网的消纳能力。1）屋顶光伏发电系统的光伏组件布置包括可安装的光伏组件面积和光伏组件的安装倾角。测算可安装的光伏组件面积时应注意去除屋顶中冷却塔、通风竖井、电梯间等的占地面积，并且避免在易产生阴影遮挡的部位布置光伏组件;测算光伏组件的安装倾角时，除了需要考虑当地的太阳能资源情况以外，还应根据周围建筑的宽度、高度和楼间距等参数来计算光伏组件的最佳安装倾角。2）屋顶光伏发电系统的装机容量还应与当地电网的消纳能力相匹配。

2.2光伏发电系统的经济性评估

在前期评估中，还应对屋顶光伏发电系统进行经济性评估。屋顶光伏发电系统的投资包括其自身的投资和建筑结构的加固费用，收益为该屋顶光伏发电系统的发电量。投资方面，屋顶光伏发电系统的投资包括初投资和运行维护费用，对这2项进行投资概算;建筑结构的加固费用应根据建筑的具体情况和屋顶光伏发电系统的荷载情况进行投资概算。收益方面，屋顶光伏发电系统的全年发电量应根据其装机容量和当地的太阳能资源情况进行估算。最终，根据投资与收益的估算结果对该屋顶光伏发电系统的经济性做出评估。

3工业厂房光伏屋顶构造形态对发电效益的影响

图1所示为不同屋顶构造形态厂房光伏系统的月发电量。从图中可以看出，多脊厂房各月份的光伏发电量均为最大，其中8月份发电量最大，达到16629kW h。值得一提的是，平顶厂房的光伏发电量仅在8月份时略大于双坡厂房的月发电量，其他月份的发电量均小于其他类型厂房的。

表1所示为不同屋顶构造形态厂房光伏系统的发电性能。为了便于横向对比各类型光伏系统的性能，以平顶（倾斜式）光伏系统的发电总量作为基准。

从表中可以看出，对于拱顶厂房和双坡厂房，由于两侧倾斜面为东西朝向，屋顶表面的年太阳辐射强度小于最佳倾斜角的年太阳辐射强度4585.99MJ/m2，但是安装面积的增大使得年发电总量分别增加了79.8%和72.9%。多跨厂房和多脊厂房的南坡角度均为26°，因此其南坡表面的年太阳辐射强度可以达到4585.99MJ/m2，而北坡年太阳辐射强度较小，使得整体厂房屋顶表面的年太阳辐射强度减小。由于多脊厂房可安装光伏板的面积最大，因此年发电总量最大，相对于倾斜式光伏系统，年发电总量增大了102.2%。屋脊已存在的阴影遮挡效应使得年平均发电量（每平方米光伏板的年发电总量）比以最佳倾斜角安装的减少12.94%。综上可知，屋顶平铺式光伏系统增加了光伏板的可安装面积，尽管光伏板的年平均发电量有所减小，但是相对于比传统方阵式光伏系统，年发电总量有较大幅度增大，说明光伏一体化厂房设计具有较大的发电潜力。

结束语

总而言之，本文以常见工业厂房作为研究对象，评估多种厂房屋顶构造形式的光伏发电效益，对比屋顶光伏平铺式安装和倾斜方阵式安装的发电效益差异。研究结果表明，工业厂房屋顶构造形态对光伏发电效益的影响具有重要作用，可为相关建筑光伏一体化设计提供重要参考。

参考文献

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