光伏建設(shè)計劃項目建設(shè)的必要性和意義

1、光伏發(fā)電項目建設(shè)的必要性和意義中國的環(huán)境現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢大規(guī)模、無節(jié)制地開發(fā)利用化石燃料不僅加速了這些寶貴資源的枯 竭，而且造成日益嚴(yán)重的環(huán)境問題。過度的排放日益引起全球關(guān)注，解決 這些問題已不再是各國自身的事情，控制和減少排放已經(jīng)成為全球各國 的目標(biāo)和義務(wù)，責(zé)任的分擔(dān)已經(jīng)成為各國政府討價還價的政治問題。隨 著全球能耗的快速增長，環(huán)境將進(jìn)一步惡化，減排的紛爭將更加激烈。我國目前的能源將近 70%70%由煤炭供給，這種過度依賴化石燃料的能 源結(jié)構(gòu)已經(jīng)造成了很大的環(huán)境、經(jīng)濟(jì)和社會負(fù)面影響。大量的煤炭開采、 運(yùn)輸和燃燒，對我國的環(huán)境已經(jīng)造成了極大的破壞。初步估算煤炭發(fā)電 造成的污染的經(jīng)濟(jì)損失以及由此引

2、致的環(huán)境污染治理成本高達(dá) 16061606 億 元。大力開發(fā)利用可再生能源是保證我國能源供應(yīng)安全和可持續(xù)發(fā)展的 必然選擇。我們的環(huán)境狀況已經(jīng)警示我國所能擁有的排放空間已經(jīng)十分有限了，再 不加大清潔能源和可再生能源的份額，我國的經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展就將被迫 減速。2.2 開發(fā)利用太陽能資源符合能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展方向我國是世界上最大的煤炭生產(chǎn)和消費國，能源將近 76%76%由煤炭供給， 這種過度依賴化石燃料的能源結(jié)構(gòu)已經(jīng)造成了很大的環(huán)境、經(jīng)濟(jì)和社會 負(fù)面影響。大量的煤炭開采、運(yùn)輸和燃燒，對我國的環(huán)境已經(jīng)造成了極 大的破壞。大力開發(fā)太陽能、風(fēng)能、生物質(zhì)能等可再生能源利用技術(shù)是 保證我國能源供應(yīng)安全和可持續(xù)發(fā)展的

3、必然選擇我國在能源領(lǐng)域?qū)嵭械墓ぷ髦攸c和主要任務(wù)是首先加快能源結(jié)構(gòu) 調(diào)整步伐，努力提高清潔能源開發(fā)生產(chǎn)能力。以太陽能發(fā)電、風(fēng)力發(fā)電、 太陽能熱水器、大型沼氣工程為重點，加快可再生能源的開發(fā)。要使光伏發(fā)電成為戰(zhàn)略替代能源電力技術(shù)，必須搞大型并網(wǎng)光伏發(fā) 電系統(tǒng)，而這個技術(shù)已經(jīng)實踐證明是切實可行的。2.3 開發(fā)利用可再生能源是必由之路面對我國能耗高速增長的形勢，考慮到我國探明的煤炭資源、石油 資源、天然氣資源將在未來的不同年限中用盡枯竭；因此從現(xiàn)在開始必 須加速開發(fā)新能源和可再生能源以取代日益減少的化石能源，做到未雨 綢繆。由于經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅猛，中國在 20012001 年以后，電力需求以每年超過 20

4、20% 的速度增長，20032003 年全國出現(xiàn)電力供應(yīng)嚴(yán)重不足的現(xiàn)象，20042004 年缺電形 勢更加緊張，2424 個省拉閘限電，電力供應(yīng)的緊張情況在今后若干年內(nèi)不 會緩解。根據(jù)中國電力科學(xué)院預(yù)測，我國電力供應(yīng)缺口 20102010 年約為 37GV37GV, 2022020 0年預(yù)計為 102G102G。按照目前的經(jīng)濟(jì)發(fā)展趨勢和中國的資源情況,2010,2010 年和 2022020 0年的電力供應(yīng)單靠傳統(tǒng)的煤、水、核是不夠的，缺口只能由可 再生能源發(fā)電來填補(bǔ)。2.4 國家光伏政策近年來國家在大力發(fā)展新能源方面給出很多支持政策，僅光伏事業(yè)的發(fā) 展就出臺了如下政策：中華人民共和國可再生能

5、源法關(guān)于加快推進(jìn)太陽能光電建筑應(yīng)用的實施意見 財建20091282009128 號關(guān)于組織申報 20102010 年太陽能光電建筑應(yīng)用示范項目的通知財辦建201029201029 號關(guān)于組織實施太陽能光電建筑應(yīng)用一體化示范的通知財辦建2011920119 號關(guān)于實施金太陽示范工程的通知財建,2009?397,2009?397 號關(guān)于做好 20102010 年金太陽集中應(yīng)用示范工作的通知財建20109232010923 號關(guān)于做好 20112011 年金太陽示范工作的通知財建20113802011380 號國家發(fā)展改革委關(guān)于完善 太陽能光伏發(fā)電上網(wǎng)電價政策的通知各省市自治區(qū)還相應(yīng)出臺了各自的光伏

6、發(fā)展規(guī)劃和光伏政策。這些政策表示出國家對發(fā)展可再生能源，發(fā)展光伏發(fā)電事業(yè)，促進(jìn) 節(jié)能減排的重視，并大大推動了光伏事業(yè)的發(fā)展2.5 項目建設(shè)的意義2.5.12.5.1 光伏行業(yè)發(fā)展前景誘人按照各國的可再生能源發(fā)展計劃推算，20102010 年-2040-2040 年，光伏行業(yè) 的復(fù)合增長率將 25%25%可預(yù)見的高速增長將持續(xù) 4040 年以上?？稍偕茉?法的實施以及配套的政策支持，我國光伏行業(yè)將迎來一個新的發(fā)展機(jī)會。2.5.22.5.2 調(diào)整并優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)隨著 20002000 年 9 9 月 1 1 日開始實施中華人民共和國大氣污染防治 法，對新建、擴(kuò)建火電廠的污染物排放標(biāo)準(zhǔn)或總量控制的力

7、度逐步加 大，新建和改建火電廠成本將大大增加，必將制約火力發(fā)電的建設(shè)和發(fā) 展。因此，積極開發(fā)利用可再生能源，替代部分煤電，適當(dāng)減輕能源對 外依靠的壓力，對改善電源結(jié)構(gòu)和走能源可持續(xù)發(fā)展的道路是十分必要 的。2.5.32.5.3 保護(hù)環(huán)境，減少溫室氣體排放煤電電力系統(tǒng)，燃煤產(chǎn)生大量的廢棄和煙塵，會對環(huán)境和生態(tài)造成 不利的影響。為提高環(huán)境質(zhì)量，在對煤電進(jìn)行改造和減排的同時，積極 開發(fā)利用太陽能等清潔可再生能源是十分必要的。太陽能發(fā)電以其所特 有的無污染、無常規(guī)自然資源投入、可再生性、可持續(xù)性等特點，必將 對當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)的可持續(xù)性發(fā)展發(fā)揮積極的促進(jìn)作用。2.5.42.5.4 開拓經(jīng)濟(jì)增長領(lǐng)域開發(fā)和利用太

8、陽能資源，基于當(dāng)?shù)刭Y源條件進(jìn)行綜合利用，對促進(jìn) 當(dāng)?shù)氐慕?jīng)濟(jì)發(fā)展也具有重要的意義。快速發(fā)展的光伏產(chǎn)業(yè)是一個經(jīng)濟(jì)增 長領(lǐng)域。目前國際上太陽能光伏發(fā)電、風(fēng)力發(fā)電的年增長速度達(dá) 30%30%以上。發(fā)展光伏產(chǎn)業(yè)可以拉動其他一些行業(yè)的經(jīng)濟(jì)增長。2.5.52.5.5 項目實施的示范意義通過項目的實施，將建立太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)與建筑結(jié)合的示范工 程，研究新能源利用的經(jīng)營管理創(chuàng)新。為我國太陽能光伏發(fā)電利用技術(shù) 特別是在城市中的綜合應(yīng)用創(chuàng)立示范，將向人們展示太陽能光伏發(fā)電在城市推廣利用的最佳形式一一光伏與建筑一體化。另外還可充分展示延 安市太陽能技術(shù)的水平，也能從中發(fā)現(xiàn)差距，為大規(guī)模利用太陽能資源積 累實際經(jīng)驗和

9、技術(shù)數(shù)據(jù)，這對我國太陽能應(yīng)用技術(shù)的發(fā)展是非常重要的。第三章光伏發(fā)電與建筑結(jié)合的可實現(xiàn)性3.1 與建筑結(jié)合的光伏發(fā)電簡介BIPVBIPV 系統(tǒng)即“光伏發(fā)電與建筑物集成化” (Buildi(Buildi ngng inin tegratedtegrated/attached/attached photovoltaic)photovoltaic) ， BIPVBIPV 提出了 “建筑物產(chǎn)生能源”的新概 念，即通過建筑物，主要是屋頂和墻面與光伏發(fā)電集成起來，使建筑 物自身利用綠色、環(huán)保的太陽能資源生產(chǎn)電力。光伏建筑一體化技術(shù)豐富多彩，歸納起來，不外兩大技術(shù)路線： 一種是BAPVBAPV( Buildi

10、Buildi ngng AttachedAttached PhotovoltaicPhotovoltaic )， 又稱“后裝式光 伏建筑一體化”。它的特點，是在建筑屋面、墻面、玻璃窗等原有構(gòu)件 外，加裝光伏發(fā)電系統(tǒng)。另一種是 BIPVBIPV(BuildingBuilding IntegratedIntegrated PhotoVoltaicPhotoVoltaic )，又稱“預(yù) 裝式光伏建筑一體化”。它的最大特點，是將太陽能電池與瓦、磚、卷材、 玻璃等建筑材料復(fù)合在一起，成為不可分割的建筑構(gòu)件，如“光伏瓦”、 “光伏磚”、光伏幕墻、光電屋面、光電雨蓬、光電遮陽板、光電欄桿版 等。建筑與光伏系

11、統(tǒng)相結(jié)合，把封裝好的的光伏組件安裝在居民住宅 或建筑物的屋頂上，再與逆變器、蓄電池、控制器、負(fù)載等裝 置組成 一個發(fā)電系統(tǒng)。建筑與光伏的進(jìn)一步結(jié)合是將光伏器件與建筑材料集成化。一般 的建筑物外圍護(hù)表面采用涂料、裝飾瓷磚或幕墻玻璃，目的是為了保 護(hù)和裝飾建筑物。建筑與光伏的進(jìn)一步結(jié)合是將光伏器件與建筑材料 集成一體，用光伏組件代替屋頂、窗戶和外墻，形成光伏與建筑材料 集成產(chǎn)品，既可以當(dāng)建材，又能利用綠色太陽能資源發(fā)電， 可謂兩全 其美， 而且可以降低 BIPVBIPV 系統(tǒng)造價。對于框架結(jié)構(gòu)的建筑物，可把其 整個圍護(hù)結(jié)構(gòu)做成光伏陣列，選擇適當(dāng)光伏組件，既可吸收太陽直射 光，也可吸收太陽反射光。目

12、前已經(jīng)研制出大尺度的彩色光伏模塊， 可以實現(xiàn)以上目的，還可使建筑外觀更具魅力。用光伏器件代替部分 建材，在將來隨著應(yīng)用面的擴(kuò)大，光伏組件的生產(chǎn)規(guī)模也隨之增大， 則可從規(guī)模效益上降低光伏組件的成本，有利于光伏產(chǎn)品的推廣應(yīng)用。總之，光伏建筑一體化（BIPVBIPV）體現(xiàn)了創(chuàng)新的建筑設(shè)計理念和 高科技含量，它不僅開辟了光伏技術(shù)應(yīng)用于建筑領(lǐng)域的新天地，而且 拉動了光伏技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展及在城市的大規(guī)模應(yīng)用，因而具有非常 廣闊的市場前景。3.2 光伏建筑一體化的形式與特點光伏與建筑相結(jié)合的形式主要包括與屋頂相結(jié)合，與墻面相結(jié)合， 與遮陽裝置相結(jié)合等方式。 太陽能光電照明可大大節(jié)約能源。 每年節(jié)約 標(biāo)煤 8

13、080 噸。3.2.13.2.1 光伏與屋頂相結(jié)合建筑物屋頂作為吸收太陽光部件有其特有的優(yōu)勢，日照條件好， 不易受遮擋，可以充分接受太陽輻射，系統(tǒng)可以緊貼屋頂結(jié)構(gòu)安裝， 減少風(fēng)力的不利影響，并且，太陽電池組件可替代保溫隔熱層遮擋屋 面。此外與屋面一體化的大面積太陽電池組件由于綜合使用材料，不 但節(jié)約了成本，單位面積上的太陽能轉(zhuǎn)換設(shè)施的價格也可以大大降低， 有效的利用了屋面不再局限于坡屋頂，利用光電材料將建筑屋面做成 的弧形和球形可以吸收更多的太陽能。與屋頂相結(jié)合的另外一種光伏系統(tǒng)：太陽能瓦。太陽能瓦是太陽 能光電池與屋頂瓦板結(jié)合形成一體化的產(chǎn)品，這一材料的創(chuàng)新之處在 于使太陽能與建筑達(dá)到真正意

14、義上的一體化，該系統(tǒng)直接鋪在屋面上， 不需要在屋頂上安裝支架，太陽能瓦由光電模塊的形狀、尺寸、鋪裝 時的構(gòu)造方法都與平板式的大片屋面瓦一樣。322322 光伏與墻相結(jié)合對于多、高層建筑來說，外墻是與太陽光接觸面積最大的外表面。為了合理的利用墻面收集太陽能可采用各種墻體構(gòu)造和材料，包括與 太陽電池一體化的玻璃幕墻、透明絕熱材料以及附加與墻面的集熱器等等。此外，太陽能光電玻璃也可以作為建筑物的外圍護(hù)構(gòu)件，太陽能光 電玻璃將光電技術(shù)融入玻璃，突破了傳統(tǒng)玻璃幕墻單一的圍護(hù)功能，把 以前被當(dāng)作有害因素而屏蔽在建筑物表面的太陽光，轉(zhuǎn)化為能被人們 利用的電能，同時這種復(fù)合材料不多占用建筑面積，而且優(yōu)美的外觀

15、 具有特殊的裝飾效果，更賦予建筑物鮮明的現(xiàn)代科技和時代特色。3.2.33.2.3 與遮陽裝置的一體化設(shè)計將太陽能電池組件與遮陽裝置構(gòu)成多功能建筑構(gòu)件，一物多用， 既可有效的利用空間，又可以提供能源，在美學(xué)與功能兩方面都達(dá)到 了完美的統(tǒng)一，如停車棚等。324324 與其它光伏建筑構(gòu)件一體化設(shè)計光伏發(fā)電系統(tǒng)還可與景觀小品，如路燈、圍欄等相組合構(gòu)成一體 化設(shè)計。此外，雙面發(fā)電太陽能圍欄，雙面發(fā)電技術(shù)采用了正反兩面都可以捕捉光線的“ PNPN 結(jié)”結(jié)構(gòu)，有效提高了電池的輸出功率， 這種電池與傳統(tǒng)電池的最大不同點就是在于它完全突破了太陽電池使 用空間和安裝區(qū)域的限制，可以不必考慮太陽運(yùn)動對電池發(fā)電量的影

16、 響，很好地解決了在有限的空間保證功率需求的問題?？傊夥l(fā)電系統(tǒng)和建筑是兩個獨立的系統(tǒng)，將這兩個系統(tǒng)相結(jié) 合，所涉及的方面很多，要發(fā)展光伏與建筑集成化系統(tǒng)，并不是光伏 制作者能獨立勝任的，必須與建筑材料、建筑設(shè)計、建筑施工等相關(guān) 方面緊密配合。光伏并網(wǎng)發(fā)電和建筑一體化的發(fā)展，標(biāo)志著光伏發(fā)電由邊遠(yuǎn)地區(qū) 向城市過渡，由補(bǔ)充能源向替代能源過渡，人類社會向可持續(xù)發(fā)展的 能源體系過渡。太陽能光伏發(fā)電將作為最具可持續(xù)發(fā)展理想特征的能 源技術(shù)進(jìn)入能源結(jié)構(gòu)，其比例將愈來愈大，并成為能源主體構(gòu)成之一。3.3 太陽能建筑的技術(shù)途徑及優(yōu)點分析我國研究可再生能源與建筑集成技術(shù)剛起步。如 20042004 年完成的

17、國 家科技部超低能耗辦公樓，20052005 年完成的北京平谷區(qū)太陽能采暖新民 居，20062006 年完成的清華大學(xué)節(jié)能樓等?？稍偕茉磁c建筑集成技術(shù)是 建筑中難度較大的高端技術(shù)，有些技術(shù)在發(fā)達(dá)國家也僅處于實驗階段， 并未實現(xiàn)規(guī)模化、工程化應(yīng)用，高效利用太陽能和其他可再生能源依 然是可再生能源與建筑集成技術(shù)的關(guān)鍵。331331 采用光伏建筑一體化的優(yōu)勢可以有效地利用太陽能，滿足部分建筑用能的需求，且總量巨大， 減少常規(guī)能源的消耗，緩解能源的供需矛盾，是建筑節(jié)能的重要途 徑。我國太陽能資源豐富，太陽能與建筑一體化為太陽能利用產(chǎn)業(yè)的 發(fā)展，開辟了廣闊的應(yīng)用前景。建筑的使用功能與太陽能設(shè)施有機(jī)結(jié)合

18、，形成多功能的建筑構(gòu)件 巧妙高效地利用建筑空間。 形成統(tǒng)一協(xié)調(diào)的建筑形式。太陽能設(shè)施構(gòu) 件化和建筑融合為一體，協(xié)調(diào)和諧，構(gòu)造合理，形成完整統(tǒng)一的建筑 外觀。聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)光伏陣列一般安裝在閑 置的屋頂或墻面上，無需額外用 地或增建其他設(shè)施，適用于人口密集的地方使用。這對于土地昂貴的 城市建筑尤其重要。可原地發(fā)電、原地用電，在一定距離范圍內(nèi)可以節(jié)省電站送電網(wǎng) 的投資。對于聯(lián)網(wǎng)戶用系統(tǒng)，光伏陣列所發(fā)電力既可供給本建筑物負(fù) 載使用，也可送入電網(wǎng)。在陰雨天、夜晚或光強(qiáng)很小的時候，負(fù)載可 由電網(wǎng)供電。由于有光伏陣列和公共電網(wǎng)共同給負(fù)載供應(yīng)電力，增加 了供電的可靠性。夏季，處于日照時，由于大量制冷設(shè)備的使用，形

19、成電網(wǎng)用電高 峰。而這時也是光伏陣列發(fā)電最多的時候。BIPVBIPV 系統(tǒng)除保證自身建筑 用電外，還可以向電網(wǎng)供電，從而緩解高峰電力需求。由于光伏陣列 安裝在屋頂和墻壁等外圍護(hù)結(jié)構(gòu)上，吸收太陽能，轉(zhuǎn)化為電能，大大 降低了室外綜合溫度，減少了墻體得熱和室內(nèi)空調(diào)冷負(fù)荷，既節(jié)省了 能源，又利于保證室內(nèi)的空氣品質(zhì)。避免了由于使用一般化石燃料發(fā)電所導(dǎo)致的空氣污染和廢渣污 染，這對于環(huán)保要求嚴(yán)格的今天與未來更為重要。由于光伏電池的組 件化，光伏陣列安裝起來很簡便，而且可以任意選擇發(fā)電容量。在建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)上安裝光伏陣列，可以促進(jìn) PVPV 部件的大規(guī)模生 產(chǎn)，從而能夠進(jìn)一步降低 PVPV 部件的市場價格，這

20、對于 BIPVBIPV 系統(tǒng)的廣 泛應(yīng)用有著極大的推動作用。332332 采用光伏建筑一體化系統(tǒng)，目前也存在一些問題占用較大的面積，具有間歇性，白天可以應(yīng)用太陽能，晚上就不 能發(fā)電，可再生能源與建筑集成技術(shù)是建筑中難度較大的高端技術(shù)， 有些技術(shù)在發(fā)達(dá)國家也僅處于實驗階段，并未實現(xiàn)規(guī)?；⒐こ袒瘧?yīng) 用，高效利用太陽能和其他可再生能源依然是可再生能源與建筑集成 技術(shù)的關(guān)鍵。目前太陽能發(fā)電成本遠(yuǎn)高于火力發(fā)電成本，為常規(guī)發(fā)電的 2-52-5 倍。 太陽電池成本盡管每年降低，但是與常規(guī)能源相比價格還是很高，初 始投資大。但是，隨著科技的進(jìn)步和硅片的大量生產(chǎn)，這些缺點將會 逐步克服。3.4 太陽能光伏建筑

21、一體化的研究進(jìn)展太陽能光伏發(fā)電在城市推廣利用的最佳形式就是與公共電網(wǎng)并網(wǎng) 并且與建筑結(jié)合：即光伏建筑一體化。至今為止，光伏發(fā)電經(jīng)歷了漫 長的發(fā)展過程：從天上到地面：主要是 19731973 年第一次石油危機(jī)，太陽 電池從主要作為空間電源向地面應(yīng)用發(fā)展；從獨立系統(tǒng)到并網(wǎng)發(fā)電系 統(tǒng)：從環(huán)保角度出發(fā)，由于少用或不用化學(xué)蓄電池，并網(wǎng)光伏發(fā)電系 統(tǒng)比離網(wǎng)的獨立光伏系統(tǒng)更科學(xué)、對環(huán)境更友好；從屋頂系統(tǒng)到與光 伏建筑一體化，從單純的將光伏組件安裝在屋頂上發(fā)展成為太陽能電 池組件作為建筑材料的一部分。光伏發(fā)電系統(tǒng)與建筑結(jié)合的早期形式主要就是所謂的“屋頂計 劃”，這是德國率先提出的方案和進(jìn)行具體實施的。光伏發(fā)電

22、系統(tǒng)的最 核心的部件就是太陽能電池組件，而太陽電池組件通常是一個平板狀 結(jié)構(gòu)，經(jīng)過特殊設(shè)計和加工完全滿足建筑材料的基本要求，因此，光 伏發(fā)電系統(tǒng)與一般的建筑結(jié)合，即通常簡稱的光伏建筑一體化應(yīng)該是 太陽能利用的最佳形式。對于光伏建筑一體化的發(fā)展，德國首先是進(jìn)行示范，然后逐步推 廣。德國和日本的發(fā)展經(jīng)驗證明，在城市中發(fā)展光伏并網(wǎng)發(fā)電的效果 是很好的，特別是光伏與建筑結(jié)合，可降低系統(tǒng)成本，同時也不占用 土地，而且可減少二氧化碳排放，這表明在城市中發(fā)展光伏建筑是很 有價值的。國外的光伏建筑發(fā)展是從示范到推廣，從屋頂光伏到與建筑集成， 進(jìn)而將光伏組件作為一種新型的建筑材料發(fā)展。目前，太陽能電池組 件功率

23、為200M300200M300 W W,有向更大尺寸發(fā)展的趨勢，作為光伏建筑材 料主要是作為光伏屋面和光伏幕墻，而這必須要按建筑的特點與形式 特殊設(shè)計制造。從發(fā)展來看，光伏建筑在太陽能建筑中魅力無窮，一 些設(shè)計師將太陽能電池巧妙地、有機(jī)地與各類建筑融為一體。從國外的光伏建筑工程可發(fā)現(xiàn)一些特點：一是盡量滿足最佳朝向 和角度（如屋頂或向南墻面），以得到最大的發(fā)電收益；二是盡可能展 示或突出太陽電池，為了具有觀賞性甚至有些夸張的設(shè)計。我國光伏發(fā) 電系統(tǒng)的發(fā)展水平總體處于示范起步階段。目前國家和地方政府也在 開展城市太陽能光伏并網(wǎng)發(fā)電示范和逐步推廣利用的一些項目。德國 和日本主要發(fā)展并網(wǎng)光伏發(fā)電和光伏建筑集成技術(shù)，我們應(yīng)該從中學(xué) 習(xí)并借鑒發(fā)展經(jīng)驗。我國的香港、深圳等城市也在公共建筑上安裝光 伏發(fā)電示范系統(tǒng)，如香港科技園、深圳園博會等。3.5 國內(nèi)外光伏建筑一體化成功