某研发中心光伏建筑一体化案例解析

胡莹坚（宁波华聪建筑节能科技有限公司， 浙江 宁波 315040）

目前，中国碳排放达峰行动方案已提上日程。太阳能光伏作为主要的可再生能源发电方式将迎来加速发展的契机。光伏建筑一体化，简单地讲就是将太阳能光伏发电方阵安装在建筑的围护结构外表面以提供电力。根据光伏方阵与建筑结合的方式不同，光伏建筑一体化可分为 2 大类，一类是光伏方阵与建筑的结合，此种方式是将光伏方阵依附于建筑物上，建筑物作为光伏方阵载体，起支承作用；另一类是光伏方阵与建筑的集成，这种方式是光伏组件以一种建筑材料的形式出现，光伏方阵成为建筑不可分割的一部分。光伏方阵与建筑的集成是伏建筑一体化（BIPV）的一种高级形式，其对光伏组件的要求较高。光伏组件不仅要满足光伏发电的功能要求，同时还要兼顾建筑的基本功能要求。

1 项目简介

本研发中心位于浙江省宁波市高新区技术产业开发区，为 1 栋斜向圆柱形多层建筑，主要为满足企业办公、创意、研发等多功能的需求。其中，地上 5 层，地下 3 层，建筑高度 24.0 m。地块总用地面积为 19 004.00 m2，总建筑面积为 73 042.91 m2。其中，地上建筑面积为 29 908.38 m2，地下建筑面积为 43 134.53 m2，容积率 1.88，建筑密度37.08%。总体设计要求为满足 GB/T 50378—2014《绿色建筑评价标准》绿色建筑三星级。

根据 DB 33/1105—2014《民用建筑可再生能源应用核算标准》要求，本项目应配置一种可再生能源，且节能量满足此标准要求。

根据 DB 33/1105—2014 4.1.3 的要求，可再生能源综合利用量最小值应符合以下规定。

当地块容积率 ≤ 2.0 时，可再生能源综合利用量应满足式（1）要求.

式中：QL—可再生能源年综合利用量，kWh/a；

S—地上建筑面积，m2；

E—可再生能源综合利用量核算因子，(kWh·m-2)/a。

本项目主要功能为办公，E取 4.5，则本项目可再生能源年综合利用量应满足：QL≥4.5×30 100=135 450（kWh/a）。

2 光伏组件的选择

结合本项目的屋顶布置实际效果及绿色建筑相关要求，本项目太阳能光伏发电系统采用单晶双玻 270 W 光伏组件，组件参数如表 1 所示。

表1 单晶双玻 270 W 光伏组件参数

3 光伏组件的布置区域

根据日照分析，本项目屋顶冬至日建筑屋面日照时间充足，屋面全年平均日照辐射量为 1 200 kWh/a，冬至日日照时间均≥4 h。

本项目共采用表 1 所列单晶双玻组件共 480 块，布置在屋顶结构钢构架环形区域如图 1 所示，空隙处采用无色差的普通双玻填充。

图1 光伏布置图

光伏组件与建筑屋顶构架完美结合；既满足遮阳要求又满足可再生能源利用要求。

4 光伏电气系统设计

本项目采用自发自用、余量上网的并网模式。光伏发电系统总装机容量为 129.6 kWp，设有 1 个并网接入点。并网接入点在地下室专变变电所内，并由供电部门安装计量装置对光伏发电量进行计量。480 块单晶双玻组件，以每 15°扇形区域（20 块光伏组件）为一个组串单元，每 8 个组串（160 块）接一个组串式并网逆变器，屋面分 3 处设置光伏逆变器，逆变器位于结构钢构架斜撑下，有利于逆变器散热。光伏面板线缆通过钢梁暗敷至逆变器，再由逆变器交流侧出线通过钢梁暗敷至下一层强电井，通过强电井引至地下1 F 专变变电所交流并网柜。光伏系统布线充分利用钢梁中的空腔进行敷设，不影响原构架的美观性。

5 发电量预测

根据 NASA （美国航空航天局）气象数据库结合选择的太阳能电池组件的类型和布置方案，利用 PVsyst(太阳能光伏系统设计软件)软件，理论预测本项目并网光伏系统的首年发电量，如图 2 所示。由图 2 可知，本项目首年发电量为132 289 kWh。

图2 光伏组件每月发电量预测统计

6 实际发电量

本工程应用光伏远程监控系统平台，对项目的发电量、功率、组串电压、组串电流等数据进行实时监控。自项目2020 年 3 月底并网发电，逐月发电量如图 3、图 4 所示，累计发电量达 135.66 MWh，与模拟预测数据基本吻合。

图3 2020 年 3～12 月光伏发电系统发电量

图4 2021 年 1～4 月光伏发电系统发电量

7 结 语

本项目共计布置太阳能光伏组件面积为 789.47 m2，按 DB 33/1105—2014，太阳能可再生能源利用量按450 kWh/m2计入，总综合利用量为 355 261.5 kwh/a，远大于135 450 kwh/a 低限要求，满足可再生能源利用量要求。本工程整体供电系统总装机容量为 4 800 kVA，根据GB/T 50378—2014 第 5.2.16 条，可再生能源提供的电量比例 Re=129.6/4 800×100%=2.7%，本条可得 7 分。

光伏建筑一体化将成为我国实现碳达峰及碳中和实施路径的重要措施之一，通过本案例的分析，以期为广大绿色建筑工程技术人员提供参考。