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各类建筑光伏系统安装面积快速估算方法

光伏系统工程  来源:国家住宅工程中心  作者:鲁永飞 鞠晓磊 张磊  2021/8/17 8:57:11    

:“30·60”双碳目标提出后,发展绿色建筑,推动能源清洁,低碳高效安全利用将成为实现碳达峰、碳中和和任务目标的重要途径。光伏与建筑相结合是光伏应用中最重要领域之一,绿色建筑即以光伏为代表的清洁能源建筑应用迎来了快速的发展机遇期。结合工程实践,对不同类型建筑中光伏系统可安装部位进行研究,推导出光伏组件可安装面积的计算方法,为光伏建筑推广提供经济上的测算依据。

(来源:微信公众号“国家住宅工程中心”ID:CNERCHS 作者:鲁永飞 鞠晓磊 张磊)

1、不同建筑类型光伏组件可安装部位

nb88新博官网登录工程应用中 , 建筑中可用于安装光伏组件的部位主要有屋面、立面墙、幕墙、遮阳构件等几个部位。除高层住宅外,其他类型的建筑屋顶部分一般遮挡较少,除了部分设备占地外,其余空间均适宜安装光伏系统。而立面安装,对于不同类型的建筑造型特点、使用功能需求等要求不同,立面中光伏系统安装的优先级也有区别。对常见类型的建筑立面安装光伏系统的可行性与优先级分析如下。

住宅建筑nb88新博官网登录由于居住空间对于自然采光的要求较高,且建筑主要立面窗户较多,实墙面小而分散,安装光伏系统经济性低,不宜在立面安装光伏组件。

大型商业建筑建筑nb88新博官网登录的采光主要靠内部照明,自然采光的重要性比住宅建筑要低一些,立面多为玻璃幕墙或大面积的实墙面,可利用这些立面资源安装光伏组件。

办公建筑中主要使用空间对采光要求较高,而辅助空间采光要求不高,这部分空间对应的墙面或幕墙可用于安装光伏组件;此外,办公建筑对遮阳有一定要求,可结合遮阳功能,设置外置光伏遮阳构件。

nb88新博官网登录建筑中建筑形体整体性较强,立面元素较为规整,多为大面积墙面或玻璃幕墙;而室内采光主要靠电气照明解决,对自然采光的要求稍低,因此可充分利用立面资源安装光伏组件。综上分析,不同类型建筑适用的光伏构件安装部位如表 1 所示。

1.png

不同类型建筑的光伏组件安装部位

2、不同建筑部位的光伏系统安装面积比例

坡屋面安装

nb88新博官网登录1)坡屋面安装比例影响因素

坡屋面主要应用于低层住宅建筑,朝向以南北向为主,坡度在20°至35°之间。由于屋面北坡安装光伏系统效率过于低下,不建议安装。

2)安装面积比例

nb88新博官网登录对于双坡屋面而言,仅南坡适合安装,约为屋面面积的50%;对于四坡屋面而言,优先考虑南坡,其次东、西坡也可以安装,安装面积约为屋面面积的70%。由于坡屋面与地面水平夹角的三角函数关系,坡度30°时,屋面面积约为水平投影面积的1.15倍,由于通常情况下屋面并不规整,高低错落,在进行屋面安装面积估算时,可按水平投影面积的60% 计算。

3)安装面积估算

根据控制性详细规划的相关指标进行估算时,可直接用建筑密度指标进行估算,即:可安装面积=建筑基底面积×60%= 用地面积×建筑密度×60%。

2.jpg

双屋面安装位置

3.jpg

四坡屋面安装位置

平屋面安装

1)平屋面安装比例影响因素

nb88新博官网登录光伏系统与平屋面同时应用的工况主要存在于大型的商业、nb88新博官网登录、医院等类型建筑中。在这些类型的建筑中安装光伏系统时,受到的因素影响主要包括以下几方面:

① 建筑设备对光伏系统安装规模造成的影响主要包括:设备系统自身占用面积、周围的安全距离、设备系统阴影遮挡三个方面,影响范围约为设备区域边界周边 2m 范围。

② 屋顶楼梯间及电梯机房 nb88新博官网登录这些突出屋面的构筑物一般在4m以上,其阴影对建筑光伏系统的安装面积会造成损失,影响范围一般在4m左右。

③ 女儿墙 考虑到安装建筑光伏系统的检修需要,一般设置为上人屋面,女儿墙按1.5m考虑,其阴影范围为:南向女儿墙3m,东西向女儿墙2m。

④ 光伏系统检修通道平屋面安装光伏系统时,一般按光伏阵列进行布置,每行之间一般会留出检修通道,宽度在1.2m左右。

4.jpg

屋面光伏系统安装影响因素及安装范围示意

2)安装面积比例

综合考虑以上设备、楼梯间及电梯机房、女儿墙、光伏系统检修通道等因素的影响,平屋面安装光伏系统时,可安装面积按屋面面积的70%考虑。根据控制性详细规划的相关指标进行估算时,可直接用建筑密度指标进行估算,即:可安装面积=建筑基底面积×70%=用地面积×建筑密度×70%。

墙面安装

nb88新博官网登录1)建筑外立面日照面积系数

为便于项目前期对光伏系统在立面安装规模的估算,课题组引入“建筑外立面日照面积系数”的概念,即能够接收太阳照射的立面全面积与建筑总建筑面积的比。在相同的建筑面积下,不同建筑形体的建筑立面面积不同,在常规大型公共建筑中,建筑进深方向一般不会低于20m,不会大于50m,且考虑到抗震需求,长宽比一般不超过 6。以标准层建筑面积2000㎡为例,相同建筑面积下,其平面形状变形范围为 44.7m×44.7m~20m×100m,即其平面周长为179m ~240m。

5.jpg

相同建筑面积(2000m2)下不同平面形状的边长

nb88新博官网登录为避免西晒,建筑朝向绝大多数为南北向,由于北立面不适合安装光伏系统,去掉标准层北侧边长,则南、东、西各方向的边长之和在 130m~140m。大部分 公共建筑的建筑层高为 4m 左右,则标准层的南、东、西各立面面积之和的范围在130×4至140×4之间,即520~560m2 。则适合安装光伏系统的建筑外立面日照面积系数等于南东西各立面面积之和与总建筑面积之比,即单层各立面面积之和与标准层面积之比,即0.26~0.28,当标准层面积越小,比值越趋向较大值,故宜取 0.28。

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