“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。
01、不同建筑类型光伏组件可安装部位
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 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。
文化建筑中 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。
02、不同建筑部位的光伏系统安装面积比例
坡屋面安装
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
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%。
1）平屋面安装比例影响因素
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、文化、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：
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%。
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。
2）墙面安装比例
① 开窗面积 对于非幕墙的公共建筑而言，南立面窗墙比一般在0.4~0.7；而东西墙为了减少西晒对建筑的影响，窗墙比一般在 0.2~0.6；综合考虑，非幕墙墙面的窗墙比约为0.5，可安装面积占立面面积的比例约为0.5。
3）安装面积估算
综合以上影响因素，在大型商业建筑的墙面上用于建筑光伏的墙面面积约占所安装墙面面积比例为0.5×（1-0.2）=0.4。
1）幕墙安装影响因素
幕墙可广泛应用于各类公共建筑中，影响光伏幕墙安装面积的比例主要包括以下两个：
2）安装面积比例
考虑前述遮挡情况与开启扇比例，则单一立面的光伏组件安装面积系数为（1-0.2）×0.8=0.64。
1）光伏遮阳安装规模影响因素
立面遮阳主要应用于商业建筑、办公建筑、文化建筑中，起到发电作用的同时，还作为建筑立面的装饰元素。当作为光伏发电的载体时，立面遮阳主要采用水平遮阳的形式。出于建筑立面形象的需求，窗户、幕墙及水平遮阳板一般为通长设置，较少采用独立的窗上遮阳形式。当前市场主要光伏构件产品的尺寸多在900×1600 左右，出挑宽度利用光伏组件的短边，基本可以满足水平遮阳需求。水平遮阳的安装面积与所在立面面积的比值约为 23%。
3）光伏遮阳安装比例
根据以上因素分析，墙面可安装光伏组件的面积最大比例为 0.23×（1-0.2）=18%，根据控制性详细规划的相关指标进行估算时，可用容积率指标进行估算，即：墙面可安装面积 = 用地面积 × 容积率 × 立面日照面积系数（0.28）× 安装面积系数（0.18）。
03、各类建筑光伏安装面积估算
建筑光伏安装面积估算公式
办公建筑中，屋面多为平屋面，由于采光要求，一般不采用幕墙安装，建筑光伏系统的安装方式主要有平屋面安装、光伏墙面、光伏遮阳等形式。则办公建筑光伏系统安装面积估算为：
其中，K 表示控制性详细规划中用地的建筑密度；
V 表示控制性详细规划中用地的容积率；
β 表示建筑日照立面面积系数，取 0.28；
μi 表示该种安装方式的墙面占南、东、西墙面总面积的比例
文化建筑
文化建筑中，建筑光伏系统主要安装在平屋面、幕墙与遮阳板，该类型建筑光伏系统面积估算为：
其中，K 表示控制性详细规划中用地的建筑密度；
V 表示控制性详细规划中用地的容积率；
β 表示建筑日照立面面积系数，取 0.28；
μi 表示该种安装方式的墙面占南、东、西墙面总面积的比例。
评论