“30·60”雙碳目標提出后，發(fā)展綠色建筑，推動能源清潔，低碳高效安全利用將成為實現(xiàn)碳達峰、碳中和和任務(wù)目標的重要途徑。光伏與建筑相結(jié)合是光伏應(yīng)用中最重要領(lǐng)域之一，綠色建筑即以光伏為代表的清潔能源建筑應(yīng)用迎來了快速的發(fā)展機遇期。結(jié)合工程實踐，對不同類型建筑中光伏系統(tǒng)可安裝部位進行研究，推導(dǎo)出光伏組件可安裝面積的計算方法，為光伏建筑推廣提供經(jīng)濟上的測算依據(jù)。
01、不同建筑類型光伏組件可安裝部位
工程應(yīng)用中 , 建筑中可用于安裝光伏組件的部位主要有屋面、立面墻、幕墻、遮陽構(gòu)件等幾個部位。除高層住宅外，其他類型的建筑屋頂部分一般遮擋較少，除了部分設(shè)備占地外，其余空間均適宜安裝光伏系統(tǒng)。而立面安裝，對于不同類型的建筑造型特點、使用功能需求等要求不同，立面中光伏系統(tǒng)安裝的優(yōu)先級也有區(qū)別。對常見類型的建筑立面安裝光伏系統(tǒng)的可行性與優(yōu)先級分析如下。
住宅建筑 由于居住空間對于自然采光的要求較高，且建筑主要立面窗戶較多，實墻面小而分散，安裝光伏系統(tǒng)經(jīng)濟性低，不宜在立面安裝光伏組件。
大型商業(yè)建筑 建筑的采光主要靠內(nèi)部照明，自然采光的重要性比住宅建筑要低一些，立面多為玻璃幕墻或大面積的實墻面，可利用這些立面資源安裝光伏組件。
辦公建筑中 主要使用空間對采光要求較高，而輔助空間采光要求不高，這部分空間對應(yīng)的墻面或幕墻可用于安裝光伏組件；此外，辦公建筑對遮陽有一定要求，可結(jié)合遮陽功能，設(shè)置外置光伏遮陽構(gòu)件。
文化建筑中 建筑形體整體性較強，立面元素較為規(guī)整，多為大面積墻面或玻璃幕墻；而室內(nèi)采光主要靠電氣照明解決，對自然采光的要求稍低，因此可充分利用立面資源安裝光伏組件。綜上分析，不同類型建筑適用的光伏構(gòu)件安裝部位如表 1 所示。
02、不同建筑部位的光伏系統(tǒng)安裝面積比例
坡屋面安裝
1）坡屋面安裝比例影響因素
坡屋面主要應(yīng)用于低層住宅建筑，朝向以南北向為主，坡度在20°至35°之間。由于屋面北坡安裝光伏系統(tǒng)效率過于低下，不建議安裝。
2）安裝面積比例
對于雙坡屋面而言，僅南坡適合安裝，約為屋面面積的50%；對于四坡屋面而言，優(yōu)先考慮南坡，其次東、西坡也可以安裝，安裝面積約為屋面面積的70%。由于坡屋面與地面水平夾角的三角函數(shù)關(guān)系，坡度30°時，屋面面積約為水平投影面積的1.15倍，由于通常情況下屋面并不規(guī)整，高低錯落，在進行屋面安裝面積估算時，可按水平投影面積的60% 計算。
3）安裝面積估算
根據(jù)控制性詳細規(guī)劃的相關(guān)指標進行估算時，可直接用建筑密度指標進行估算，即：可安裝面積=建筑基底面積×60%= 用地面積×建筑密度×60%。
1）平屋面安裝比例影響因素
光伏系統(tǒng)與平屋面同時應(yīng)用的工況主要存在于大型的商業(yè)、文化、醫(yī)院等類型建筑中。在這些類型的建筑中安裝光伏系統(tǒng)時，受到的因素影響主要包括以下幾方面：
2）安裝面積比例
綜合考慮以上設(shè)備、樓梯間及電梯機房、女兒墻、光伏系統(tǒng)檢修通道等因素的影響，平屋面安裝光伏系統(tǒng)時，可安裝面積按屋面面積的70%考慮。根據(jù)控制性詳細規(guī)劃的相關(guān)指標進行估算時，可直接用建筑密度指標進行估算，即：可安裝面積=建筑基底面積×70%=用地面積×建筑密度×70%。
1）建筑外立面日照面積系數(shù)
為便于項目前期對光伏系統(tǒng)在立面安裝規(guī)模的估算，課題組引入“建筑外立面日照面積系數(shù)”的概念，即能夠接收太陽照射的立面全面積與建筑總建筑面積的比。在相同的建筑面積下，不同建筑形體的建筑立面面積不同，在常規(guī)大型公共建筑中，建筑進深方向一般不會低于20m，不會大于50m，且考慮到抗震需求，長寬比一般不超過 6。以標準層建筑面積2000㎡為例，相同建筑面積下，其平面形狀變形范圍為 44.7m×44.7m~20m×100m，即其平面周長為179m ~240m。
2）墻面安裝比例
① 開窗面積 對于非幕墻的公共建筑而言，南立面窗墻比一般在0.4~0.7；而東西墻為了減少西曬對建筑的影響，窗墻比一般在 0.2~0.6；綜合考慮，非幕墻墻面的窗墻比約為0.5，可安裝面積占立面面積的比例約為0.5。
3）安裝面積估算
綜合以上影響因素，在大型商業(yè)建筑的墻面上用于建筑光伏的墻面面積約占所安裝墻面面積比例為0.5×（1-0.2）=0.4。
1）幕墻安裝影響因素
幕墻可廣泛應(yīng)用于各類公共建筑中，影響光伏幕墻安裝面積的比例主要包括以下兩個：
2）安裝面積比例
考慮前述遮擋情況與開啟扇比例，則單一立面的光伏組件安裝面積系數(shù)為（1-0.2）×0.8=0.64。
1）光伏遮陽安裝規(guī)模影響因素
立面遮陽主要應(yīng)用于商業(yè)建筑、辦公建筑、文化建筑中，起到發(fā)電作用的同時，還作為建筑立面的裝飾元素。當作為光伏發(fā)電的載體時，立面遮陽主要采用水平遮陽的形式。出于建筑立面形象的需求，窗戶、幕墻及水平遮陽板一般為通長設(shè)置，較少采用獨立的窗上遮陽形式。當前市場主要光伏構(gòu)件產(chǎn)品的尺寸多在900×1600 左右，出挑寬度利用光伏組件的短邊，基本可以滿足水平遮陽需求。水平遮陽的安裝面積與所在立面面積的比值約為 23%。
3）光伏遮陽安裝比例
根據(jù)以上因素分析，墻面可安裝光伏組件的面積最大比例為 0.23×（1-0.2）=18%，根據(jù)控制性詳細規(guī)劃的相關(guān)指標進行估算時，可用容積率指標進行估算，即：墻面可安裝面積 = 用地面積 × 容積率 × 立面日照面積系數(shù)（0.28）× 安裝面積系數(shù)（0.18）。
03、各類建筑光伏安裝面積估算
建筑光伏安裝面積估算公式
辦公建筑中，屋面多為平屋面，由于采光要求，一般不采用幕墻安裝，建筑光伏系統(tǒng)的安裝方式主要有平屋面安裝、光伏墻面、光伏遮陽等形式。則辦公建筑光伏系統(tǒng)安裝面積估算為：
其中，K 表示控制性詳細規(guī)劃中用地的建筑密度；
V 表示控制性詳細規(guī)劃中用地的容積率；
β 表示建筑日照立面面積系數(shù)，取 0.28；
μi 表示該種安裝方式的墻面占南、東、西墻面總面積的比例
文化建筑
文化建筑中，建筑光伏系統(tǒng)主要安裝在平屋面、幕墻與遮陽板，該類型建筑光伏系統(tǒng)面積估算為：
其中，K 表示控制性詳細規(guī)劃中用地的建筑密度；
V 表示控制性詳細規(guī)劃中用地的容積率；
β 表示建筑日照立面面積系數(shù)，取 0.28；
μi 表示該種安裝方式的墻面占南、東、西墻面總面積的比例。
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