科技改變生活 · 科技引領未來
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加群請私信：“加群”轉自國家住宅工程中心，機電人脈編輯，分享供學習，如有侵權，請聯系刪除“30·60”雙碳目標提出后，發展綠色建筑，推動能源清潔，低碳高效安全利用將成為實現碳達峰、碳中和和任務目標的重要途徑。光伏與建筑相結合是光伏應用中最重
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轉自 國家住宅工程中心，機電人脈編輯，分享供學習，如有侵權，請聯系刪除
“30·60”雙碳目標提出后，發展綠色建筑，推動能源清潔，低碳高效安全利用將成為實現碳達峰、碳中和和任務目標的重要途徑。光伏與建筑相結合是光伏應用中最重要領域之一，綠色建筑即以光伏為代表的清潔能源建筑應用迎來了快速的發展機遇期。結合工程實踐，對不同類型建筑中光伏系統可安裝部位進行研究，推導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濟上的測算依據。
#1不同建筑類型光伏組件可安裝部位
工程應用中 , 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，除了部分設備占地外，其余空間均適宜安裝光伏系統。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，立面中光伏系統安裝的優先級也有區別。對常見類型的建筑立面安裝光伏系統的可行性與優先級分析如下。
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，安裝光伏系統經濟性低，不宜在立面安裝光伏組件。
大型商業建筑 建筑的采光主要靠內部照明，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，可結合遮陽功能，設置外置光伏遮陽構件。
文化建筑中 建筑形體整體性較強，立面元素較為規整，多為大面積墻面或玻璃幕墻；而室內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件安裝部位如表 1 所示。
#2不同建筑部位的光伏系統安裝面積比例
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關系，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
根據控制性詳細規劃的相關指標進行估算時，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%。
雙屋面安裝位置
四坡屋面安裝位置
平屋面安裝
1）平屋面安裝比例影響因素
光伏系統與平屋面同時應用的工況主要存在于大型的商業、文化、醫院等類型建筑中。在這些類型的建筑中安裝光伏系統時，受到的因素影響主要包括以下幾方面：
屋面光伏系統安裝影響因素及安裝范圍示意
2）安裝面積比例
綜合考慮以上設備、樓梯間及電梯機房、女兒墻、光伏系統檢修通道等因素的影響，平屋面安裝光伏系統時，可安裝面積按屋面面積的70%考慮。根據控制性詳細規劃的相關指標進行估算時，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%。
墻面安裝
1）建筑外立面日照面積系數
為便于項目前期對光伏系統在立面安裝規模的估算，課題組引入“建筑外立面日照面積系數”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。
相同建筑面積（2000m2 ）下不同平面形狀的邊長
為避免西曬，建筑朝向絕大多數為南北向，由于北立面不適合安裝光伏系統，去掉標準層北側邊長，則南、東、西各方向的邊長之和在 130m~140m。大部分 公共建筑的建筑層高為 4m 左右，則標準層的南、東、西各立面面積之和的范圍在130×4至140×4之間，即520~560m2 。則適合安裝光伏系統的建筑外立面日照面積系數等于南東西各立面面積之和與總建筑面積之比，即單層各立面面積之和與標準層面積之比，即0.26~0.28，當標準層面積越小，比值越趨向較大值，故宜取 0.28。
2）墻面安裝比例
公共建筑非幕墻立面安裝范圍示意
3）安裝面積估算
綜合以上影響因素，在大型商業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。
根據控制性詳細規劃的相關指標進行估算時，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（0.28）× 安裝面積系數（0.4）。
光伏幕墻安裝
1）幕墻安裝影響因素
幕墻可廣泛應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：
幕墻開啟扇示意圖
8 ② 遮擋情況 與墻面安裝情況相同，幕墻安裝同樣受外部環境遮擋和自身遮擋兩種情況的影響，根據經驗值，遮擋因素造成的安裝面積損失為 20%，遮擋因子為 0.2。
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為（1-0.2）×0.8=0.64。
根據控制性詳細規劃的相關指標進行估算時，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（0.28）× 安裝面積系數（0.64）。
立面遮陽
1）光伏遮陽安裝規模影響因素
立面遮陽主要應用于商業建筑、辦公建筑、文化建筑中，起到發電作用的同時，還作為建筑立面的裝飾元素。當作為光伏發電的載體時，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置，較少采用獨立的窗上遮陽形式。當前市場主要光伏構件產品的尺寸多在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%。
水平光伏遮陽安裝示意
#3各類建筑光伏安裝面積估算
一棟建筑之中通常可以安裝多種形式的光伏系統，根據以上對各部位安裝面積比例的分析，總結出通用的安裝面積估算公式，不同類型的建筑可根據自身的特點從中擇取相應的安裝部位進行估算。公式如下：
其中：
η屋面 為屋面安裝比例系數，坡屋面時為 0.6，平屋面時為 0.7；
S屋面 為屋面面積，其值等于用地面積 × 建筑密度；
μi為分項系數，表示該種安裝方式的墻面占南、東、西墻面總面積的比例，各項分項系數總和不大于 1；
η幕墻 為幕墻安裝比例系數，一般取 0.64；
S幕墻 為幕墻安裝立面面積，其值等于總建筑面積×立面日照表面系數，其中，總建筑面積 = 用地面積×容積率，立面日照表面系數取 0.28；
η遮陽 為遮陽板安裝面積比例系數，一般取 0.18；
S遮陽 為遮陽安裝立面面積，其值等于總建筑面積×立面日照表面系數，其中，總建筑面積 = 用地面積×容積率，立面日照表面系數取 0.28；
η墻面 為墻面安裝面積比例系數，一般取 0.4；
S墻面 為安裝墻面面積，其值等于總建筑面積×立面日照表面系數，其中，總建筑面積 = 用地面積×容積率，立面日照表面系數取 0.28。
住宅建筑
住宅建筑中，建筑光伏系統主要安裝在坡屋面，故光伏系統面積估算為：S=η屋面 S 屋面 =0.6 S 用地 K
其中：
K 表示控制性詳細規劃中用地的建筑密度；
商業建筑
大型商業建筑中，建筑立面形式多為干掛鋁板、干掛石材、玻璃幕墻等形式，多數設置中庭采光，屋面多為平屋面，建筑光伏系統的安裝方式主要有平屋面安裝、光伏采光頂、光伏幕墻、光伏遮陽等形式。則商業建筑光伏系統安裝面積估算為：
其中:
K 表示控制性詳細規劃中用地的建筑密度；
V 表示控制性詳細規劃中用地的容積率；
β 表示建筑日照立面面積系數，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
辦公建筑
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安裝面積估算為：
其中:
K 表示控制性詳細規劃中用地的建筑密度；
V 表示控制性詳細規劃中用地的容積率；
β 表示建筑日照立面面積系數，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，建筑光伏系統主要安裝在平屋面、幕墻與遮陽板，該類型建筑光伏系統面積估算為：
其中:
K 表示控制性詳細規劃中用地的建筑密度；
V 表示控制性詳細規劃中用地的容積率；
β 表示建筑日照立面面積系數，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
劉陽遠