我國建筑屋頂光伏應(yīng)用潛力分析

蘇翠霞，邢艷艷，林 奕，金漢臣，肖文芹，魏 瑋

（1.浙江建科節(jié)能環(huán)保科技有限公司，浙江杭州310012；2.浙江省建筑科學(xué)設(shè)計(jì)研究院有限公司，浙江杭州310012）

光伏技術(shù)是一項(xiàng)利用太陽能轉(zhuǎn)換為電能的成熟可再生能源技術(shù)。2018年4月，工業(yè)和信息化部等六部門聯(lián)合印發(fā)的《智能光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展行動(dòng)計(jì)劃（2018—2020年）》中指出：在有條件的城鎮(zhèn)建筑屋頂建設(shè)獨(dú)立的“就地消納”分布式建筑屋頂光伏電站和建筑光伏一體化電站，促進(jìn)分布式光伏應(yīng)用發(fā)展。但我國建筑屋頂光伏應(yīng)用潛力究竟有多大卻無權(quán)威數(shù)據(jù)。本文通過對杭州市某行政區(qū)為典型模型的數(shù)據(jù)分析，推算預(yù)測全國城鎮(zhèn)建筑屋頂光伏應(yīng)用潛力，旨在為光伏產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展提供參考。

1 應(yīng)用潛力分析

1.1 杭州市某行政區(qū)建筑屋頂光伏資源調(diào)查及可利用面積比例分析

近年來，杭州市建設(shè)主管部門組織了轄區(qū)內(nèi)民用建筑基本信息和建筑能耗調(diào)查統(tǒng)計(jì)工作。本文此次數(shù)據(jù)模型選定為杭州市某行政區(qū)2017年民用建筑基本信息統(tǒng)計(jì)調(diào)查結(jié)果，按照《民用建筑設(shè)計(jì)通則》的分類原則，分別統(tǒng)計(jì)該區(qū)高層（10層及10層以上）建筑、中高層（7～9層）建筑、多層（6層及以下）建筑的總建筑面積和建筑投影面積，主要調(diào)研數(shù)據(jù)為：1）公共建筑及居住建筑占總建筑面積比例；2）多層公共建筑、高層公共建筑、多層居住建筑及高層居住建筑占總建筑面積比例；3）各類建筑投影面積占總建筑面積比例。

通過近一年的調(diào)研統(tǒng)計(jì)，得出截止2017年底的該區(qū)民用建筑面積及投影面積調(diào)研結(jié)果，見表1。

由表1可見，將民用建筑按公共建筑和居住建筑劃分，公共建筑投影面積為42.17萬 m2，占比19.96%，居住建筑投影面積為169.12萬m2，占比80.04%。將民用建筑按建筑高度劃分，不難看出，無論是居住建筑還是公共建筑，10層及其以下的屋頂資源都占到該區(qū)總屋頂面積的3／4?？梢姡鄬蛹爸懈邔咏ㄖ蓓斒侵饕奈蓓斮Y源。

在目前建筑面積“寸土寸金”的形勢下，建筑屋頂除了作為建筑物最上部的承重圍護(hù)構(gòu)件外，還越來越多地承擔(dān)了其他建筑功能，例如放置空調(diào)設(shè)備、生活水箱、消防水箱、消防設(shè)備，種植綠化，開發(fā)商業(yè)設(shè)施等，這些均與屋頂安裝光伏組件相沖突。另外還要考慮周邊建筑物遮擋等不利日照條件，于是，可利用于安裝光伏組件的屋頂面積（后文簡稱“可利用面積”）就十分有限。筆者對杭州的20棟公共建筑和20棟住宅建筑進(jìn)行了可利用面積分析，得出了可利用面積占屋頂面積的比例。公共建筑可利用屋頂面積約占建筑投影面積的20%，居住建筑可利用屋頂面積約占建筑投影面積的25%。

表1 該區(qū)各類建筑屋頂面積調(diào)研結(jié)果

1.2 全國可利用屋頂資源分析及預(yù)測

根據(jù)《中國建筑能耗研究報(bào)告（2017）》數(shù)據(jù)顯示，2015年，全國建筑總面積達(dá)到613億m2，其中公共建筑面積約為113億 m2；城鎮(zhèn)居住建筑面積248億m2；農(nóng)村居住建筑面積252億m2。其中公共建筑面積占總面積的18.4%，城鎮(zhèn)居住建筑面積占總面積的40.5%，農(nóng)村居住建筑面積占總面積的41.1%［1］。目前我國正處于城鎮(zhèn)和新農(nóng)村建設(shè)快速發(fā)展時(shí)期，每年城鄉(xiāng)新建房屋建筑面積近20億m2。建筑投影面積計(jì)算參考上文的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)。農(nóng)村居住建筑按多層建筑計(jì)算，城鎮(zhèn)建筑多層、中高層、高層的比例參照上文的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)。經(jīng)推算，全國2015年末、2020年末建筑投影面積匯總見表2。

表2 全國2015年末、2020年末建筑投影面積匯總

根據(jù)前文分析，公共建筑可利用屋頂面積約占建筑投影面積的20%，居住建筑可利用屋頂面積約占建筑投影面積的25%。則2015年末，公共建筑可利用屋頂面積達(dá)4.6億m2，居住建筑可利用屋頂面積達(dá)11.6億m2，全國建筑總可利用屋頂面積達(dá)16.2億m2。至2020年末，公共建筑可利用屋頂面積達(dá)5.3億m2，居住建筑可利用屋頂面積達(dá)13.5億m2，全國建筑總可利用屋頂面積達(dá)18.8億m2。每年新增公共建筑可利用屋頂面積1 400萬m2，新增居住建筑可利用屋頂面積達(dá)3 800萬m2。

考慮到既有建筑的產(chǎn)權(quán)、屋頂承載力及具體使用等復(fù)雜情況，應(yīng)優(yōu)先在新建建筑中應(yīng)用太陽能光伏技術(shù)；而公共建筑較居住建筑有產(chǎn)權(quán)單一的優(yōu)勢，所以在新建建筑中，應(yīng)優(yōu)先考慮新建公共建筑應(yīng)用太陽能光伏技術(shù)。如每年新增公共建筑可利用屋頂面積的50%，新增居住建筑可利用屋頂面積的20%用于布置光伏組件，按照10 m2屋頂面積的光伏裝機(jī)容量為1 kW 估算，則全國每年將新增1 460 MW的新建建筑光伏應(yīng)用量。

既有建筑部分采取保守估計(jì)，如果每年既有公共建筑可利用屋頂面積的5%和既有居住建筑可利用屋頂面積的1%用于布置光伏組件，全國每年將新增3 460 MW 的既有建筑光伏應(yīng)用量。

如順利實(shí)現(xiàn)以上應(yīng)用目標(biāo)，全國每年將新增4 920 MW的建筑光伏應(yīng)用量，每年新增建筑光伏發(fā)電量約為59億kW·h。建筑光伏應(yīng)用潛力巨大。

2 經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、環(huán)境效益分析

2.1 經(jīng)濟(jì)效益

根據(jù)保守估計(jì)，全國每年將新增4 920 MW 的建筑光伏應(yīng)用量，每年新增建筑光伏發(fā)電量約為59億kW·h。按每度電1元計(jì)算，全國每年將節(jié)省59億元的建筑能耗費(fèi)用。

2.2 社會(huì)效益

推動(dòng)建筑屋頂光伏技術(shù)應(yīng)用，將提升我國城鎮(zhèn)和建筑光伏應(yīng)用的質(zhì)量和效率，加快培育城鎮(zhèn)和建筑光伏應(yīng)用技術(shù)的新產(chǎn)品和新業(yè)態(tài)，實(shí)現(xiàn)光伏智能創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)和持續(xù)健康發(fā)展，支持清潔能源智能升級(jí)。

2.3 環(huán)境效益

根據(jù)以上測算，我國城鎮(zhèn)建筑光伏應(yīng)用系統(tǒng)每年新增的發(fā)電量約為59億kW·h，折合節(jié)省約236萬t標(biāo)煤，減少588萬t二氧化碳，17.7萬t二氧化硫，8.85萬t氮氧化合物排放，進(jìn)而保護(hù)了環(huán)境。

3 結(jié) 語

本文對全國建筑屋頂光伏應(yīng)用潛力進(jìn)行了預(yù)測，結(jié)論顯示，建筑屋頂資源體量巨大，建筑屋頂光伏應(yīng)用大有可為。建議主管部門完善相關(guān)建筑光伏應(yīng)用的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范體系，科學(xué)引導(dǎo)光伏這一可再生能源技術(shù)在建筑屋頂上安營扎寨。建筑屋頂光伏應(yīng)用，必將成為我國能源供給安全和建筑節(jié)能減排目標(biāo)實(shí)現(xiàn)的有效途徑。