光伏与绿色建筑1详解.docx
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光伏与绿色建筑1详解
屋顶光伏与绿色建筑
(一)
“百万屋顶”的故事
每个新的产业,都是从一段故事开始的。
比如互联网,比尔盖兹就是一段传奇,他创造了微软。
光伏的故事,是从1997年6月,美国总统克林顿向美国国会提交关于环境和发展的报告并制定“百万太阳能屋顶计划”开始的,他提出:
截至2010年在100万个屋顶或建筑物其他可能的部位安装太阳能系统。
后来这个计划实际压根没有执行。
但这个故事打动了世界。
中国从那时候开始,在光伏的路上,不断编制着自己的故事。
2004年,深圳建设了第一个MWp级的光伏电站(园博园),号称中国第一个,采用的是日本和德国的单晶,多晶电池片。
故事后来在:
媒体报道:
第一年发90万度电。
基本解决园博园内的夜晚照明中收声。
从2004年到2014年,10年之中,光伏的故事惊心动魄,海归施正荣成立尚德新能源,一夜成为中国首富。
随后中国光伏跃居世界第一大生产国。
光伏的新能源应用,如光伏路灯,光伏电站,一片欣欣向荣。
然而故事很快也接近尾声。
人们从故事中惊醒过来,看见的是血淋林的现实。
有个光伏资深界人士,在光伏圈微信上说道:
“建筑光伏,危机四伏”。
光伏是什么?
是新的发电技术。
是一个可以通过太阳的光子,产生电能装置。
光子引发的电子移动,可以产生多大的能量?
目前晶体硅片是做成0.48V/块的固体件。
阳光辐射强的时候,每块可产生1-5A的电流。
组合成组件:
每平米电池,阳光下约可平均为150WP的功率;220V使用,也需有500片以上串联。
平均下来,每WP,每年约产生1-1.2度电。
在建筑屋顶上敷设光伏;如用它发电供给家用,60平米的屋顶,占用20平米敷设光伏电池。
平均一年约可发电3000度电左右。
相当于一个家庭的用电量的1/3。
如果全部敷设,基本上可以满足一个家庭的用电需求。
屋顶光伏,从理论上看上去是一个很好的新能源应用,但从克林顿开始,一直没有停止过各种口号式计划和实验式项目,在实际中不断受阻和搁浅。
包括一夜成为首富,很快又泡沫扑灭;都给世人以警觉。
首先,按照经济效益而言,屋顶资源的占用效率仅为150元/平米.年。
20年才3000元。
是所有建设者不能不算的帐。
其次是逆变将损耗掉原有发电的35%。
其三,目前12元每wp的分布式光伏投资价格是针对现在国内市场上的低劣电池片而言的,能否发出1度/WP年,取决于采用电池片质量。
在目前已经建设的屋顶光伏电站中,5年后发电还能达到理论值70%的,已经没有案例可循。
光伏屋顶计划从来没有消失过。
它不断被提及,不断又被市场所消极,另一原因是光伏产业其一直以来是被金融推手推出来的产品,政府的补贴是在金融大量投资光伏产业后,没有找到应用的实际市场不得已而为之的借力。
在国际上,日本,德国,美国法国等国家对光伏的补贴都无例外地源于这个原因。
它似乎像一场皇帝新衣的接力表演,谁都知道,荒诞的剧幕已经拉开,谁也不会说穿他。
1998年10月德国政府提出了十万屋顶计划。
规定,太阳能电站在公共电网中每发1KW时电,由政府补贴0.574欧分(相当于人民币5.74元),德国电价是0.1欧元/度,而电力公司回购太阳能发电的价格是0.5欧元/度,到2004年,德国完成了10万个太阳能屋顶。
随之补贴取消。
日本政府截至2010年安装了5000MW屋顶光伏发电系统,并通过政策之力带动国内光伏发电市场的成长。
其在1994年-2003年间成功实施一轮补贴,促使2004年日本光伏业累计安装量达1100兆瓦,成为当时全球光伏容量最大的国家。
但现在对于光伏项目日本早已经不再补贴。
2003年,英国政府宣布将投入400万英镑资助十八个用于公共建筑物的太阳能屋顶计划。
这十八个计划分别位于英格兰、威尔士、苏格兰和北爱尔兰,其中包括学校、艺术馆和体育中心。
这些计划是经过投标而竞设的。
本来,其标的仅是300万英镑。
但计划的内容使政府部门尤感兴趣,很受鼓舞,因而加追了一百万英镑的投入。
如今,这些补贴,在发达国家都已经逐步取消。
而且这些产生补贴的国家都是人均收入达到2万美金的国家。
而中国,目前的人均收入约2000多美金。
中国的屋顶资源是稀缺的,尤其在城市建设中,屋顶资源也是非常稀缺和昂贵的。
因此如果利用民用建筑的免费屋顶来实现新能源应用,中国不会经历像德国,日本那样长的时间。
从现在不断变化的国家补贴政策来判断,屋顶光伏如果继续采用这种简单的逆变并网技术模式,一定很快就走到了尽头。
(二)
分布式光伏和绿色建筑关系
其实,中国屋顶光伏在10年中,已经安装了很多的电站,消化了大批的光伏组件。
但是至今没有一个用了5年以上还在正常发电(按照可行性报告写的那样发电)。
包括深圳的园博园,2005年为当时中国最大的屋顶电站。
2009年安装的住建部建筑的屋顶电站,曾经是很多光伏企业免费也要安装的示范项目。
但是2015年,在检查这些光伏项目的时候,分布式电站,大都寿终正寝。
新一轮的光伏建设在兴起。
是光伏电站从敦煌转向屋顶。
大批的央企,都纷纷找屋顶资源,安装光伏电站。
但是,屋顶的分布式,不是新鲜的项目,地产商早有过很多失败案例,但是这些案例并没有引起地产商的教训和借鉴。
他们仍然还在继续为了达到绿色建筑标准,“前赴后继”。
希望能以最低的投入(不用考虑回报)。
完成绿色标准,上市销售。
2014年底年,国家住建部颁布了GB/T50378-2014新绿建评价标准:
如下:
可再生能源中,太阳能是主要能源。
其中包括光热和光伏。
光热,目前还没有发展到发电阶段;仅是采用热水器,属于替换。
热水项目在建设和使用上一直存在很多问题。
2014年底,深圳住建局取消了原来12层建筑热水系统的硬性规定,而是改为:
按原规定应安装太阳能热水系统的十二层以上高层住宅项目,可通过安装太阳能光伏系统替代太阳能热水系统,光伏系统的装机容量应满足全部地下车库照明需求;实行替代的项目,不需报建设行政主管部门审核,但应按建设程序办理设计变更和重新报送施工图审查(深建节能〔2014〕101号)
结合国家评绿标准,一星标准新能源应用达到6分。
新能源应用量需要达到2%。
如达到10分需要达到4%。
民用地产项目中2%是个什么概念呢?
以我公司最近所接一个项目为例:
该项目设计的总功率年用电量为900万度电。
按照2%的最低标准,需要有代表绿色建筑的新能源应用标准为18万度电/年,按照广州地区阳光辐射强度。
如采用光伏分布式,应设计为18万度新能源应用:
900万X2%=18万度。
1、屋顶光伏逆变分布式电站成本和收益:
(1)A级单晶硅15万WP(或多晶硅18万WP)
直接投资216万元。
(15万X12元/WP)
(2)间接成本,需占用屋顶面积,约1200平米;
按现在房价的50%(按照1万元/平米)计算:
1200㎡x1万/㎡=1200万元。
(3)光伏维护成本0.1元/wp年;每年1.8万元。
(4)国家补贴7.56万元(现有政策:
0.42元/度:
18X0.42=7.56万元)
(5)每年发电18万度,按1元/度,每年收入18万元。
总结:
以10年为计:
总投入成本:
216+1200+1.8x10=1434万元
总收入:
(7.57+18)X10=255.6万元。
实际净投入为:
1434-255.6=1178万元;
2、采用PV-LED技术产品。
(1)如达到新能源替换18万度电力,可采用PV-LED技术
由于采用直流技术,所发电力直接给LED提供照明,以新能源应用替换传统能源应用。
替换18万度电只需在1.2万平米的地下车库照明项中采用PV-LED产品即可实现。
【地下车库照明功率密度为2W/平米。
1.2万平米的地下车库照明年用电量为18.9万度(2X365X24X1.2X90%);其中90%位光伏发电,10%位市电保护补充】
(2)1.2万平米的地下车库照明采用PV-LED总投资约为120万元。
(含可控制的LED照片灯具,以及光伏蓄能等设备)
(3)采用pv-led技术,1.2万平米只需占用屋顶面积150平米。
是光伏分布式电站规模的1/8;(约合150万元)。
(4)每年节约电费18.9万元。
10年节约189万元(同样按照1元/度计算)。
(5)pv-led项目的维护成本相对于传统照明增加每平米1.5元.(包括所有设备)计为“1.5X1.2x10=18万元。
总结:
以10年计:
总投入成本:
120+150+18万=288万元
总收入18.9x10=189万元
净投入99万元。
3、两种技术优劣比较,显而易见:
(1)分布式占用屋顶面积是光伏应用成本的最大部分。
实际成本是光伏投资的5倍。
Pv-led技术是新能源应用替换,占用屋顶面积只约为分布式的1/8。
(2)光伏分布式总投资为216万元。
PV-LED总投资为120万元,
(3)光伏分布式每年可有政府补贴7.56万元。
Pv-led采用智能LED照明,减少另外投资绿色照明的费用。
(地库智能照明每平米至少需增加投资20元:
1.2x20=24万元)
(4)光伏分布式不仅占用大量屋顶面积,技术上采用串联高压传输;存在安全隐患。
Pv-led采用低压直流技术。
安全稳定,免维护;独立系统,兼做应急照明。
(4)分布式项目案例5年以上还在正常发电的,国内没有见报道,而大量都是报废的项目。
PV-LED住建部的项目,2009年建设,住建部于2015年3月给予评语,要求对项目技术予以推广。
PV-LED在住建部,国管局,深圳市民中心以及地产等项目中应用,每项目均称为绿建示范。
(三)
分布式和PV-LED项目的选择破题
有些地产商为何选择分布式而不采用PV-LED,如何破题:
1、分布式和PV-LED的不同是:
分布式的电站规模往往是PV-LED的数倍。
PV-LED能够替换新能源的方式,是按照地下车库照明的标准来设定的。
如果单纯的理解深圳住建局“光伏安装规模满足地下车库照明用电”已经包含了地下车库照明的功率设计规范。
因此对于采用了交流状态下的智能LED照明,也有相应的功率配置。
照明采用了智能控制,自然减少了电力消耗,但是同时也会增加投资费用,也会增加智能耗电。
Pv-led是直流应用,是在光伏应用中的一揽子解决的方案,包含了光伏发电。
智能照明控制。
首先是通过直流应用,减少了逆变损耗。
在系统中逆变损耗约为35%(属于系统的损耗);电器的整流损耗15%。
提高了1倍的效率。
其次是,通过智能控制,减少了功率配置。
再次减少损耗50%以上。
对于交流情况下的智能控制,由于控制器在交流情况下也需要耗电,这部分往往被忽视,在实际中,交流状况下的功率控制节能效率远低于PV-LED。
尤其是采用红外热释的照明控制,节能同控制耗能,几乎相冲。
这很容易被建设者忽视。
2、国家和社会对光伏应用的政策倾斜,鼓励电站安装。
财政予以补贴。
误以为这是一项成熟的项目。
然而早就有学者提出,光伏电站华而不实,光伏在生产期内耗电是其寿命期内发电的90%等。
光伏分布式应用,采用逆变交流应用,一定不会成为新能源应用的主流技术模式。
只可能是昙花一现。
但是屋顶光伏,作为能源的拾遗补缺,在任何时候都会有很大发展空间。
所以,光伏走直流低压路线,是正确的和高效的。
3、分布式安装简单,相应价格也很低。
光伏是假设寿命20年(德国的电池确有寿命达到20多年仍在使用)。
但是,影响光伏的不是电池的寿命,是电池的效率。
阳光中,有效的光子能量只有30%多。
光伏的效率即使在20%以上,也还要受到季节和阳光变化的影响。
屋顶资源用以效率很低的分布式应用,得不偿失。
PV-LED高效设计,才是光伏应用于建筑的方向性技术。
4、PV-LED技术产品,如采用增量合同能源管理模式,50+10较容易为地产商接受。
相当于前期照明投资50元/平米价格。
多余部分由项目方投资建设。
地产商建设新能源应用,不增加投资。
每年地产商向项目建设方支付10元,相当于节能收益满打满算的60%。
此费用还包含维护和设备更换费用。
按理说,地产商是能够愿意接受这样的商业模式的。
但是鉴于现有的中国特点。
长期的效益体现,利益分配制度,却让这种模式难以实行,唯有同地产商进行高层顶层设计也许才能行通。