太陽能發電在新機場中的規建思考

劉育華

摘 要 不同類型太陽能電池組件主要技術參數、適用的設備構架及系統綜合價值，給出項目方案階段經濟性評估的簡單計算方法。對機場片區各類建筑的屋面光伏和場地上的地面光伏的應用方案和注意事項進行介紹分析，最后闡述機場光伏在抗臺風、防火和防眩光這三個方面影響并提出解決方案。

關鍵詞 太陽能光伏;光伏機場;太陽能電池;航站樓光伏;停車場光伏;光伏防火;光伏眩光

概述

機場作為高能耗的公共建筑，是實施節能減排的重要對象。機場片區場地的空曠、建筑的大體量對實施分布式光伏有諸多有利條件，但機場運行和安全的高要求在一定程度上限制了機場光伏的大規模應用。本文結合國內外機場光伏案例和相關的光伏課題研究成果，就新建機場中光伏的規劃建設展開探討。

1國內外光伏機場案例

國內機場已建成的太陽能光伏系統有深圳寶安國際機場、上海虹橋機場、浦東機場、杭州蕭山國際機場、北京首都機場、無錫碩放國際機場等;新建或在建機場中應用光伏的有廣州白云機場T2航站樓、青島新機場和北京大興國際機場等。其中無錫碩放國際機場采用光伏玻璃設置于航站樓采光天窗，廣州白云機場設置在T2航站樓屋面，其余大部分機場是設置在貨站或停車樓屋面上。

2場地資源評價

太陽能光伏項目應用的前提條件是對該地區的光照資源進行評估，根據國家氣象局太陽能評估中心劃分標準，我國太陽能資源地區分為五類，詳表1。

按資源分類，一、二、三類地區具有太陽能應用的良好條件;四、五類地區的應用條件則較差。但資源狀況只是評估項目可行的一個前提條件，具體項目還須結合場地條件進行經濟性和適用性分析。

3組件選擇和經濟性分析

（1）光伏組件的選擇。從環境的匹配性上分析，單晶硅適合太陽輻射強，多晴天地區。多晶硅和銅銦鎵硒受太陽輻照影響較大，不適合在太陽輻射變化大，四季分明的地區使用。碲化鎘弱光性好，在太陽輻射量較高，少云或多云地區，碲化鎘有優勢。

（2）光伏組件的選擇。根據表3可以測算出規劃項目光伏的總裝機容量和總投資。根據裝機容量，可以計算出年發電量：首年發電量=每瓦年有效小時數×裝機容量×系統輸出效率（可取0.8）×安裝角度造成功率折減。所在地每瓦年有效小時數可以通過查詢太陽能資源分布表獲得。安裝角度造成功率的折減可按圖1確定。

以福建廈門某1000平方米的屋面為例，采用單晶硅、最佳角度鋪設方案：

總裝機容量=1000平×110 瓦/平=110千瓦;

首年發電量=1121.68小時×110千瓦×0.8×1=98707 度;

假設全部自發自用，國家補貼0.37元/度，峰時段工業用電電價1元/度，則：首年收益=98707 度×（1+0.37）元/度=13.5萬元;

項目總投資=110千瓦×7元/瓦=77萬元;

如不考慮運行管理費用（0.1-0.2元每瓦每年）、銀行貸款利息、光伏系統每年1%～2%的衰減，靜態回收周期約5.7年。

此方法的經濟測算與專業的測算及實際運行數據會有一定的差距，但在項目初期，作為項目投資評估還是有一定的意義的，投資方可根據此評估確定下步工作方向[1]。

4機場光伏的應用方案

（1）航站樓、GTC的光伏方案。航站樓、GTC的光伏應用可以考慮屋面光伏和幕墻光伏。屋面光伏按混凝土屋面和鋼構屋面兩類可采用不同的建設方案。

1）混凝土屋面的光伏方案。混凝土屋面光伏板可采用平鋪或近最佳傾角安裝，對于斜屋面可以采用結合建設的一體化建設方案，此方案光伏板可替代屋面裝飾材料，即可節省投資，還能發電獲利，一舉兩得。應用方案確定后，光伏設計應與主體設計同步，結合主體建設做好基礎構件預埋。前期如未做好預埋，后期光伏必須采用配重式安裝，會導致抗風性差同時還增加投資。

2）鋼構屋面的光伏方案。對于鋼構屋面，可以采用光伏板或薄膜形式。鋼構屋面安裝光伏系統應重點考慮抗臺風和外觀色調的影響。因此，并不是所有鋼構屋面都適合安裝帶支架的光伏系統，對于鋁鎂錳合金板或鍍鋁鋅板等采用直立鎖邊形式的屋面，光伏支架可以采用夾持形式在屋面板的直立邊上安裝，目前大部分屋面是采用這種形式。但對于不銹鋼屋面，板與板由于是采用焊接，無法進行夾持，因此不具備安裝條件。但可以采用薄膜形式，光伏薄膜為粘貼安裝，不存在抗風問題，且寬度可以根據板與板的鎖邊間距定制，所以基本上適用于大部分的鋼構屋面。光伏薄膜有多種色調可選，但考慮到光電效率，基本上是以深色調為主，而金屬屋面一般為銀白色，兩者存在較大的色差（采用光伏板也存在同樣問題）。因此，外觀色調的協調統一是鋼構屋面應用光伏重點需要考慮的。

（1）停車樓、停車場的光伏方案。對于頂層露天的停車樓或停車場，可采用車棚光伏的應用方案，即在鋼構車棚上鋪設光伏板或采用光伏薄膜直貼。此種方案存在最大的問題就是相對于有綠化景觀的屋面，鋼構車棚光伏在很大程度上會影響整個停車場觀感。因此，對鋼構車棚光伏的設計應考慮與周邊建筑群的協調統一，建議采用單臂支撐的構造，同時結合綠化，分散式布置。對于非露天停車樓，特別是航站樓前的停車樓，如果屋面要實施光伏，建議采用應采用BIPV，即建筑光伏一體化的建設方案，達到整體風格與航站樓的融合統一。

（3）貨站光伏建設方案。貨站屋面一般為鋼構屋面，因此，屋面光伏的形式可參照上述航站樓鋼構屋面光伏進行建設。不同的是，航站樓屋面光伏發電量可能基本上是完全消納，貨站因自身用電量較小，如果屋面滿鋪建設，可能會有余電。因此，貨站光伏應根據自身和周邊配套建筑用電量，結合余電上網收益進行綜合的經濟性分析，確定建設規模和進行分期建設的預留。

（4）燈光站、消防站等飛行區配套用房光伏方案。燈光站、消防站、場務用房、應急倉庫等飛行區配套用房的屋面面積一般在1000～3000多平方米左右，可裝機容量幾十到幾百千瓦。雖然容量不大，但在光照條件較好的地區，每年也可產生幾十萬的收益，而且用發電量基本能自發自用，效益較高。此部分屋面光伏可采用平鋪或最佳傾角安裝，兩種安裝方式因裝機容量和發電效率不一樣，最終的收益也有所差別，應進行評估后選擇最優方案。另外，配套用房一般位于跑道周邊，因此，光伏鋪設應考慮反光對飛機起降的影響。

（5）地面光伏。新建機可用于地面光伏的主要為遠期規劃用地和飛行區內空地。遠期規劃用地如分期建設的遠期航站樓用地，遠期的公務機預留用地，遠期的跑道等。此類用地面積大，裝機容量可觀，適合地面電站建設。但遠期用地存在啟用時間不確定問題，有可能在光伏項目的成本回收期內動工建設，造成損失。因此，此類場地的利用應對項目建設時間做充分評估再確定是否可行。另一種開發建設模式是機場出租空地，由一些能源公司來投資建設，雙方在場地利用時間上事先協商好。由于能源公司可以利用自身項目資源優勢，解決因場地啟用建設造成的光伏搬遷再利用問題，此種模式雙方可以達到合作共贏的目的，可行性較高。

飛行區內空地主要包括跑道及滑行道與站坪間的土面區、燈光站附近空地和其他無建設規劃的空地。土面區的光伏目前存在限制條件，即光伏系統設備可能對土面區的標識標牌存在遮擋和光伏系統支架等不滿足跑道周邊的設備為易折件的要求。

（6）圍場河等水面區光伏。對于機場的圍場河及調蓄水面，也可以考慮采用水面光伏方案。水面光伏一般采用管樁或一體化浮筒方案，其成本會比地面光伏高10%以上，且后期運營成本會也會較高，因此，除非在光照資源非常豐富，光伏發電能獲得較可觀收益的地區考慮建設，其余建議還是以地面或屋面光伏為主。

5優選的配電系統構架

由于國家電網光伏發電電價的階段性遞減政策，是否返送電網還是自用，以及10kv還是400v返送選擇，都是在規劃建設期間要充分考量的。以下以航站樓為例：某新建機場航站樓面積60多萬平，按照1/3按照太陽能來計算，光伏發電面積只能達到不足20%白天照明用電量的要求，所以自發自用理應首選。

根據民航用電一級負荷的要求，兩個來自不同供電間隔的雙回路供電即能符合，加上我們所說的光伏發電就是三回路供電，如果采用光伏發電在滿足供電質量的前提下優先的原則那對航站樓內用電是一個極好的節能、綠色的構架。

綜合上述航站樓三路進線的控制設計中加以深化對入網逆變返送電網及三路電源光伏發電回路優先原則;貨站、停車場（樓）以此類推。盈余時段光伏發電給UPS等備用電源充電以及光伏發電儲備電源電池公用蓄電池系統等在規劃設計中也有很大的研究價值，可以形成新的優秀機場供電構架。

6光伏對機場的主要影響

由于機場對運行、安全的高要求，機場的光伏建設重點要考慮以下三個方面的影響：

一是滿足抗臺風的要求。特是航站樓鋼構屋面的光伏系統，如果抗臺強度不足可能會使屋面鋁板被撕裂，導致屋面被掀引起的一系列連鎖破壞。另外，機場片區屬人員密集場所，光伏板的脫落還有可能導致人員傷亡。因此，屋面光伏須有抗臺風的加強措施，包括加密光伏支架與屋面的夾接點數，光伏板的固定扣件選用強度較高的產品等。二是滿足防火要求。因光伏板質量、線纜選擇不合理、施工質量不過關等問題都有可能引發屋面光伏系統自燃。因此，光伏板最好選擇能滿足A級耐火要求的產品，線纜也應選用阻燃耐火型，且應根據場所戶外溫升對電纜的載流量進行矯正。另外，可考慮安裝光伏電站火災監控系統進行早期防控。三是眩光影響。機場光伏應重點評估對塔臺、飛機起落的眩光影響。國內有研究機構對多晶硅太陽能組件進行了鏡面反射和漫反射檢測，漫反射測試結果是反射率低于幕墻玻璃和彩鋼板的反射值，鏡面反射測試結果是反射率低于幕墻玻璃的反射值。但實際情況是低反射值并不代表沒有反射，從現場實際觀測結果看，在反射角方向還是存在較強的眩光影響。眩光的影響可委托專業的光環境分析機構進行評估。

7結束語

目前，國內機場迎來了新一輪的建設發展，機場光伏應用案例也越來越多，但總體的應用還是較為謹慎，光伏發電占電能比例不如國外一些機場。本文根據相關新機場光伏應用的調研了解，拋磚引玉，不足之處請行業人士多多指正，也希望大家一起出謀劃策，共同推進“節能機場（降低航站樓人流耗能指標）”“綠色機場”的建設。

參考文獻

[1] 王安羅，劉紹海.常州機場航站樓太陽能光伏發電站系統[J].中國科技縱橫，2011（12）：249.