荷蘭光伏建筑在城市尺度下實現(xiàn)大規(guī)模應(yīng)用

時間:2013-09-09

來源:網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)載

導語:我國光伏建筑近兩年取得長足的發(fā)展,北京奧運會和上海世博會都涌現(xiàn)出光伏建筑的示范性項目,但光伏建筑在城市大范圍的應(yīng)用還比較少。

對于光伏組件的各個供貨商而言,該項目不僅提供了大規(guī)模的市場,也成為驗證和比較光伏產(chǎn)品及其系統(tǒng)各項性能的實驗場。項目初期出現(xiàn)了諸如逆變器不匹配、電路連接有誤等問題,項目后期設(shè)備方面的問題就大大減少了。光伏系統(tǒng)的運行和維護由能源電力公司ENECO負責,社區(qū)住戶光伏系統(tǒng)的所有權(quán)存在多種方式,但是運行維護的管理細則不明,出現(xiàn)的一些問題多與住戶對自家的光伏系統(tǒng)缺乏歸屬感、對光伏設(shè)備運行周期內(nèi)的經(jīng)濟成本沒有信心有關(guān)。

參與尼烏蘭光伏住區(qū)建設(shè)和運作的各方機構(gòu)和人員都在過程中獲取了寶貴的經(jīng)驗。從建筑師和規(guī)劃師的角度而言,光伏住區(qū)的設(shè)計有很大的挑戰(zhàn)性。為適應(yīng)充分利用太陽能的要求,規(guī)劃道路的走向須以東西向為宜。在建筑形體的設(shè)計上要考慮光伏的因素,在屋面和墻面留出合適的安裝位置。建筑的光伏屋頂不是簡單用光伏組件替代原有的建筑屋面材料,而要在構(gòu)造上兼顧光伏材料和屋面防水問題。在有些住宅的設(shè)計過程中,開發(fā)商希望看到光伏住宅帶有歐洲古典建筑的風格,但實踐證明這點難度太大,帶有高技派特色的光伏材料更適合以現(xiàn)代派的建筑形象出現(xiàn)。為嘗試新的建筑造型,建筑師考慮了改變光伏材料的顏色、設(shè)計不同尺寸的光伏組件等,他們希望用更新奇的設(shè)計來提高大家對光伏技術(shù)的興趣,推進其普及和應(yīng)用。總的看來,尼烏蘭住區(qū)證明了在城市尺度下大規(guī)模應(yīng)用光伏技術(shù)完全可行,而且建筑師如果在設(shè)計早期能得到更多的幫助和支持,并與其他專業(yè)人員密切配合,將有助于提升光伏建筑的設(shè)計水準。

光伏系統(tǒng)的管理

荷蘭地處歐洲西北部,瀕臨北海,在日耳曼語中“荷蘭”意為“低地之國”,其國土有一半以上低于或幾乎水平于海平面。荷蘭也是世界上人口密度最高的國家之一,它的人口密度超過400人/平方公里。為了生存和發(fā)展,荷蘭人竭力保護原本不大的國土,有序利用現(xiàn)有資源并十分重視環(huán)境保護?;诒緡茉窗踩蜏厥覛怏w減排的國際義務(wù),荷蘭政府對可再生能源發(fā)展采取了積極支持的態(tài)度,從20世紀80年代開始可再生能源的開發(fā)和利用,并于20世紀90年代末進入了發(fā)展高峰期。在此背景下,荷蘭的光伏建筑由建筑單體發(fā)展到城市規(guī)模的建筑群,尼烏蘭(Nieuwland)光伏住區(qū)是其中的典型代表。

尼烏蘭住區(qū)是荷蘭中部城市阿麥斯福(Amersfoort)的一片新開發(fā)居住區(qū),在當?shù)卣碗娏?yīng)商的支持下,尼烏蘭建成了全球首個規(guī)模達1兆峰瓦(太陽能裝置容量計算單位)的光伏住區(qū)。該住區(qū)包括500多棟住宅以及學校、幼兒園、運動中心等社區(qū)配套,這些建筑上安裝了總面積達1.2萬平方米的光伏組件,年發(fā)電量達1兆千瓦時,相當于300戶家庭的用電量。荷蘭當?shù)卣碗娏驹谠摰貐^(qū)發(fā)展光伏住區(qū)的考慮是:探討太陽能光伏大規(guī)模應(yīng)用對城市形態(tài)的影響,通過大規(guī)模使用光伏材料降低其生產(chǎn)成本,在光伏建筑設(shè)計和光伏電力系統(tǒng)設(shè)計上積累經(jīng)驗,驗證光伏系統(tǒng)運行維護方式和產(chǎn)權(quán)運作模式等。

光伏住區(qū)的規(guī)劃和建筑設(shè)計

建筑利用太陽能的潛力受到建筑朝向的影響,而在城市尺度下,建筑朝向與規(guī)劃的布局和道路的走向關(guān)系密切。為使每棟住宅盡可能利用太陽能,尼烏蘭住宅前的道路走向以東西向為主,住宅得以朝南。規(guī)劃預計每戶住宅20平方米以上面積的屋面和墻面可以安裝光伏板,500戶光伏規(guī)??蛇_1兆峰瓦以上。

為了能同時完成整個居住區(qū)規(guī)模的住宅設(shè)計,也為了激發(fā)建筑師設(shè)計光伏住宅的創(chuàng)造力,該住區(qū)又劃分成若干地塊,每個地塊上的建筑由一個建筑設(shè)計事務(wù)所負責主持設(shè)計。由于尼烏蘭住區(qū)是全球首個大規(guī)模的光伏住區(qū),參與設(shè)計的大多建筑師并沒有光伏建筑的設(shè)計經(jīng)驗,因此,政府為建筑師制作了一本設(shè)計幫助手冊,便于建筑師在住宅設(shè)計中考慮光伏組件布置的方位角和傾斜角,了解光伏組件的通風、光伏組件與屋面集成的構(gòu)造設(shè)計。最終,建筑師設(shè)計出形式多樣的光伏住宅,光伏組件朝向南、西南、東南,傾斜角在20度至90度之間。

此外,當?shù)氐哪茉措娏綬EMU(現(xiàn)合并到新的公司ENECO)還專門設(shè)計建造了樣板房——能量平衡住房(EnergyBalanceHome)。該樣板房設(shè)計基于3個原則:減少建筑運行時的能耗需求,利用可再生能源,使用可回收的建筑材料。160平方米的屋面安裝了97平方米的光伏組件,此外是帶透明玻璃的采光天窗和14平方米的太陽能熱水板,熱水板產(chǎn)生的熱水可供家庭使用。也可用于室內(nèi)采暖。

尼烏蘭光伏住區(qū)嘗試了多種不同的光伏系統(tǒng)產(chǎn)權(quán)模式和相應(yīng)的合同服務(wù)管理。該社區(qū)內(nèi)建筑的使用性質(zhì)有多種,有出售的住房、出租的公寓,還有社區(qū)公共的學校和運動中心。這些建筑內(nèi)的光伏系統(tǒng)或者歸能源電力公司所有,或者歸房產(chǎn)者所有。如果是出租房,租戶可以無償使用光伏產(chǎn)生電力的20%;如果是私有產(chǎn)權(quán)房,住戶以光伏設(shè)備成本價的25%購買戶內(nèi)整套光伏系統(tǒng)的所有權(quán),他們可以無償使用光伏產(chǎn)生的全部電力。10年之內(nèi),能源電力公司負責光伏設(shè)施的維護;10年之后,住戶和能源電力公司重新商定新的協(xié)議。

光伏住區(qū)的經(jīng)驗與啟示

在住戶搬進新房的前兩年,還能對光伏系統(tǒng)進行監(jiān)測,電力公司也大力宣傳其使用方法,光伏住宅的運行問題比較少;但隨后幾年,電力公司不再進行監(jiān)測,房子里面也可能住進了新人,很多住戶光伏系統(tǒng)的運行出現(xiàn)了棘手的問題??梢哉f,光伏系統(tǒng)的運行維護不存在任何技術(shù)性困難,問題來自于住戶與運營商之間的協(xié)調(diào)與溝通。

我國光伏建筑近兩年取得長足的發(fā)展,北京奧運會和上海世博會都涌現(xiàn)出光伏建筑的示范性項目,但光伏建筑在城市大范圍的應(yīng)用還比較少。國家于2009年7月出臺的《可再生能源建筑應(yīng)用城市示范實施方案》將加快太陽能光伏在我國由單體建筑走向城市尺度的步伐,荷蘭尼烏蘭光伏住區(qū)為我們提供了寶貴的經(jīng)驗。

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