太阳能发电在新机场中的规建思考

刘育华

摘 要 不同类型太阳能电池组件主要技术参数、适用的设备构架及系统综合价值，给出项目方案阶段经济性评估的简单计算方法。对机场片区各类建筑的屋面光伏和场地上的地面光伏的应用方案和注意事项进行介绍分析，最后阐述机场光伏在抗台风、防火和防眩光这三个方面影响并提出解决方案。

关键词 太阳能光伏;光伏机场;太阳能电池;航站楼光伏;停车场光伏;光伏防火;光伏眩光

概述

机场作为高能耗的公共建筑，是实施节能减排的重要对象。机场片区场地的空旷、建筑的大体量对实施分布式光伏有诸多有利条件，但机场运行和安全的高要求在一定程度上限制了机场光伏的大规模应用。本文结合国内外机场光伏案例和相关的光伏课题研究成果，就新建机场中光伏的规划建设展开探讨。

1国内外光伏机场案例

国内机场已建成的太阳能光伏系统有深圳宝安国际机场、上海虹桥机场、浦东机场、杭州萧山国际机场、北京首都机场、无锡硕放国际机场等;新建或在建机场中应用光伏的有广州白云机场T2航站楼、青岛新机场和北京大兴国际机场等。其中无锡硕放国际机场采用光伏玻璃设置于航站楼采光天窗，广州白云机场设置在T2航站楼屋面，其余大部分机场是设置在货站或停车楼屋面上。

2场地资源评价

太阳能光伏项目应用的前提条件是对该地区的光照资源进行评估，根据国家气象局太阳能评估中心划分标准，我国太阳能资源地区分为五类，详表1。

按资源分类，一、二、三类地区具有太阳能应用的良好条件;四、五类地区的应用条件则较差。但资源状况只是评估项目可行的一个前提条件，具体项目还须结合场地条件进行经济性和适用性分析。

3组件选择和经济性分析

（1）光伏组件的选择。从环境的匹配性上分析，单晶硅适合太阳辐射强，多晴天地区。多晶硅和铜铟镓硒受太阳辐照影响较大，不适合在太阳辐射变化大，四季分明的地区使用。碲化镉弱光性好，在太阳辐射量较高，少云或多云地区，碲化镉有优势。

（2）光伏组件的选择。根据表3可以测算出规划项目光伏的总装机容量和总投资。根据装机容量，可以计算出年发电量：首年发电量=每瓦年有效小时数×装机容量×系统输出效率（可取0.8）×安装角度造成功率折减。所在地每瓦年有效小时数可以通过查询太阳能资源分布表获得。安装角度造成功率的折减可按图1确定。

以福建厦门某1000平方米的屋面为例，采用单晶硅、最佳角度铺设方案：

总装机容量=1000平×110 瓦/平=110千瓦;

首年发电量=1121.68小时×110千瓦×0.8×1=98707 度;

假设全部自发自用，国家补贴0.37元/度，峰时段工业用电电价1元/度，则：首年收益=98707 度×（1+0.37）元/度=13.5万元;

项目总投资=110千瓦×7元/瓦=77万元;

如不考虑运行管理费用（0.1-0.2元每瓦每年）、银行贷款利息、光伏系统每年1%～2%的衰减，静态回收周期约5.7年。

此方法的经济测算与专业的测算及实际运行数据会有一定的差距，但在项目初期，作为项目投资评估还是有一定的意义的，投资方可根据此评估确定下步工作方向[1]。

4机场光伏的应用方案

（1）航站楼、GTC的光伏方案。航站楼、GTC的光伏应用可以考虑屋面光伏和幕墙光伏。屋面光伏按混凝土屋面和钢构屋面两类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铺或近最佳倾角安装，对于斜屋面可以采用结合建设的一体化建设方案，此方案光伏板可替代屋面装饰材料，即可节省投资，还能发电获利，一举两得。应用方案确定后，光伏设计应与主体设计同步，结合主体建设做好基础构件预埋。前期如未做好预埋，后期光伏必须采用配重式安装，会导致抗风性差同时还增加投资。

2）钢构屋面的光伏方案。对于钢构屋面，可以采用光伏板或薄膜形式。钢构屋面安装光伏系统应重点考虑抗台风和外观色调的影响。因此，并不是所有钢构屋面都适合安装带支架的光伏系统，对于铝镁锰合金板或镀铝锌板等采用直立锁边形式的屋面，光伏支架可以采用夹持形式在屋面板的直立边上安装，目前大部分屋面是采用这种形式。但对于不锈钢屋面，板与板由于是采用焊接，无法进行夹持，因此不具备安装条件。但可以采用薄膜形式，光伏薄膜为粘贴安装，不存在抗风问题，且宽度可以根据板与板的锁边间距定制，所以基本上适用于大部分的钢构屋面。光伏薄膜有多种色调可选，但考虑到光电效率，基本上是以深色调为主，而金属屋面一般为银白色，两者存在较大的色差（采用光伏板也存在同样问题）。因此，外观色调的协调统一是钢构屋面应用光伏重点需要考虑的。

（1）停车楼、停车场的光伏方案。对于顶层露天的停车楼或停车场，可采用车棚光伏的应用方案，即在钢构车棚上铺设光伏板或采用光伏薄膜直贴。此种方案存在最大的问题就是相对于有绿化景观的屋面，钢构车棚光伏在很大程度上会影响整个停车场观感。因此，对钢构车棚光伏的设计应考虑与周边建筑群的协调统一，建议采用单臂支撑的构造，同时结合绿化，分散式布置。对于非露天停车楼，特别是航站楼前的停车楼，如果屋面要实施光伏，建议采用应采用BIPV，即建筑光伏一体化的建设方案，达到整体风格与航站楼的融合统一。

（3）货站光伏建设方案。货站屋面一般为钢构屋面，因此，屋面光伏的形式可参照上述航站楼钢构屋面光伏进行建设。不同的是，航站楼屋面光伏发电量可能基本上是完全消纳，货站因自身用电量较小，如果屋面满铺建设，可能会有余电。因此，货站光伏应根据自身和周边配套建筑用电量，结合余电上网收益进行综合的经济性分析，确定建设规模和进行分期建设的预留。

（4）灯光站、消防站等飞行区配套用房光伏方案。灯光站、消防站、场务用房、应急仓库等飞行区配套用房的屋面面积一般在1000～3000多平方米左右，可装机容量几十到几百千瓦。虽然容量不大，但在光照条件较好的地区，每年也可产生几十万的收益，而且用发电量基本能自发自用，效益较高。此部分屋面光伏可采用平铺或最佳倾角安装，两种安装方式因装机容量和发电效率不一样，最终的收益也有所差别，应进行评估后选择最优方案。另外，配套用房一般位于跑道周边，因此，光伏铺设应考虑反光对飞机起降的影响。

（5）地面光伏。新建机可用于地面光伏的主要为远期规划用地和飞行区内空地。远期规划用地如分期建设的远期航站楼用地，远期的公务机预留用地，远期的跑道等。此类用地面积大，装机容量可观，适合地面电站建设。但远期用地存在启用时间不确定问题，有可能在光伏项目的成本回收期内动工建设，造成损失。因此，此类场地的利用应对项目建设时间做充分评估再确定是否可行。另一种开发建设模式是机场出租空地，由一些能源公司来投资建设，双方在场地利用时间上事先协商好。由于能源公司可以利用自身项目资源优势，解决因场地启用建设造成的光伏搬迁再利用问题，此种模式双方可以达到合作共赢的目的，可行性较高。

飞行区内空地主要包括跑道及滑行道与站坪间的土面区、灯光站附近空地和其他无建设规划的空地。土面区的光伏目前存在限制条件，即光伏系统设备可能对土面区的标识标牌存在遮挡和光伏系统支架等不满足跑道周边的设备为易折件的要求。

（6）围场河等水面区光伏。对于机场的围场河及调蓄水面，也可以考虑采用水面光伏方案。水面光伏一般采用管桩或一体化浮筒方案，其成本会比地面光伏高10%以上，且后期运营成本会也会较高，因此，除非在光照资源非常丰富，光伏发电能获得较可观收益的地区考虑建设，其余建议还是以地面或屋面光伏为主。

5优选的配电系统构架

由于国家电网光伏发电电价的阶段性递减政策，是否返送电网还是自用，以及10kv还是400v返送选择，都是在规划建设期间要充分考量的。以下以航站楼为例：某新建机场航站楼面积60多万平，按照1/3按照太阳能来计算，光伏发電面积只能达到不足20%白天照明用电量的要求，所以自发自用理应首选。

根据民航用电一级负荷的要求，两个来自不同供电间隔的双回路供电即能符合，加上我们所说的光伏发电就是三回路供电，如果采用光伏发电在满足供电质量的前提下优先的原则那对航站楼内用电是一个极好的节能、绿色的构架。

综合上述航站楼三路进线的控制设计中加以深化对入网逆变返送电网及三路电源光伏发电回路优先原则;货站、停车场（楼）以此类推。盈余时段光伏发电给UPS等备用电源充电以及光伏发电储备电源电池公用蓄电池系统等在规划设计中也有很大的研究价值，可以形成新的优秀机场供电构架。

6光伏对机场的主要影响

由于机场对运行、安全的高要求，机场的光伏建设重点要考虑以下三个方面的影响：

一是满足抗台风的要求。特是航站楼钢构屋面的光伏系统，如果抗台强度不足可能会使屋面铝板被撕裂，导致屋面被掀引起的一系列连锁破坏。另外，机场片区属人员密集场所，光伏板的脱落还有可能导致人员伤亡。因此，屋面光伏须有抗台风的加强措施，包括加密光伏支架与屋面的夹接点数，光伏板的固定扣件选用强度较高的产品等。二是满足防火要求。因光伏板质量、线缆选择不合理、施工质量不过关等问题都有可能引发屋面光伏系统自燃。因此，光伏板最好选择能满足A级耐火要求的产品，线缆也应选用阻燃耐火型，且应根据场所户外温升对电缆的载流量进行矫正。另外，可考虑安装光伏电站火灾监控系统进行早期防控。三是眩光影响。机场光伏应重点评估对塔台、飞机起落的眩光影响。国内有研究机构对多晶硅太阳能组件进行了镜面反射和漫反射检测，漫反射测试结果是反射率低于幕墙玻璃和彩钢板的反射值，镜面反射测试结果是反射率低于幕墙玻璃的反射值。但实际情况是低反射值并不代表没有反射，从现场实际观测结果看，在反射角方向还是存在较强的眩光影响。眩光的影响可委托专业的光环境分析机构进行评估。

7结束语

目前，国内机场迎来了新一轮的建设发展，机场光伏应用案例也越来越多，但总体的应用还是较为谨慎，光伏发电占电能比例不如国外一些机场。本文根据相关新机场光伏应用的调研了解，抛砖引玉，不足之处请行业人士多多指正，也希望大家一起出谋划策，共同推进“节能机场（降低航站楼人流耗能指标）”“绿色机场”的建设。

参考文献

[1] 王安罗，刘绍海.常州机场航站楼太阳能光伏发电站系统[J].中国科技纵横，2011（12）：249.