光伏建筑在城市大規(guī)模應(yīng)用

【中玻網(wǎng)】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較高的國家之一，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(hù)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(hù)�；诒緡茉窗踩蜏厥覛怏w減排的全部義務(wù)，荷蘭相關(guān)部門對可更新能源發(fā)展采取了積較支持的態(tài)度，從20世紀(jì)80年代開始可更新能源的開發(fā)和利用，并于20世紀(jì)90年代末進(jìn)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(dāng)?shù)叵嚓P(guān)部門和電力供應(yīng)商的支持下，尼烏蘭建成了大部分國家較早的規(guī)模達(dá)1兆峰瓦(太陽能裝置容量計(jì)算單位)的光伏住區(qū)。該住區(qū)包括500多棟住宅以及學(xué)校、幼兒園、運(yùn)動中心等社區(qū)配套，這些建筑上安裝了總面積達(dá)1.2萬平方米的光伏組件，年發(fā)電量達(dá)1兆千瓦時，相當(dāng)于300戶家庭的用電量。荷蘭當(dāng)?shù)叵嚓P(guān)部門和電力公司在該地區(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(jì)和光伏電力系統(tǒng)設(shè)計(jì)上積累經(jīng)驗(yàn)，驗(yàn)證光伏系統(tǒng)運(yùn)行維護(hù)方式和產(chǎn)權(quán)運(yùn)作模式等。
　　
　　光伏住區(qū)的規(guī)劃和建筑設(shè)計(jì)
　　
　　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?yàn)橹�，住宅得以朝南。�?guī)劃預(yù)計(jì)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)模可達(dá)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(jì)，也為了激發(fā)建筑師設(shè)計(jì)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(jì)事務(wù)所負(fù)責(zé)主持設(shè)計(jì)。由于尼烏蘭住區(qū)是大部分國家較早的大規(guī)模的光伏住區(qū)，參與設(shè)計(jì)的大多建筑師并沒有光伏建筑的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，因此，相關(guān)部門為建筑師制作了一本設(shè)計(jì)幫助手冊，便于建筑師在住宅設(shè)計(jì)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(fēng)、光伏組件與屋面集成的構(gòu)造設(shè)計(jì)。較終，建筑師設(shè)計(jì)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(dāng)?shù)氐哪茉措娏綬EMU(現(xiàn)合并到新的公司ENECO)還專門設(shè)計(jì)建造了樣板房——能量平衡住房(EnergyBalanceHome)。該樣板房設(shè)計(jì)基于3個原則：減少建筑運(yùn)行時的能耗需求，利用可更新能源，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。
　　
　　光伏系統(tǒng)的管理
　　
　　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、出租的小樓，還有社區(qū)公共的學(xué)校和運(yùn)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(fù)責(zé)光伏設(shè)施的維護(hù)；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(yàn)與啟示
　　
　　參與尼烏蘭光伏住區(qū)建設(shè)和運(yùn)作的各方機(jī)構(gòu)和人員都在過程中獲取了寶貴的經(jīng)驗(yàn)。從建筑師和規(guī)劃師的角度而言，光伏住區(qū)的設(shè)計(jì)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?yàn)橐�。在建筑形體的設(shè)計(jì)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(jì)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(fēng)格，但實(shí)踐證明這點(diǎn)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(jì)不同尺寸的光伏組件等，他們希望用更新奇的設(shè)計(jì)來提高大家對光伏技術(shù)的興趣，推進(jìn)其普及和應(yīng)用�？偟目磥恚釣跆m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(jì)早期能得到更多的幫助和支持，并與其他有經(jīng)驗(yàn)人員密切配合，將有助于提升光伏建筑的設(shè)計(jì)水準(zhǔn)。
　　
　　對于光伏組件的各個供貨商而言，該項(xiàng)目不僅提供了大規(guī)模的市場，也成為驗(yàn)證和比較光伏產(chǎn)品及其系統(tǒng)各項(xiàng)性能的實(shí)驗(yàn)場。項(xiàng)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(xiàng)目后期設(shè)備方面的問題就大大減少了。光伏系統(tǒng)的運(yùn)行和維護(hù)由能源電力公司ENECO負(fù)責(zé)，社區(qū)住戶光伏系統(tǒng)的所有權(quán)存在多種方式，但是運(yùn)行維護(hù)的管理細(xì)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(yùn)行周期內(nèi)的經(jīng)濟(jì)成本沒有信心有關(guān)。
　　
　　在住戶搬進(jìn)新房的前兩年，還能對光伏系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)測，電力公司也大力宣傳其使用方法，光伏住宅的運(yùn)行問題比較少；但隨后幾年，電力公司不再進(jìn)行監(jiān)測，房子里面也可能住進(jìn)了新人，很多住戶光伏系統(tǒng)的運(yùn)行出現(xiàn)了棘手的問題�？梢哉f，光伏系統(tǒng)的運(yùn)行維護(hù)不存在任何技術(shù)性困難，問題來自于住戶與運(yùn)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(yùn)會和上海世博會都涌現(xiàn)出光伏建筑的示范性項(xiàng)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《可更新能源建筑應(yīng)用城市示范實(shí)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(yàn)。