青藏高原光伏电站机房被动式太阳房的应用与效

　　摘要：光伏电站被动式太阳能机房是一种特殊的节能建筑。光伏电站机房内电气设备对运行环境温度有一定的要求，蓄电池室是光伏电站机房的核心部分，其环境温度对蓄电池的充放电性能和效率至关重要。采用被动式太阳能采暖房作为光伏电站机房是保证电站设备正常运行的最佳选择。

　　关键词：光伏电站,被动式,太阳房

　　1、离网型独立光伏电站建设

　　青海省地处青藏高原腹地，全省于2002年底前，通过“中澳”、“中日”等国际合作项目建成独立运行试验、示范性光伏电站20余座;2002年国家启动的“送电到乡”工程，在全国西部7个省的偏远无电乡建成独立运行光伏、风光互补电站663座，截至2006年底青海省建成“送电到乡”工程乡级独立光伏、风光互补电站112座;2005年启动的“中德财政合作青海省太阳能电站项目”，于2005年底项目一期建成光伏、光柴互补电站12座，项目二期于2007年底将建成光伏、光柴互补电站40余座;与此同时青海省内多渠道建成数十座气象站、通讯基站、道班等不同用途的独立光伏电站。青海省到2009年底可建成离网型独立光伏、风光互补、光柴互补电站200余座。

　　2、被动式太阳能机房应用

　　光伏电站机房中控制器、逆变器、蓄电池、柴油机等电气设备均对工作环境温度有相应的要求和限定，尤其是蓄电池对工作环境温度的要求更加严格，环境温度决定着蓄电池的充放电性能与效率，因此，蓄电池室是光伏电站机房中的核心部分。青藏高原地区气候严寒，冬季漫长，同时昼夜温差较大，恶劣的气候环境直接影响到了光伏电站机房内电气设备的工作环境温度;青藏高原地区所建设光伏电站地处偏远、交通状况很差，当地经济相对落后，常规能源匮乏，光伏电站无法通过常规能源解决电站机房的采暖问题;由于青藏高原具有丰富的太阳能资源，太阳辐射强度大、日照时间长，因此，利用被动式太阳房是实现光伏电站机房采暖的最有效途径，光伏电站被动式太阳能机房的应用可保证电站机房内电气设备的正常运行并延长其使用寿命，是一种最佳的机房采暖形式。

　　光伏电站被动式太阳能机房是一种特殊的节能建筑。其设计本着尽量多的吸收和储存太阳能和尽量减少建筑物的耗热损失为原则。

　　2.1光伏电站机房建筑布置

　　为了减少机房供热负荷应减少其外露表面，采用较小的建筑体形系数。机房应包括蓄电池室、控制室、柴油机室、值班室等功能部分，建筑进深应控制在4.80m以内，进深与层高的比值应小于1.60。机房的建筑布置应采用大开间、浅进深，且室内净高要适中，从而达到在平面布置上获得满意的建筑体形和最佳的采暖效果。

　　对于高寒地区太阳能建筑而言，良好的朝向非常重要，光伏电站机房方位选择正南布置，可使机房南立面提早接受太阳辐射，尽快启动太阳能采暖系统，及时向室内提供热量，从而获得明显的采暖效果和最佳节能收益。

　　光伏电站机房南立面太阳能采暖系统的最低点与其南向太阳电池方阵之间的日照间距应保证在冬至日太阳能采暖系统不被遮挡，其最小间距应满足S = H·ctg(αs)要求。式中S为太阳电池方阵与机房的最小间距，H为南向太阳电池方阵北缘最高点与机房南向吸热面最低点高差，αs为冬至日中午12时的太阳高度角。

　　2.2光伏电站机房围护结构设计

　　作为节能建筑，体型系数应严加控制且越小越好。光伏电站机房通常采用单体建筑，造型简单，立面没有高低错落，平面也无水平进退，由于建筑面积体量偏小，致使体型系数较大。因此，光伏电站被动式太阳能采暖机房必须着重加强围护结构的保温，以减少机房的热损失，提高节能率。围护结构的设计应综合考虑保温外墙、保温屋顶、节能门窗、蓄热地面、太阳能采暖系统等材料设备的选型、构造做法、施工技术难度和匹配方式。在加强围护结构保温的同时，设计中减少了北向开窗数量，加强了南向集热器的密封措施，做到总体上提高机房的保温绝热性能。

　　青海省在“送电到乡”工程和“中德财政合作青海省太阳能电站项目”中光伏电站被动式太阳能机房的建设中进行了围护结构和保温绝热构造的详尽和优化组合设计。

　　2.2.1保温外墙结构。外墙是建筑外围护的主要耗热结构，其性能的优劣直接关系到建筑的整体热性能，外墙设计还应重点克服和解决热桥损失。东西北保温外墙有两种做法，第一种为夹心保温墙构造,内层240砖墙，外层120砖墙，夹层120，内填膨胀珍珠(γ<100Kg/m3,λ=0.042W/m·K)，内外层砖墙用φ6连接钢筋拉结，双向600mm梅花形布置;第二种做法为夹心聚苯板保温墙构造,内层240砖墙，外层120砖墙，中层夹80聚苯乙烯泡沫保温板(ρ≥20kg/m3)，内外层砖墙用φ6连接钢筋拉结，双向600mm梅花形布置;第三种为外墙外保温构造体系,内层240砖墙，外层100聚苯乙烯泡沫保温板(ρ≥20kg/m3)。

　　2.2.2保温屋顶结构。屋面是建筑外围护的另一个主要耗热部位，同时屋面还肩负着较大的承载和建筑防止雨雪侵袭的作用。混凝土屋面常成为影响较大的热桥，应当采用合理构造减少热桥。第一种为采用300mm水泥珍珠岩保温层平屋顶构造;第二种为140mm FSG膨胀珍珠岩保温板(γ<250Kg/m3,λ=0.066W/m·K)坡屋顶构造，复合PVC吊顶;第三种内贴100mm聚苯乙烯泡沫保温板(ρ≥20kg/m3)现浇混凝土刚性防水坡屋顶构造。

　　2.2.3蓄热地面结构。地面是建筑外围护与大地的连接部位，其保温至关重要，其耗热损失占建筑耗热损失的15%左右，此外地面又是建筑中最有效的蓄热构造，地面的设计应满足蓄热和保温双层功效。第一种为120mm混凝土，350～500mm炉渣保温层，第二种为100mm混凝土，100mm聚苯乙烯泡沫保温板(ρ≥20kg/m3)保温层。

　　2.2.4节能门窗选择。门窗是建筑外围护保温最薄弱的部位，但是承担建筑通风采光功能却不可少，因此非向阳面的门窗要合理设计配置，并尽可能采用最小面积。应选用密封性能较好的节能门窗，外墙门窗应加设夜间保温装置，门窗框外围缝隙加强密封措施。外窗选择塑钢、涂层钢板、铝塑等中空玻璃窗或断热型中空玻璃窗;外门采用木制夹板保温门和铁制断热保温防盗门。

　　2.2.5通风换气热损失的控制。通风换气是改善室内舒适状况的重要途径，但又是建筑热损失的主要路径。在冬季，由室外换入室内的洁净空气气温很低，而排出的污浊空气却带走了热量。通风换气的热损失随着建筑维护保温性能的提高占建筑总热损失的比例也随之提高。因此应该对光伏电站被动式太阳能机房的通风换气进行严格的控制。

　　2.3光伏电站机房采暖系统选择

　　青海省已建成光伏电站被动式太阳能机房采用的主要太阳能采暖形式选择直接受益式、集热蓄热墙式、附加阳光间式和三种形式相结合的混合式。

　　光伏电站被动式太阳能采暖机房是依靠南立面透明吸热构件吸取太阳辐射能，因此必须有一定数量的南立面面积设置吸热构件方可满足室内采暖需求。被动式太阳房的南立面面积与被采暖房间地板面积之比应大于0.60。

　　为了保持光伏电站机房的室内温度相对稳定，被动式太阳能机房内必须具有一定数量的储热体，实现储存机房白天过量的太阳能满足维持夜间一定的室温。为此在机房的开间和进深尺寸满足蓄电池和控制设备要求前提下，尽可能多的设置储热体于太阳光线的直射范围。同时应加强光伏电站机房的夜间保温措施。

　　3、测试与分析

　　光伏电站被动式太阳能机房的测试经过了长期高密监测，根据不同的气候条件、建筑构造形式选择了8座光伏电站机房进行测试。测试采用YF-500无纸记录仪进行温度监测，每座机房分别在蓄电池室、控制室、柴油机房、值班室及室外环境设置了温度测试点;每座电站设置Si-01TCext型太阳能辐射测试仪一台。测试依据为《被动式太阳房技术条件和热性能测试方法》。

　　测试在无人居住无辅助热源的条件下，利用YF-500多通道温度记录仪，对室内、室外环境、集热蓄热墙体通风口进行了长期高密的实地、实时温度监测，经过测试数据的整理，分析了不同形式的被动式太阳房的采暖热性能，采暖期室内温度随室外气象条件以及太阳辐射强度的变化、室内温度在集热蓄热墙体作用下的波动情况以及不同天气情况下集热蓄热墙对室内温度的影响。通过对不同形式被动式太阳能采暖机房的分析比较，根据分析结果结合光伏电站的运行维护等因素综合考虑，提出青藏高原高寒地区最适宜的光伏电站被动式太阳能机房的围护结构形式和太阳能采暖方式。

　　通过青海省“送电到乡”和“中德财政合作青海太阳能电站”已建成光伏电站的测试表明：青藏高原光伏电站机房采用直接受益、集热蓄热墙、附加阳光间等不同方式的被动式太阳房均取得了良好的采暖效果。通过数据整理分析，不同类型的各种被动式太阳能机房冬季室内、室外最大温差达到了23.4℃;当冬季最冷月室外平均温度为-9.1℃时，光伏电站被动式太阳房蓄电池室的平均温度为4.2℃;室外极端气温-27.8℃时，蓄电池室最低室温为-3.5℃。被动式太阳能采暖机房可有效的保证光伏电站系统的正常运行。

　　4、结论与建议

　　4.1结论：青藏高原光伏电站机房采用直接受益、集热蓄热墙、附加阳光间集热方式及三种相结合的混合集热方式均可很好的满足光伏电站机房电气设备的工作环境温度要求，不同形式的被动式太阳能机房均可取得良好的采暖效果。

　　被动式太阳房在青藏高原光伏电站机房建设中具有得天独厚的应用前景，是保证电站机房内电气设备的正常运行并延长其使用寿命的一种最佳机房采暖形式。

　　光伏电站被动式太阳能机房室内、室外最大温差达23.4℃;蓄电池室最冷月平均室温大于4.2℃，最低室温大于-4.5℃，完全满足蓄电池设备的工作环境温度要求。

　　青藏高原光伏电站被动式太阳能机房的建设可充分利用当地建筑材料，光伏电站被动式太阳能机房的建设应本着减少运输量、降低投资成本为原则。青藏高原地区已建设的光伏电站被动式太阳能机房其建设成本比当地常规建筑增加投资20%左右。

　　4.2建议：青藏高原利用当地丰富的太阳能资源，光伏电站建设被动式太阳能机房是保证电站设备正常运行、提高运行效率、延长其使用寿命，实现机房采暖目的的最佳、最有效和最可行的途径。青藏高原地区光伏电站机房应全面采用被动式太阳能机房形式。

　　青藏高原地区被动式太阳能机房的建设应充分利用当地的地方建筑材料，进行合理的机房保温外墙、保温屋顶、节能门窗、蓄热地面和太阳能采暖系统等细部构造做法设计，最大可能的优化和提高被动式太阳能机房的经济效益性能比。

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文章名称： 青藏高原光伏电站机房被动式太阳房的应用与效

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