現(xiàn)在,作為建設(shè)屋頂設(shè)置型大規(guī)模光伏發(fā)電系統(tǒng)的好選擇,擁有寬敞屋頂?shù)奈锪骰厥艿搅岁P(guān)注。福岡縣北九州市響灘的“響國際物流中心”的屋頂上建設(shè)的輸出功率為2兆瓦的光伏電站就是其中之一。在長邊為290米的長條形屋頂上,排列著8244枚太陽能電池板(圖1、圖2)。
圖1:在“響國際物流中心”的屋頂上設(shè)置的輸出功率為2兆瓦的光伏電站(攝影:日經(jīng)BP)
圖2:長達(dá)290米的屋頂上排列著8000多枚太陽能電池板(攝影:大和房建工業(yè))
響國際物流中心歸屬大和房建工業(yè)公司,由該公司向租戶出租(圖3)。屋頂上的百萬瓦級光伏電站是大和房建工業(yè)建設(shè),子公司大和能源公司充當(dāng)發(fā)電運(yùn)營商,向九州電力公司售電。按照大和能源的計(jì)劃,一年的售電收入約為8000萬日元,從開始發(fā)電的2012年10月算起,20年的總收入預(yù)計(jì)可達(dá)16億日元左右。
圖3:屋頂下是大型卡車進(jìn)出的物流中心
大和房建工業(yè)所有,由該公司向租戶出租。(攝影:日經(jīng)BP)
大和房建工業(yè)是日本國內(nèi)屈指可數(shù)的住宅企業(yè),經(jīng)營范圍覆蓋住宅到大型設(shè)施。因?yàn)闃I(yè)務(wù)的關(guān)系,該公司的優(yōu)勢在于確保土地和建筑施工。在光伏發(fā)電領(lǐng)域,以屋頂設(shè)置為中心,該公司擁有15年以上的經(jīng)驗(yàn)。而且,成立于1999年的大和能源憑借在日本各地設(shè)置的風(fēng)力發(fā)電設(shè),積累了雄厚的發(fā)電業(yè)務(wù)成果。
與大規(guī)模的大廈等構(gòu)造物相比,建設(shè)百萬瓦級光伏電站相對容易,給眾多企業(yè)提供了涉足的機(jī)會。在這樣的情況下,大和房建工業(yè)能夠依靠建設(shè)大量構(gòu)造物積累的知識和經(jīng)驗(yàn),發(fā)揮自己的優(yōu)勢,舉例來說,借助使用少量的鋼鐵制造出結(jié)實(shí)構(gòu)造的技術(shù),安全性和低成本得到了兼顧。
而對于在建筑等構(gòu)造物和光伏發(fā)電兩個領(lǐng)域都擁有豐富知識的大和房建集團(tuán),這次在響國際物流中心建設(shè)的屋頂設(shè)置型,是該公司經(jīng)手的第一座百萬瓦級光伏電站。
防范屋頂涂層受到負(fù)面影響
大和房建工業(yè)物業(yè)管理室課長西本良一強(qiáng)調(diào),在屋頂上建設(shè)光伏發(fā)電系統(tǒng)時,是以“盡可能不給建筑施加負(fù)擔(dān)”為前提。
畢竟作為建筑的所有者和租賃方,大和房建工業(yè)是建筑的行家,該公司無論如何都不希望安裝光伏發(fā)電系統(tǒng)給建筑帶來負(fù)面影響。
“盡可能不給建筑施加負(fù)擔(dān)”不單單是指不破壞屋頂?shù)臉?gòu)造和涂層等。還包括在開展發(fā)電業(yè)務(wù)的20年間,不能給屋頂?shù)木S護(hù)造成負(fù)面影響。
比方說,當(dāng)太陽能電池板的框架上生銹時,如果銹斑轉(zhuǎn)移到屋頂,有可能會損傷建筑。倘若出現(xiàn)了發(fā)生這種情況的跡象,那就需要馬上拆除生銹的太陽能電池板。
而且,屋頂?shù)耐繉佑惺褂媚晗?,短的情況下,防水涂層等需要5~10年重新噴涂一次。屋頂上設(shè)置的太陽能電池板不能影響噴涂。
因此,電池板在設(shè)置時,采用了方便目測確認(rèn)屋頂狀態(tài)的配置方法,以及不損傷屋頂?shù)墓潭ǚ椒ǖ取?
這次的物流中心鋪設(shè)的是大型設(shè)施常見的“瓦楞屋頂”,是一種V字紋路橫向排列的金屬屋頂。太陽能電池板在鋪設(shè)時既不能損傷屋頂?shù)耐呃?,也不能影響涂層,而且?qiáng)度還要保證不能被強(qiáng)風(fēng)刮跑。
符合這個要求的五金來自坂田制作所和日榮櫻天客公司。大和能源新能源業(yè)務(wù)部新能源項(xiàng)目主管足立義輝說:“這些五金使用的螺絲數(shù)量少,施工性優(yōu)良,給施工人員造成的負(fù)擔(dān)小。這樣一來,造成的施工失誤也有所減少,從而放大了設(shè)置時間短的優(yōu)勢。只要可施工性好,就能減少屋頂作業(yè)的天數(shù),也有助于削減成本?!?
固定避開排水槽
太陽能電池板使用五金固定在屋頂?shù)耐呃闵?。一枚太陽能電池板的長邊分別由3組五金支撐,共計(jì)6組(圖4)。
圖4:一枚太陽能電池板的長邊由六組五金支撐
在屋頂?shù)耐呃闵习惭b五金,一枚太陽能電池板橫跨三排瓦楞。(攝影:日經(jīng)BP)
1枚太陽能電池板橫跨屋頂?shù)?排瓦楞,每3排瓦楞基本排列28枚。每14枚為一個單位,組成串聯(lián)的太陽能電池板電路,叫作“串”(String),2個“串”排列在3排瓦楞上,分別與接線盒連接。但也存在例外。這是因?yàn)殡姵匕逶诎惭b的時候,避開了排氣口和構(gòu)造柔軟的地方(圖5)。
圖5:安裝避開排氣口周圍和構(gòu)造柔軟的部分
配置太陽能電池板考慮到了載重能力等。(攝影:日經(jīng)BP)
在安裝五金的時候,太陽能電池板的設(shè)計(jì)給安裝帶來了麻煩。京瓷公司制造的電池板在兩端和中央各設(shè)置了3條排水槽,受到位于中央的排水槽的影響,電池板的中央不能用五金固定。因此,為了把固定的位置錯開到電池板中央的旁邊,電池板與屋頂瓦楞的相對位置做了調(diào)整(圖6)。
圖6:在避開排水槽的地方用五金固定
調(diào)整了電池板相對于屋頂瓦楞的位置。(攝影:日經(jīng)BP)
簡化維護(hù)和縮短工期
而且,大和房建工業(yè)還抓住屋頂長達(dá)290米的特點(diǎn),在屋頂上鋪設(shè)軌道,使用推車來運(yùn)輸物資材料,借此縮短了工期。這樣的方式只有在熟悉屋頂各部分載重能力的前提下才能得以實(shí)現(xiàn)。
除此之外,施工還融入了許多的巧思和安排。首先是看上去非常牢固的樓梯和屋頂上的走廊(圖7)。這些是為了在人員較多的時候,方便上下和步行,其目的是確保檢查和維護(hù)的便利性和安全性。
圖7:看上去非常牢固的樓梯和屋頂上的走廊
重視檢查和維護(hù)的便利性和安全性。(攝影:日經(jīng)BP)
接線盒采用直立設(shè)置也是出于對運(yùn)營和維護(hù)時的可操作性的考慮(圖8)。但是,直立設(shè)置需要耐受風(fēng)壓,設(shè)置使用的五金十分扎實(shí),相當(dāng)引人注目。
圖8:接線盒直立設(shè)置,方便操作
因?yàn)槭侵绷⒃O(shè)置,所以需要使用扎實(shí)的五金抵抗風(fēng)壓。(攝影:日經(jīng)BP)
因?yàn)槭堑谝淮卧谖蓓斏显O(shè)置,這次的光伏發(fā)電系統(tǒng)還肩負(fù)著檢驗(yàn)的重任,安裝了電源、灑水龍頭、日射強(qiáng)度傳感器、溫度傳感器、遠(yuǎn)程監(jiān)控?cái)z像頭等發(fā)電系統(tǒng)運(yùn)營需要的設(shè)備,并將其運(yùn)用到了維護(hù)等方面(圖9)。經(jīng)判斷,其中某些設(shè)備無需配備,在今后建設(shè)的屋頂設(shè)置型大規(guī)模發(fā)電系統(tǒng)中將加以省略。
圖9:在屋頂上設(shè)置了發(fā)電系統(tǒng)運(yùn)營需要的設(shè)備
左起依次是灑水龍頭、日射強(qiáng)度傳感器、溫度傳感器。(攝影:日經(jīng)BP)
在光伏發(fā)電系統(tǒng)中,太陽能電池板為京瓷制造,大功率光伏逆變器(PCS)為東芝三菱電機(jī)產(chǎn)業(yè)系統(tǒng)公司(TMEIC)制造。之所以選擇京瓷制造的太陽能電池板,是因?yàn)檫@里地處沿海,存在鹽害的影響,而京瓷的電池板曾經(jīng)得到電源開發(fā)公司在附近建設(shè)的“響灘光伏電站”的采用,TMEIC制造的功率調(diào)節(jié)器則是憑借優(yōu)秀的綜合評價贏得了青睞。
還能起到保護(hù)屋頂和隔熱的效果
在大型構(gòu)造物的屋頂上設(shè)置的光伏發(fā)電系統(tǒng)除了發(fā)電之外,還有其他的優(yōu)點(diǎn)。大和房建工業(yè)經(jīng)營策劃部業(yè)務(wù)策劃推進(jìn)集團(tuán)高級主任園部惠武強(qiáng)調(diào):“太陽能電池板能夠充當(dāng)屋頂?shù)谋Wo(hù)層,起到保護(hù)屋頂、提高隔熱效果的作用。”
在保護(hù)屋頂方面,光伏發(fā)電系統(tǒng)能夠起到防止屋頂受損、遏制劣化的效果。實(shí)際上,在這次建設(shè)百萬瓦級光伏電站的過程中,一架遙控直升飛機(jī)曾經(jīng)墜落在屋頂上,導(dǎo)致太陽能電池板受損。如果沒有設(shè)置太陽能電池板,恐怕屋頂將會受到損傷。而遏制屋頂劣化的作用則是來源于防止陽光直射屋頂。
在隔熱效果方面,光伏發(fā)電系統(tǒng)有助于減少建筑內(nèi)的空調(diào)成本。大和房建工業(yè)正在岡山工廠,利用第二工廠屋頂上設(shè)置的輸出功率為816千瓦的光伏發(fā)電系統(tǒng),對隔熱效果進(jìn)行檢驗(yàn)。通過對比屋頂和工廠內(nèi)的溫度,對其影響進(jìn)行評價。在今后,這些優(yōu)點(diǎn)或許將成為屋頂設(shè)置型光伏發(fā)電系統(tǒng)普及的武器。
現(xiàn)在,岡山工廠的光伏發(fā)電系統(tǒng)正在對眾多太陽能電池板和五金等進(jìn)行比較及檢驗(yàn)。僅太陽能電池板,就安裝了韓國LG電子公司制造的單晶硅型約207千瓦,夏普公司制造的多晶硅型約202千瓦,尚德太陽能公司制造的多晶硅型約205千瓦,SolarFrontier公司制造的薄膜型約202千瓦,每種電池板朝南朝北各設(shè)置約100千瓦,分別對發(fā)電效率和發(fā)電量進(jìn)行檢測。
●設(shè)施概要
設(shè)施名稱響國際物流中心
地址福岡縣北九州市若松區(qū)響町3-1-5
建筑所有者大和房建工業(yè)
屋頂面積2.32萬平方米
屋頂構(gòu)造單層高架地板式鋼筋構(gòu)造
發(fā)電運(yùn)營商大和能源
發(fā)電容量2兆瓦(太陽能電池板容量:約2.3兆瓦)
發(fā)電開始時間2012年10月
設(shè)計(jì)大和能源
采購及施工大和房建工業(yè)
太陽能電池板京瓷制造
功率調(diào)節(jié)器(PCS)東芝三菱電機(jī)產(chǎn)業(yè)系統(tǒng)(TMEIC)制造
五金坂田制作所制造
運(yùn)營維護(hù)(O&M)大和能源