微型太阳能发电系统别墅太阳能热水系统太阳能厂家排名

　　式中：i为屋顶范例，暗示平屋顶或坡屋顶；Ai为i类屋顶实践面积，即平屋顶为Af，坡屋顶为Ap,r；Ri,e为i类屋顶面积的操纵率。

　　2018年，中国大陆城镇常住生齿为8.31亿人，乡村常住生齿为5.64亿人，城镇生齿占总生齿的比重(城镇化率)为59.6%；家庭总户数为4.5亿户，城镇家庭、乡村家庭户数别离为2.8亿和1.7亿户[4]。2018年中国大陆城村夫口和家庭散布状况如图2所示。

　　坡屋顶平面的倾斜度关于肯定其对光伏组件的合用性和发电量十分主要。凡是以为，倾斜度超越40° 的屋顶属于过于峻峭[13]，倾斜度大于60° 的屋顶则完整不需求思索[14]。

　　3)卖电赢利。体系所发电量除自用外，余电上彀，价钱根据本地燃煤脱硫机组标杆电价(各地域电价有所差别)计较。

　　1)关于平屋顶而言，假定散布式光伏发电体系所占面积与可操纵屋顶面积的比率为0.7，即朝南装置的光伏组件因本身前后排暗影遮挡酿成的输出功率丧失不超越2.5%时的前后排光伏组件间距；

　　按照2021年国度统计年鉴的数据，中国大陆乡村常住生齿达4.98亿人，乡村商品能源消耗仅占天下能源消耗总量的9%，乡村的全口径能源消耗占天下能源消耗总量的15%[3]。

　　因为汗青、经济、天气和文明传统等缘故原由，中国乡村民居相对兴旺国度的乡村民居，在屋顶构造强度方面，有较多的屋顶不敷以支持屋顶散布式光伏发电体系的装置，比方苗族的吊脚楼、黎族的“布隆亭竿”和傣族的竹楼等，招致分歧适装置散布式光伏发电体系的乡村民居的比例较大；别的，有一些屋顶能供散布式光伏发电体系装置的可操纵面积不敷大，也不相宜装置散布式光伏发电体系。

　　(1. 天下资本研讨所(美国)北京代表处，北京 100027；2. 内蒙古产业大学能源与动力工程学院，呼和浩特 010051；3. 云南日林新能源开辟有限公司，昆明 650041；4. 风能太阳能操纵手艺省部共建教诲部尝试室，呼和浩特 010051；5. 内蒙古绿能新能源有限义务公司，呼和浩特 010010)

　　3)本文会商的是开展乡村民居屋顶散布式光伏发电的物理根底，即有用修建物屋顶的可操纵屋顶面积和装机容量潜力，未会商在农户天井内的装机容量潜力，也未对影响本地屋顶散布式光伏发电体系开展的其他诸多身分停止会商，比方本地实践的太阳能资本和电网接入状况等。

　　若乡村民居屋顶散布式光伏发电体系接纳“自觉自用、余电上彀”形式，根据各地的鼓励政策，还能给农人带来可观的支出。乡村民居屋顶散布式光伏发电的收益次要来自3个方面：

　　按照国际能源署(IEA)的研讨陈述[8-9]，2011—2019年间，环球屋顶散布式光伏发电(含工贸易和民居屋顶)装机容量占环球散布式光伏发电装机容量的比例为92.1%，占有绝对的主导职位。按照国度能源局公布的数据，归入2021年国度财务补助确当年新增户用光伏发电项目标装机容量为21.6 GW，到达汗青新高，占中国整年新增散布式光伏发电项目装机容量的39%以上[10]。户用光伏发电体系的本钱降落，为在乡村大批开展散布式光伏发电供给了极大的经济可行性，在严守耕地红线的布景下，乡村民居屋顶散布式光伏发电是合适在乡村开展的可再生能源操纵方法。

　　设定平屋顶面积的操纵率Rf,e为70%，坡屋顶面积的操纵率Rp,e为98%。则根本情形下合适装置散布式光伏发电体系的可操纵屋顶面积Ab为 17.41 亿 m2。

　　假定均匀的坡屋顶平面的倾斜度α为30°[16]，则合适装置散布式光伏发电体系的坡屋顶的实践面积Ap,r的计较式为：

　　按照村民志愿、室第装置前提，和每户用电需求，该项目为普德村中的99户室第装置了屋顶散布式并网光伏发电体系。每户的屋顶散布式并网光伏发电体系的装机容量为3.52 kW，全部项目标总装机容量到达348.48 kW。因为每户室第的屋顶规划差别，量体裁衣，屋顶散布式并网光伏发电体系接纳了差别的装置情势，详细如图9所示。此中：图9a的屋顶无平台，且坡屋顶朝向东、西，因而只能挑选在户外旷地上装置散布式并网光伏发电体系；图9b的屋顶只要很小的平台，根本可满意体系的装置；图9c的平台面积约有30～40 m2，体系约占平台面积的1/2；图9d的平台面积更大，体系约占平台面积的1/3；图9e的屋顶有很大的平台，且有高低两个平台(即3楼平台上的修建屋顶也是平台)，合计面积超越100 m2，体系装置在两个平台中较高的平台上，约占上平台面积的1/2，可供两户利用。

　　乡村民居都属于小型修建。按照上述各项影响身分的判定，美国能源部国度可再生能源尝试室(NREL)经由过程对小型修建屋顶的可操纵状况停止研讨，得出以下阐发结论[14]：

　　民居屋顶的方位角分类如图7所示，一切面向西北标的目的到东北标的目的(即图7中292.5°～67.5°)范畴内的屋顶平面都分歧适建立散布式光伏发电体系，可将其解除在外[14]。

　　式中：Af为合适装置散布式光伏发电体系的平屋顶面积，亿m2；Ap为合适装置散布式光伏发电体系的坡屋顶的投影面积，亿m2。

　　屋顶的强度应有充足的接受力，能接受光伏组件的重量及抗压，比方风压和雪压等。凡是，光伏组件及其配套装备的重量约为15～20 kg/m2[13]，屋顶的强度应能承载光伏组件、光伏支架、线缆这部门重量及其他荷载。

　　1)根本情形的阐发。按照式(3)别墅太阳能热水体系、式(4)可计较获得：在根本情形下，合适装置散布式光伏发电体系的平屋顶面积约为4.25亿m2；合适装置散布式光伏发电体系的坡屋顶的投影面积约为12.74 亿 m2。

　　同理，将式(3)和式(4)中的Rb值改成主动情形下的Ra值(20%)，则可预算获得主动情形下合适装置散布式光伏发电体系的屋顶面积。

　　要解除屋顶四周各类物体及其他修建对屋顶平面能够发生的暗影。暗影不只会削减散布式光伏发电体系的输出功率，以至还会招致光伏组件发生热斑效应，当热斑效应到达必然水平时，会招致全部光伏组件生效或报废。因而，要从整年太阳运转的地位来阐发暗影对屋顶散布式光伏发电体系潜伏装置地位的影响，剔除受暗影影响分歧适装置散布式光伏发电体系的屋顶面积。

　　根底年挑选2018年，目的年挑选2020年，则按照式(2)，可计较获得2020年乡村家庭户数对城镇家庭户数的比率为55.8%。按这一比率，可获得在第7次天下生齿普查公报宣布[5]的4.94亿户家庭中，城镇家庭户数约为3.17亿户，乡村家庭户数约为1.77亿户。2020年中国大陆城乡家庭散布状况如图4所示。

　　中国56个民族的民居都各具特征，即便是统一民族，各地域的民居也因天然前提和文明风俗的区分而有所差别。中国具有典范民族特征的民居如图5所示。

　　在“双碳”布景下，能源反动是中国经济社会变化的主要标的目的，其目的是以可再生能源代替化石能源。按照天下资本研讨所(WRI)的数据[6]，停止2017年末，农业举动的温室气体排放量占环球总排放量的11.8%。农业是最易蒙受天气变革影响的财产，其减排途径面对愈加庞大的应战，而这类应战在老小边穷及欠兴旺地域更加严重。中国的能源反动，挑选化石能源根底设备单薄的乡村动手，价格更小，且能够将能源反动、生态文化建立和村落复兴计谋融为一体，一举多得。

　　用已知的天下家庭数据能够推算出当前年的家庭户数状况。假定已知家庭数据的肇端年为R0、停止年为R1，R0与R1的工夫距离年纪为m，则可推算R0与R1间的乡村家庭户数对城镇家庭户数比率的年复合变革率RCAG，其计较式为：

　　根据每户屋顶散布式并网光伏发电体系的装机容量3.52 kW计较，则体系均匀占用的屋顶面积约为16 m2，每户室第的均匀投影面积约为110 m2，则装置屋顶散布式并网光伏发电体系的面积占屋顶面积的14.5%(介于本文假定的根本情形10%和主动情形20%的中心)。

　　停止2018年末，中国大陆乡村生齿占天下生齿的比例为40.4%，乡村家庭户数占天下家庭户数的比例为37.8%。2020年第7次天下生齿普查的数据表白：中国大陆乡村生齿占天下生齿的比例略有降落，为36.11%，但仍然超越了1/3。跟着脱贫和村落复兴，乡村能源消耗量呈增加趋向。但因为乡村能源多以煤炭等不成再生的化石能源为主，且乡村的能源消耗具有集约和分离的特性，使其成为温室气体(greenhouse gas，GHG)排放的主要滥觞之一，2021年乡村能源消耗的温室气体排放量约占天下温室气体排放总量的15%[1]。另外一方面，乡村社区有充沛的开放空间，合适开展可再生能源的使用，特别是在确保耕地红线的条件下，乡村民居屋顶散布式光伏发电建立具有宏大潜力，经由过程散布式干净能源手艺和乡村用能方法的改变，可助力完成碳达峰和碳中和(即“双碳”目的)。但是很多关于能源转型的猜测阐发都未赐与乡村社区充足的存眷。

　　1)本文是根据光伏组件的光电转换服从为20%，每千瓦散布式光伏发电体系的占用面积为5 m2停止的预算，假如光伏组件的光电转换服从进一步进步，则每千瓦散布式光伏发电体系的占用面积将进一步削减，终极计较获得的中国乡村民居屋顶散布式光伏发电体系的整体装机容量将增长。接纳差别光电转换服从的光伏组件时，每千瓦散布式光伏发电体系的占用面积对应的总装机容量如图8所示。图中：绿色地区上边曲线代表主动情形，下边曲线代表根本情形。

　　关于平屋顶，女儿墙的暗影会对屋顶面积的操纵率发生较大的影响，因而，此类屋顶凡是要减去受暗影影响的屋顶面积。

　　基于此，本文经由过程阐发中国大陆乡村生齿、家庭户数及能源消耗的根本状况，从各具特征的乡村民居动身，归结出中国乡村民居屋顶的次要范例，推算出乡村民居屋顶面积的根本量；并以此作为根底，阐发了影响乡村民居装置屋顶散布式光伏发电体系的诸多身分；然后再基于差别的情形，猜测中国乡村民居屋顶散布式光伏发电的装机容量潜力和发电量，和由此带来的情况效益和经济效益，从而阐明开展乡村民居屋顶散布式光伏发电能够增进乡村能源转型和助推村落复兴。本文数据和阐发仅针对中国大陆地域的乡村生齿、家庭的根本状况和潜伏的乡村民居屋顶散布式光伏发电的开展远景。

　　2)关于坡屋顶而言，假定散布式光伏发电体系所占面积与可操纵屋顶面积的比率为0.98，用于反应光伏组件之间设置光伏支架夹具等的空间。

　　一些修建的屋顶分歧适装置散布式光伏发电体系，好比：修建利用寿命曾经超越25年的砖混构造修建，或盈余的屋顶利用寿命较着短于散布式光伏发电体系利用寿命的修建；屋面平台年久失修存在渗漏等构造性宁静风险的修建；屋面或周边存在大批粉尘、火警伤害和腐化气体的修建；衡宇产权非自己的修建；违章修建、暂时修建、烧毁修建和当局已下发拆迁方案的地区内的修建等。上述修建均分歧适建立屋顶散布式光伏发电体系。

　　云南省昆明市禄劝彝族苗族自治县是一个以彝族、苗族为主的自治县，马鹿塘乡普德村位于县境北部，是昆明市海拔最高的州里，已经是“边”、“民”、“穷”特性凸起的州里之一，山高地少，没有支柱财产，缺少支出，而经济和财产的落伍又进一步加重了本地的贫穷水平，低支出抑止了本地住民的用电量，难以满意消费糊口需求。在昆明市科学手艺局的撑持下，以整村促进的方法在村民室第的屋顶上建立散布式光伏发电体系，并建立了一系列“光伏+”工程(比方：“光伏+畜牧业”“光伏+大众效劳”“光伏+农业设备”等)，以增长村民支出，完成村落复兴。

　　按照文献[4]所供给的2010—2018年中国城镇和乡村家庭户数，可知R0=2010，R1=2018，m=8，代入式(1)，可计较获得2010—2018年的年复合变革率为-4.1%，即2010年乡村家庭户数约为城镇家庭户数的84.8%，乡村家庭户数跟着工夫推移在削减，其与城镇家庭户数的比率鄙人降。到2018年，乡村家庭户数对城镇家庭户数的比率降为60.7%。

　　2)主动情形的阐发。与前文根本情形的阐发同理，可获得在主动情形下，合适装置散布式光伏发电体系的平屋顶面积约为8.50亿m2；合适装置散布式光伏发电体系的坡屋顶的实践面积约为29.43亿m2。接纳与根本情形不异的平屋顶面积操纵率和坡屋顶面积操纵率，则可计较获得主动情形下合适装置散布式光伏发电体系的可操纵屋顶面积Aa为34.79亿m2，能够装置约为696 GW的散布式光伏发电体系。

　　当前，散布式光伏发电的次要使用方法是建立屋顶散布式光伏发电体系。猜测屋顶散布式光伏发电开展潜力的办法许多，能够经由过程间接法或直接法停止评价测算。间接法次要是经由过程科学手艺手腕间接获得各种资本的散布状况别墅太阳能热水体系，同步思索其他影响开辟的实践身分，从而预算屋顶散布式光伏发电的装机容量潜力；直接法例是从需求动身，操纵一个国度的宏观社会经济开展状况来预算散布式光伏发电的使用远景[12]。笔者以为，有用修建物屋顶是建立乡村散布式光伏发电体系的物理根底，因而本文彩用间接法，经由过程预算有用修建物的可操纵屋顶面积来评价屋顶散布式光伏发电在中国乡村民居的开展潜力。

　　2018年，在内蒙古自治区通辽市科尔沁区大林镇大山屯村建立了两个屋顶散布式并网光伏发电体系，此中一个为平屋顶，另外一个为坡屋顶，装机容量均为5.3 kW；两个屋顶均无遮挡物，以是可最大限度地操纵屋顶面积，装置的屋顶散布式并网光伏发电体系约占平屋顶面积的70%，约占坡屋顶面积的45%，并于2018年7月13日局部并网发电。

　　综上，以中国乡村民居的屋顶总面积A0为212.4亿m2为根底，预算合适装置散布式光伏发电体系的屋顶面积。估计乡村民居的闲置率U为25%[15]；在思索上述各影响身分后，设定根本情形下合适装置散布式光伏发电体系的屋顶面积占乡村民居屋顶总面积的比例Rb为10%，主动情形下合适装置散布式光伏发电体系的屋顶面积占乡村民居屋顶总面积的比例Ra为20%(小于美国的26%)，且此中平屋顶面积占乡村民居屋顶总面积的比例rf为25%，坡屋顶面积占乡村民居屋顶总面积的比例rp为75%。

　　中国的能源构造以化石能源为主。2020年中国一次能源消耗总计 145 EJ[2](1 EJ=1018J=23.8846百万吨油当量)，其构造如图1所示。

　　内蒙古自治区的太阳能资本极其丰硕，在该地域建立光伏电站，出格是在部门贫穷地域操纵光伏扶贫，将是有阳光就有收益的可连续开展项目。

　　2)乡村家庭户数是一个静态量，一方面中国的城镇化率将持续提拔，乡村家庭户数将会削减；另外一方面，跟着乡村室第的进一步革新，户均室第面积和可操纵屋顶面积也会随之增长，中国乡村民居屋顶散布式光伏发电体系的整体装机容量将进一步增长别墅太阳能热水体系。

　　中国幅员广大，各地的太阳能资本其实不不异，单元光伏发电体系日发电量最低值为2.24 kWh/kWp，最高值可达5.75 kWh/kWp，天下均匀值为 3.88 kWh/kWp[17]。按这一天下均匀值停止预算，根本情形下光伏发电体系的年发电量可达492690 GWh，而主动情形下光伏发电体系的年发电量可达985380 GWh。

　　同年，在大林镇乌斯土村的某户民居的坡屋顶装置了与大山屯村一样的5.3 kW屋顶散布式并网光伏发电体系，均装置在坡屋顶南面朝阳的坡面，体系约占坡屋顶面积的40%，并于同年11月并网发电。该体系不只能包管用户根本消费糊口的用电需求，同时在光照充沛的工夫段可以余电上彀并得到收益太阳能厂家排名，极大改进了农人的消费糊口用电状况，同时发生了经济效益。

　　根据每千瓦散布式光伏发电体系的占用面积为5 m2(间距在预算屋顶可操纵面积时已思索)计较，则在根本情形下，中国乡村民居的屋顶总面积能够装置约348 GW的散布式光伏发电体系。

　　1) 83%的小型修建具有合适装置散布式光伏发电体系的地位，但只要26%的小型修建屋顶总面积合适开辟散布式光伏发电体系；

　　国度统计局宣布的第7次天下生齿普查公报[5]显现：停止2020年11月1日零时，中国总生齿为14.43亿人，此中，大陆生齿为14.12亿人。大陆生齿中，城镇生齿为9.02亿人，占总生齿的比重(城镇化率)为63.9%；乡村生齿为5.10亿人，占总生齿的比重为36.1%；城镇生齿的比重上升了14.21个百分点。家庭总户数为4.94亿户，可是公报未宣布城镇家庭和乡村家庭的详细户数。2020年中国大陆城村夫口散布状况如图3所示。

　　按前文的推算，2020年中国乡村家庭户数为1.77亿户，根据乡村民居每户的均匀占空中积为120 m2计较[15]，乡村民居的总占空中积为212.4亿m2。因为乡村民居的占空中积根本相称于修建物屋顶的投影面积，因而，在光伏发电用地日益慌张的布景下，这是一笔相称可观的开展屋顶散布式光伏发电的资产别墅太阳能热水体系。

　　从图1能够看出：一次能源消耗构造中，煤炭消耗为82 EJ，占比高达57%；固然比年来包罗水资本在内的可再生能源消耗占比疾速上升，但也仅占13.6%；非水可再生能源(如风能、太阳能等)消耗仅占5.4%，此中，风能消耗占2.8%，太阳能消耗占1.6%，其他可再生能源(包罗生物资能和地热能)仅占约0.9%[2]。

　　民居屋顶的款式和色彩随民居气势派头而变革，好比藏式民居的平屋顶，徽派民居屋顶的黛瓦、马头墙，岭南民居屋顶的硬山顶、悬山顶、攒尖顶等。但按照屋顶的根本构造，中百姓居屋顶能够分为4类[11]，别离为平屋顶、坡屋顶、曲面屋顶、多波式折木屋顶，详细如图6所示。屋顶是开展乡村民居屋顶散布式光伏发电的最根本的物理根底，中国乡村民居的屋顶以平屋顶和坡屋顶最为常见。

　　乡村能源操纵的特性是规划分离和范围较小，出格合适散布式可再生能源的开展。跟着中国光伏财产降本增效的连续促进，光伏发电的平准化度电本钱(LCOE)不竭向下打破，2022年国度补助片面退坡，户用光伏发电进入平价时期。按照《中国光伏财产开展道路年，户用光伏发电体系的本钱为3.2～3.3元/W[7]。

　　据国度统计局的数据显现[18]，2019年中国乡村用电量为948300 GWh[19]，若将潜力充实阐扬太阳能厂家排名，乡村民居屋顶散布式光伏发电可奉献乡村用电量的52%～104%，并能发生相称可观的情况效益，详细如表1所示，1 kWh光伏发电可节省尺度煤 302.5 g[20]，并减排二氧化碳 832.0 g，和削减其他温室气体如二氧化硫、氮氧化物和碳粉尘的排放[21]。

　　中国乡村民居的屋顶情势多种多样，但大部门为平屋顶和坡屋顶，也有大批庞大外形的屋顶，好比黄土高原窑洞的屋顶，这类屋顶无合适装置散布式光伏发电体系的平面。因而，在预估乡村民居屋顶散布式光伏发电使用时这类屋顶需求去除。

　　5 中国乡村民居屋顶散布式光伏发电的使用案例 5.1 云南省昆明市禄劝彝族苗族自治县马鹿塘乡普德村的整村促进案例

　　影响中国乡村民居装置屋顶散布式光伏发电体系的次要身分有7个，别离为乡村民居屋顶的根本情势、屋顶巨细、屋顶强度、暗影、坡屋顶平面的倾斜度、屋顶平面的方位角、屋顶面积的可操纵性。下文停止具体阐发。

　　本文在推算出中国乡村民居屋顶面积根本量的根底上，具体阐发了影响乡村民居建立屋顶散布式光伏发电体系的各种身分，然后别离针对根本情形和主动情形，对中国乡村民居屋顶散布式光伏发电的装机容量潜力和发电量停止了猜测，并阐发猜测了由此带来的情况效益和经济效益，由此阐明开展乡村民居屋顶散布式光伏发电能够增进乡村能源转型和助推村落复兴。阐发成果表白：根本情形下，中国乡村民居屋顶散布式光伏发电的装机容量潜力为348 GW；主动情形下太阳能厂家排名，装机容量潜力为696 GW。

　　在充实思索了上述各影响身分后的屋顶根本能够以为是可以装置散布式光伏发电体系的有用修建物屋顶，可是还需求思索屋顶面积的可操纵性，即剔除屋顶上任何曾经存在的其他物件(好比电梯塔楼、空调室外机、太阳能热水器等)所占用的面积及由其发生的暗影面积后盈余的面积。

　　装置屋顶散布式光伏发电体系需求屋顶最少有1个持续平面，从项目标经济效益来思索，住民屋顶的程度投影面积应大于即是10 m2，假定光伏组件的光电转换服从为20%，10 m2的屋顶面积充足装置约2 kW的散布式光伏发电体系。