基于可持续原则的绿色技术复合型光伏停车场创新设计

摘要：传统停车场普遍存在着对环境不够友好等不足。基于可持续原则的绿色技术复合型光伏停车场设计针对停车场空间的环境特点，利用现有的政策背景，集成光伏发电、雨水收集利用、空间绿植、互联网智能、模块化设计等先进绿色技术，可以大大改善停车场的环境。有效利用太阳能，降低碳排放，使得停车场对环境及使用者更加友好，并且产生良好的经济效益。

关键词：可持续，停车场，光伏发电，绿色技术，模块化

一、概念提出

1.政策背景

近年来，可持续 已经成为城市建设和社会发展的基本原则，中国政府不断加大对各种绿色技术及可再生能源发展的支持力度。在可再生能源方面，2006年颁布《中华人民共和国可再生能源法》，2013年发布《分布式光伏发电项目管理暂行办法》，推动太阳能光伏发电系统的投资建设和规模化经营 。各地也相继出台了一系列推动光伏发电的政策，光伏发电产业正以前所未有的速度迅速发展，并在中国城镇化进程中表现出巨大的市场潜力和广泛的运用前景。在绿色建筑技术推广上，国家颁布了《绿色建筑评价标准》（GB/T 50378-2014）等，大力推广和发展绿色建筑技术。

2.传统停车场的问题

停车场指停放由内燃机驱动且无轨道的客车、货车、工程车等汽车的露天场地和构筑物 ；由出入口、通道、停车位、隔离带和其他附属设施组成。与停车库相比，停车场具有布局灵活、停车方便、管理简单、建设周期短及运作成本低廉等特点，其往往作为建筑规划地块总平面中的重要功能组成部分而存在，比如配合体育场馆、办公楼、宾馆、学校、商场、大型超市、客运站、社区等建设的室外停车场地，此外在城市中也经常利用待建设工地等闲置空地设置临时停车场以缓解停车压力（图01）。

随着国内机动车不断高速增长，停车场规划建设压力日益增大。但是由于其传统停车场自身先天不足，在普遍存在对于环境与使用者均不够友好，不符合可持续原则等问题，亟待改进（图02）：

停车场在夏天直接受阳光暴晒，缺乏遮阳装置，车内温度极高，使用者叫苦不迭

停车场的地面一般为水泥地面，普遍缺乏绿化及透水地面，加剧了城市热岛效应。

停车场占地面积较大，其空间功能单一，空间利用率较低。

盈利模式和服务单一，主要以停车计时收费为主。

3.绿色技术的产业化趋势

在建筑设计融入绿色技术是未来建筑发展的趋势，其中光伏发电等太阳能高效利用技术充分体现了绿色建筑技术的优势，具有很高的发展潜力。经过多年的发展和技术进步，太阳能光伏技术因其具有安装简便、成本具有优势，使用过程中无污染无噪声，易于与构筑物灵活结合等优点，已经在发达国家得到产业化发展和应用，我国光伏产业近年得到跨越式发展，形成了包括多晶硅原材料、硅锭/硅片、太阳能电池、组装封装和光伏应用系统等较为完整的光伏产业链。光伏设备制造业逐渐形成规模。成本的降低和技术的成熟为光伏技术广泛应用提供了必要的条件。此外，雨水回收系统、渗水地面技术、空间绿植技术以及互联网技术等的发展也为我们改进传统停车场设计提供了创新的机会。

4.创新的光伏停车场

基于现有的产业政策背景，利用和集成现有的可持续成熟技术，针对停车场的诸多问题及停车场空间环境特点，我们提出创新的基于可持续原则的集合了多种绿色技术的光伏停车场概念。以提高停车场的环境友好性和使用性能。并实现经济效益。利用停车场上方架设集多项绿色建筑技术于一体的创新型光伏一体化系统，综合实现停车遮阳，能源利用，生态种植等多项功能，改善停车环境，改善停车场微气候，使停车场成为舒适的城市空间，并通过并网实现经济盈利，使整个系统的安装普及具有现实意义，系统通过模块化设计使产品便于生产安装，可循环利用（图03）：

二、系统构成

新型停车场的改进包括了光伏系统、雨水收集与回收系统、空间绿植系统、互联网智能系统等多个子系统（图04）。首先是利用停车场上方空间架设光伏一体化遮阳板，改善停车环境的同时通过光伏系统将收集的太阳能转化为电能，并通过并网技术实现“自发自用，余电上网”，实现停车场用电需求同时将多余电量卖给电力公司实现盈利，整个光伏发电及支撑体系进行模块化设计，从而方便工业化生产、安装，拆除及重复利用。

设计中了集合了多项绿色建筑技术，例如利用生态种植技术依附于系统的支撑体系设计垂直绿化模块，通过垂直绿化模块的自由组合安装实现空间的变化和舒适性，并通过雨水收集及雨水回用技术实现垂直绿化的灌溉和洗车等，可以显著改善停车环境和小气候，增强其环境的友好性。（图05）

1.光伏系统

太阳能光伏系统（Solar photovoltaic System）是指利用太阳能电池的光伏效应将太阳辐射能直接转换成电能的发电系统，简称光伏系统。光伏系统主要包括光伏组件或由光伏组件构成的光伏方阵、光伏接线箱、并网逆变器、储能装置及其充电控制系统（限于带有储能装置系统）、电能表和显示电能相关参数的仪表。光伏电池是光伏发电系统中最重要的组成部分。主要类型包括晶体硅电池、薄膜电池和聚光太阳能电池。其中，晶体硅电池因为资源丰富、转化率高，市场占有率最高，约占光伏市场的 90% 。晶体硅电池分为单晶硅电池和多晶硅电池，虽然单晶硅电池的光电转换效率高于多晶硅电池 ，但由于多晶硅电池成本更低而得到更广泛应用，多晶硅电池板的使用寿命约为20年。（图06）

2.支撑结构系统

为保证光伏组件有较高的光电转化效率，光伏组件在与构筑物结合应用时，须尽量保持光伏组件周围具有较好的通风条件，而停车场恰好具备这样的先天优势，采用架空形式设计和安装光伏组件，支撑结构采用钢结构，通过标准化的模块设计，可以方便地适应不同规模的停车场设计，对临时停车场而言，可以重复利用的特点使其具有很大的优势和经济性。根据国内的相关建筑设计规范，停车场的停车位尺寸、停车通道尺寸是一定的 ，其平面组成单元的尺寸也因此具有通用型，这也为支撑结构的模块化提供了便利。

3.雨水收集系统

在传统停车场的设计中，往往采用水泥等硬地铺装以方便使用，但这样对于环境来说是很不合理的。雨水没有被渗入地面或者得到充分利用，对于城市尤其是大城市来讲，大面积的硬地铺设使得城市在暴雨期间的防涝压力非常之大，甚至于对于东京或者上海的超级城市而言需要花费巨资专门在城市地下来建造巨大的蓄水系统来缓冲暴雨汛期高峰的冲击，保护城市免收涝灾。停车场作为城市空间的组成部分之一，其特点是往往面积有一定的规模，设立雨水收集系统，可以把架设在上方的呈斜面的光伏单元承接的雨水有效收集起来，通过简单处理加以回收利用，用于浇灌植物，或者洗车（图07）。停车场的停车位地面采用渗水设计，可在地表下安装预制的蓄水模块，储存多余的雨水除用于景观灌溉外还可用于清洗车辆等附加服务用途，从而更好的实现水资源的循环利用。

4.空间绿植系统

为了营造更舒适的停车环境，缓解夏季停车场的地表温度，在创新停车场的设计中还融入生态种植的先进理念，依附光伏系统的支撑结构设计垂直绿化模块，并把停车场的围墙改为垂直绿化模块，这些模块可自由安装组合，根据停车场的空间特点营造出的景观效果（图08、09），垂直绿化的灌溉系统同样与支撑结构相结合，通过停车场上方光伏电池板的安装倾角将雨水引入雨水收集槽，利用雨水回用技术进行处理后引流入与系统支架结合的灌溉管道对垂直绿化进行灌溉。

5.互联网智能系统

传统停车场的在管理上普遍比较陈旧，导致其使用界面不够友好，也不够高效。在这个互联网的新时代，我们在城市停车场的设计中引入了互联网智能系统，以提高其使用效率，并且更加人性化，具有更加友好的使用界面。具体包括：在每个停车位上方，利用支撑光伏发电单元的支撑结构悬挂设置车辆感应器，可以感知停车位是否被占用，采集数据会被汇总到电子导引牌及手机APP上，可以大大提高其使用效率；设立充电桩，为新型的电动新能源汽车提供自助充电服务。通过基于互联网技术的智能管理系统，减少管理人员，提高效率，节约成本等。

三、主要优势

1.改善停车场的小气候及环境

光伏系统在利用太阳能发电的同时，也为停车场提供了必要的遮阳系统，可以大大改善停车场小气候及环境。以往传统停车场在使用上最被人诟病的就是夏天的暴晒使得车内的温度急剧升高，一方面对车辆造成了损坏，比如车内装饰老化、失色、车胎损害、车漆失色等。在极端条件下甚至存在诱发车辆自燃的危险。另一方面，在夏天太阳暴晒之下，使用者进入车厢内时温度可以达到50-60摄氏度，对人的健康非常不利，许多用车者都深受其苦。

与此同时，通过生态种植技术，利用停车场光伏系统支撑结构放置垂直绿化模块，将停车场的围墙改为立体垂直空间绿植，也可有效缓解地表温度的聚集，改善小区域内的热岛效应，避免停车场由于夏季暴晒产生过高的地表温度，也同样有利于改善停车场的小气候及环境，给停车用户提供较为舒适的停车空间。

2.有效利用太阳能，降低碳排放

光伏系统的建设对于降低碳排放的作用是显而易见的，由于采用光伏电池发电，避免了由于使用一般化石燃料发电所导致的空气污染和废渣污染，降低二氧化碳等气体的排放，太阳能电池产生1kWp的电能，可以避免1000kg二氧化碳的产生，这对于环境污染问题越来越凸显的今天具有至关重要的意义。以3000平方米面积的停车场为例，采用这种设计可以每年发电47.7万度，减少碳排放多少47.7万Kg。

3.对环境及使用者更加友好

集合采用多种先进绿色技术的停车场设计，可以使停车场对于环境而言更加友好，对于使用者也更加舒适便利。以往停车场往往是一大片巨大的水泥地，在城市中非常突兀，其热岛效应，太阳光线的反射等，对于城市环境而言非常不友好，也不符合LEED认证体系以及《绿色建筑星级评定标准》中有关环境友好性的原则。通过光伏发电、空间绿植、雨水收集利用等技术，使得新型停车场可以更好地融入环境中，并且为使用者提供遮阳、挡雨等方便。其视觉效果也更加宜人。从而实对环境及使用者更加友好的目标。

4.具有显著的经济效益

随着“上网电价”政策的落实，国家及地区的各项补贴政策的支持力度日益增强，而另一方面，光伏发电、雨水收集等多项绿色技术成本不断降低，创新的技术复合型停车场利用其太阳能光伏系统并网可实现盈利，根据装机规模的大小一般为5-6年即可收回成本实现盈利，并且维护成本较低，具有显著的经济效益。

停车场光伏系统在电力系统中可以起到削峰填谷的作用，夏季白天，大量制冷设备的使用，电网处于用电高峰期，停车场光伏系统正处于发电高峰，除了保证停车场自身的照明，充电等用电外，还可以向电网供电，舒缓高峰电力需求。光伏系统与停车场结合使用，实现原地发电原地用电，在一定距离范围内节省电站送电网的投资，尤其是对于一些架设公共电网较为昂贵的地区，太阳能光伏发电系统是非常有优势的替代方案，此外对于节省城市土地，光伏组件利用停车场上方架设，无需额外占用地，实现停车空间的多元利用，对于土地昂贵的城市尤其重要。

随着目前电动汽车的逐步发展和普及，停车场光伏系统在未来可以为停车场电动车充电设备及智能停车管理系统供电，更好的实现清洁能源的高效利用。

四、主要创新

1.真正体现可持续原则

新型停车场的设计综合采用了多种先进的绿色建筑技术，真正体现了可持续原则，利用太阳能这种可再生清洁能源进行发电，对促进能源和环境的可持续发展有着重要意义；雨水收集利用减少了水资源的消耗，空间绿植是其更加生态化，系统的设计可以根据光伏组件尺寸，最佳的效率转化方式，使用寿命等综合因素进行全面考虑，在生产，安装，拆除，再利用等环节实现全寿命周期内最大限度的节约资源（节能，节地，节水，节材），减少不必要的资源消耗。

2.具有经济自盈利性

通过精密的技术集成和有效的系统整合，在现行国家和地方补贴的政策下，创新型光伏停车场的建设和运行已经可实现经济盈利，并且具有较好的投资回报率。这种经济上的自盈利性是非常重要的一个突破，可以大大促进其经济层面的健康可持续发展。从而克服了以往光伏建筑以往以示范为主缺乏实际推广动力的窘境。建议其投资运营模式基本可分为两类，一是用户自建模式，即自己投资建筑及运营；二是合同能源管理模式，即与光伏发电投资商合作建设，由投资方出资建设，通过制定协议合作运营。

举例测算如下：以上海某一座占地约3000平方米停车场为例，按照目前技术项目初始投资为308.9万元 ，装机容量为477千瓦，年发电量47.7万度电 。上海地区上网电价为1元/kWh，国家财政补贴0.42元/kWh，上海地区分布式光伏发电补贴为0.25元/千瓦时 ，可连续补贴五年。头五年收益分析：前五年总收入=5×年收入=年发电量*上网电价+（国家财政补贴+上海地区补贴）5×﹝47.7千瓦时×（1+0.42+0.25）元/千瓦时﹞=5×79.7（万元）=398.3（万元）；项目初始投资为308.9万元，每年年运营成本及财务费用约9.1万元。停车场光伏系统投入运营后前面五年即可收回投资成本实现盈利。五年后年净收入=年收入-运营成本=67.73-9.1=58.6（万元），其年投资回报率对投资者是有一定吸引力的。

对于雨水收集系统，上述3000平米停车场按上海市平均降雨量计算，每年可收集雨水3300立方米。可节省水费1万余元。

3.模块化与可重复利用

创新停车场各个安装组建采用模块化设计，整个系统的安装根据停车场的大小由若干个标准化模块组合而成，其产品具有通用性，便于在工厂里进行大规模工作化标准化生产，并且形成一整套标准化的设计和调试方式。

4.多种绿色技术的复合运用

通过多种绿色技术的整合运用，包括太阳能光伏发电，雨水回用，生态种植等先进技术，可以形成叠加效应，最大化的利用有限的环境资源创造舒适，环保，绿色的停车空间。

五、结论及展望

随着我国汽车保有量的日益增长，停车场建设对于城市而言是不可或缺的，其固有的缺陷应该利用新技术给予改进和优化，如上所述，基于可持续原则的集成了多种绿色技术的对于改进城市生态环境、使其更加友好和人性化具有重要意义。日前，国家能源局正式下发《2015年光伏发电建设实施方案的通知》，将2015年全国新增光伏电站规模设定为17.8GW，与2014年实际新增光伏并网量（10.6GW）相比，其增幅将近7成，换算成投资金额将超1400亿，国家上网电价政策的扶持及并网光伏技术的成熟，太阳能光伏产业的黄金时代已经到来。我们有理由相信，创新光伏停车场具有广阔的发展前景。其推广可以产生巨大的经济效益、社会效益和生态效益。

参考文献：

【1】中华人民共和国住房和城乡建设部编. 绿色建筑评价标准（GB/T 50378-2014），2014

【2】北京建筑工院编. 汽车库建筑设计规范（JGJ 100-98）.中国建筑工业出版社，1998

【3】徐峰. 建筑环境立体绿化技术.化学工业出版社，2014

【4】[美]希瑟·金凯德-莱瓦里奥著；吴俊奇译. 雨水设计：雨水收集·贮存·中水回用.中国建筑工业出版社，2012

【5】张国强，尚守平，徐峰编. 可持续建筑技术. 中国建筑工业出版社，2009

【6】 [美]彼得·戈沃尔基著；王伟译. 大规模太阳能系统设计：太阳能光伏并网发电工程指南.哈尔滨工业大学出版社，2014

【7】美国国际太阳能协会编；李雅琪译. 太阳能光伏发电设计与安装指南. 湖南科学技术出版社，2013

【8】李现辉郝斌编.太阳能光伏建筑一体化工程设计与案例.中国建筑工业出版社，2012

【9】史珺. 光伏发电成本的数学模型分[J].太阳能，2012（2）：53-58

【10】Helen Bennetts， Antony Radford， Terry Williamson； Understanding Sustainable Architecture .Taylor&Francis，2002

【11】Suresh C，Rakshit Ameta； Solar Energy Conversion and Storage：Photochemical Modes.CRC Press，2015

【12】Sophia Behling，Stefan Behling；Solar Power： The Evolution of Sustainable Architecture.Prestel Publishing ， 2000

推荐访问:可持续 停车场 光伏 原则 创新