Attualmente, la maggior parte delle persone si concentra sulla riduzione delle emissioni di carbonio degli edifici permanenti. Non esistono molte ricerche sulle misure di riduzione delle emissioni di carbonio per gli edifici temporanei nei cantieri edili. I dipartimenti di progetto nei cantieri edili con una vita utile inferiore a 5 anni utilizzano generalmente case modulari riutilizzabili, che possono essere riutilizzate. Ciò riduce lo spreco di materiali edili e le emissioni di carbonio.
Al fine di ridurre ulteriormente le emissioni di carbonio, questo progetto sviluppa un sistema fotovoltaico modulare girevole per il progetto di case modulari girevoli, in grado di fornire energia pulita durante il loro funzionamento. Lo stesso sistema fotovoltaico girevole viene installato sull'edificio temporaneo del dipartimento di progetto del cantiere, e il supporto fotovoltaico standardizzato e la relativa progettazione del sistema fotovoltaico vengono realizzati in modo modulare. La progettazione integrata modulare viene eseguita con una specifica unità di modulo per formare un prodotto tecnico integrato, modulare, smontabile e girevole. Questo prodotto migliora l'efficienza del consumo energetico del dipartimento di progetto attraverso la "tecnologia flessibile di accumulo solare diretto", riduce le emissioni di carbonio durante il funzionamento degli edifici temporanei in cantiere e fornisce supporto tecnico per la realizzazione dell'obiettivo di edifici a emissioni di carbonio quasi zero.
L'energia distribuita è un metodo di approvvigionamento energetico che integra la produzione e il consumo di energia, gestiti dal lato dell'utente, riducendo le perdite durante la trasmissione. Gli edifici, in quanto principali consumatori di energia, utilizzano l'energia fotovoltaica prodotta sui tetti per realizzare l'autoconsumo, promuovendo così lo sviluppo di sistemi di accumulo energetico distribuiti e rispondendo al duplice obiettivo nazionale di riduzione delle emissioni di carbonio e alle proposte del 14° Piano quinquennale. L'autoconsumo energetico degli edifici può rafforzare il ruolo del settore edile nel raggiungimento di tale obiettivo nazionale.
Questo studio analizza l'effetto dell'autoconsumo derivante dalla produzione di energia fotovoltaica in edifici temporanei all'interno dei cantieri edili ed esplora l'impatto della tecnologia fotovoltaica modulare sulla riduzione delle emissioni di carbonio. L'attenzione si concentra principalmente sul settore delle case modulari in cantiere. Da un lato, poiché si tratta di edifici temporanei, è facile trascurare questo aspetto in fase di progettazione. Il consumo energetico per unità di superficie di tali edifici è generalmente elevato. Ottimizzando la progettazione, è possibile ridurre efficacemente le emissioni di carbonio. Dall'altro lato, gli edifici temporanei e gli impianti fotovoltaici modulari consentono il riciclo dei materiali. Oltre alla produzione di energia fotovoltaica, anche il riutilizzo dei materiali edili contribuisce significativamente alla riduzione delle emissioni di carbonio.
La tecnologia "accumulo solare a flessibilità diretta" è un mezzo tecnico importante e un modo efficace per raggiungere la neutralità carbonica negli edifici.
Attualmente, la Cina sta attivamente riorganizzando la propria struttura energetica e promuovendo lo sviluppo a basse emissioni di carbonio. Nel settembre 2020, il presidente Xi Jinping ha proposto un duplice obiettivo in materia di emissioni di carbonio durante la 75ª sessione dell'Assemblea Generale delle Nazioni Unite. La Cina raggiungerà il picco delle emissioni di anidride carbonica entro il 2030 e la neutralità carbonica entro il 2060. Il documento "Suggerimenti del Comitato Centrale del Partito Comunista Cinese sulla formulazione del Quattordicesimo Piano Quinquennale per lo Sviluppo Economico e Sociale Nazionale e sugli Obiettivi a Lungo Termine per il 2035" ha sottolineato la necessità di promuovere la rivoluzione energetica, migliorare la capacità di consumo e stoccaggio di energie rinnovabili, accelerare la promozione dello sviluppo a basse emissioni di carbonio, sviluppare edifici ecocompatibili e ridurre l'intensità delle emissioni di carbonio. Concentrandosi sul duplice obiettivo di neutralità carbonica e sulle raccomandazioni del Quattordicesimo Piano Quinquennale, diversi ministeri e commissioni nazionali hanno introdotto politiche di promozione specifiche, tra cui l'energia distribuita e lo stoccaggio di energia distribuita rappresentano le principali direzioni di sviluppo.
Secondo le statistiche, le emissioni di carbonio derivanti dalla gestione degli edifici rappresentano il 22% delle emissioni totali di carbonio del paese. Il consumo energetico per unità di superficie degli edifici pubblici è aumentato con la costruzione di edifici di grandi dimensioni e di sistemi centralizzati nelle città negli ultimi anni. Pertanto, la neutralità carbonica degli edifici è una componente importante per il raggiungimento dell'obiettivo nazionale di neutralità carbonica. Una delle direzioni chiave del settore edile in risposta alla strategia nazionale per la neutralità carbonica è la realizzazione di un nuovo sistema elettrico "fotovoltaico + ricarica bidirezionale + corrente continua + controllo flessibile" (accumulo fotovoltaico con controllo diretto flessibile) nel contesto della completa elettrificazione del consumo energetico nel settore edile. Si stima che la tecnologia "accumulo solare con controllo diretto flessibile" possa ridurre le emissioni di carbonio di circa il 25% nella gestione degli edifici. Pertanto, la tecnologia "accumulo solare con controllo diretto flessibile" è una tecnologia chiave per stabilizzare le fluttuazioni della rete elettrica nel settore edile, accedere a una quota maggiore di energia rinnovabile e migliorare l'efficienza elettrica degli edifici futuri. Rappresenta un mezzo tecnico importante e una modalità efficace per raggiungere la neutralità carbonica negli edifici.
Sistema fotovoltaico modulare
Gli edifici temporanei nei cantieri edili utilizzano principalmente case modulari riutilizzabili, pertanto è stato progettato un sistema di moduli fotovoltaici modulari che può anche essere ruotato per adattarsi a queste case modulari. Questo prodotto fotovoltaico temporaneo a zero emissioni di carbonio utilizza la modularizzazione per progettare supporti e sistemi fotovoltaici standardizzati. In primo luogo, si basa su due specifiche: casa standard (6×3×3) e casa con passerella (6×2×3). La disposizione dei pannelli fotovoltaici viene realizzata in modo da formare un unico elemento sulla parte superiore della casa modulare, e i pannelli fotovoltaici in silicio monocristallino vengono posizionati su ciascun container standard. I pannelli fotovoltaici vengono posizionati sul supporto fotovoltaico sottostante per formare un componente fotovoltaico modulare integrato, che viene sollevato nella sua interezza per facilitare il trasporto e la movimentazione.
Il sistema di generazione di energia fotovoltaica è composto principalmente da moduli fotovoltaici, un inverter integrato e un pacco batterie. Il gruppo di prodotti è costituito da due unità abitative standard e una unità abitativa a corridoio, che formano un blocco unitario. Sei blocchi unitari vengono combinati in diverse unità spaziali dipartimentali, in modo da adattarsi alla disposizione spaziale del dipartimento e formare un progetto prefabbricato a zero emissioni di carbonio. I prodotti modulari possono essere variati e liberamente adattati a progetti e siti specifici, e l'utilizzo della tecnologia BIPV (Building Integrated Photovoltaics) consente di ridurre ulteriormente le emissioni di carbonio dell'intero sistema energetico dell'edificio, offrendo agli edifici pubblici in diverse regioni e con diversi climi la possibilità di raggiungere obiettivi di neutralità carbonica. Il percorso tecnico è a titolo di riferimento.
1. Progettazione modulare
La progettazione modulare integrata si basa su moduli unitari di 6 m × 3 m e 6 m × 2 m, che consentono un facile trasporto e movimentazione. Garantisce un rapido afflusso di prodotti, un funzionamento stabile, bassi costi operativi e una riduzione dei tempi di costruzione in loco. La progettazione modulare permette la prefabbricazione dello stabilimento assemblato, l'impilamento e il trasporto complessivi, il sollevamento e il collegamento con bloccaggio, migliorando l'efficienza, semplificando il processo di costruzione, riducendo i tempi di realizzazione e minimizzando l'impatto sul cantiere.
Principali tecnologie modulari:
(1) Gli angolari compatibili con la casa di tipo modulare sono adatti per il collegamento del supporto fotovoltaico modulare con la casa di tipo modulare sottostante;
(2) La disposizione fotovoltaica evita lo spazio sopra i raccordi angolari, in modo che le staffe fotovoltaiche possano essere impilate una sull'altra per il trasporto;
(3) Telaio del ponte modulare, che è conveniente per la disposizione standardizzata dei cavi fotovoltaici;
(4) La combinazione modulare 2A+B facilita la produzione standardizzata e riduce i componenti personalizzati;
(5) Sei moduli 2A+B sono combinati in una piccola unità con un piccolo inverter e due piccole unità sono combinate in una grande unità con un inverter più grande.
2. Progettazione a basse emissioni di carbonio
Basandosi sulla tecnologia a zero emissioni di carbonio, questa ricerca progetta prodotti per costruzioni temporanee fotovoltaiche a zero emissioni di carbonio, con design modulare, produzione standardizzata, sistema fotovoltaico integrato e apparecchiature di supporto per la trasformazione modulare e l'accumulo di energia, inclusi moduli fotovoltaici, moduli inverter e moduli batteria, per formare un sistema fotovoltaico che realizza zero emissioni di carbonio durante le operazioni del reparto di progetto del cantiere. I moduli fotovoltaici, i moduli inverter e i moduli batteria possono essere smontati, combinati e ribaltati, il che facilita il ribaltamento dei progetti insieme alle case a forma di scatola. I prodotti modulari possono adattarsi alle esigenze di diverse scale attraverso variazioni di quantità. Questa idea di progettazione modulare smontabile, combinabile e unitario può migliorare l'efficienza produttiva, ridurre le emissioni di carbonio e promuovere il raggiungimento degli obiettivi di neutralità carbonica.
3. Progettazione di un sistema di generazione di energia fotovoltaica
Il sistema di generazione di energia fotovoltaica è composto principalmente da moduli fotovoltaici, un'unità di controllo integrata a inverter e un pacco batterie. I pannelli fotovoltaici della casa modulare sono disposti a tegole sul tetto. Ogni container standard è dotato di 8 pannelli fotovoltaici in silicio monocristallino di dimensioni 1924×1038×35 mm, mentre ogni container a corridoio è dotato di 5 pannelli fotovoltaici in silicio monocristallino di dimensioni 1924×1038×35 mm.
Durante il giorno, i moduli fotovoltaici generano elettricità e il regolatore e l'inverter convertono la corrente continua in corrente alternata per l'alimentazione del carico. Il sistema dà priorità all'erogazione di energia elettrica al carico. Quando l'energia elettrica generata dal fotovoltaico è superiore alla potenza richiesta dal carico, l'energia in eccesso viene utilizzata per caricare il pacco batterie tramite il regolatore di carica e scarica; quando la luce è scarsa o di notte, il modulo fotovoltaico non genera elettricità e il pacco batterie viene alimentato dal sistema integrato di controllo dell'inverter. L'energia elettrica immagazzinata nella batteria viene quindi convertita in corrente alternata per alimentare il carico.
Riepilogo
La tecnologia fotovoltaica modulare è stata applicata agli uffici e agli alloggi del dipartimento di progetto presso il cantiere degli edifici 4-6 del Parco Industriale Automobilistico di Pingshan New Energy a Shenzhen. Un totale di 49 gruppi sono disposti nel gruppo 2A+B (vedi Figura 5), dotati di 8 inverter. La potenza totale installata è di 421,89 kW, la produzione media annua di energia è di 427.000 kWh, le emissioni di carbonio sono pari a 0,3748 kgCO2/kWh e la riduzione annua di carbonio del dipartimento di progetto è di 160 tCO2.
La tecnologia fotovoltaica modulare può ridurre efficacemente le emissioni di carbonio in cantiere, compensando la negligenza nella riduzione delle emissioni di carbonio nella fase iniziale di costruzione dell'edificio. La modularizzazione, la standardizzazione, l'integrazione e la rapidità di utilizzo possono ridurre notevolmente lo spreco di materiali edili, migliorare l'efficienza d'uso e ridurre le emissioni di carbonio. L'applicazione sul campo della tecnologia fotovoltaica modulare nel settore dei progetti di energia rinnovabile consentirà di raggiungere, a lungo termine, un tasso di consumo di energia pulita distribuita nell'edificio superiore al 90%, una soddisfazione degli utenti superiore al 90% e una riduzione delle emissioni di carbonio del settore di oltre il 20% ogni anno. Oltre a ridurre le emissioni di carbonio dell'intero sistema energetico dell'edificio, il BIPV (Building Integrated Photovoltaics) fornisce anche un percorso tecnico di riferimento per gli edifici pubblici in diverse regioni e con diverse condizioni climatiche, al fine di raggiungere gli obiettivi di neutralità carbonica. Condurre tempestivamente ricerche pertinenti in questo campo e cogliere questa rara opportunità potrebbe consentire al nostro Paese di assumere un ruolo di leadership in questo cambiamento rivoluzionario.
Data di pubblicazione: 17-07-23