現在、ほとんどの人は恒久的な建物の二酸化炭素排出量削減に注目しています。建設現場の仮設建物の二酸化炭素排出量削減策に関する研究はあまり多くありません。耐用年数が5年未満の建設現場のプロジェクト部門は、一般的に再利用可能なモジュール式の住宅を使用しており、これにより建築資材の廃棄物を削減し、二酸化炭素排出量を削減できます。
炭素排出量をさらに削減するため、本稿では、ターンアラウンド型モジュール住宅プロジェクト向けに、運用中にクリーンエネルギーを供給するターンアラウンド型モジュール式太陽光発電システムを開発する。建設現場のプロジェクト部門の仮設建物に同じターンアラウンド型太陽光発電システムを設置し、標準化された太陽光発電支持構造と太陽光発電システムの設計をモジュール方式で実施する。さらに、一定の仕様のユニットモジュールを用いてモジュール化された統合設計を行い、統合型モジュール化、着脱可能、ターンアラウンド可能な技術製品を形成する。この製品は、「太陽光蓄電直接フレキシブル技術」によりプロジェクト部門の電力消費効率を向上させ、建設現場の仮設建物の運用中の炭素排出量を削減し、ほぼゼロカーボン建築の実現に向けた技術的支援を提供する。
分散型エネルギーとは、エネルギーの生産と消費をユーザー側で統合するエネルギー供給方式であり、送電時の損失を低減します。エネルギー消費の主たる主体である建物は、屋上太陽光発電の遊休エネルギーを利用して自家消費を実現することで、分散型エネルギー貯蔵の発展を促進し、国の二重炭素目標および第14次五カ年計画の提案に対応できます。建物のエネルギー自家消費は、国の二重炭素目標における建築業界の役割を向上させることができます。
本稿では、建設現場における仮設建築物の太陽光発電の自家消費効果を研究し、モジュール型太陽光発電技術の炭素削減効果を探る。本研究は主に、建設現場におけるモジュール型住宅のプロジェクト部門に焦点を当てている。一方では、建設現場は仮設建築物であるため、設計段階で見落とされがちである。仮設建築物の単位面積当たりのエネルギー消費量は通常高い。設計を最適化することで、炭素排出量を効果的に削減できる。他方では、仮設建築物とモジュール型太陽光発電設備はリサイクル可能である。太陽光発電による炭素排出量削減に加え、建築資材の再利用も炭素排出量を大幅に削減する。
「太陽光蓄電、直接柔軟性」技術は、建物のカーボンニュートラルを実現するための重要な技術的手段であり、効果的な方法である。
現在、中国はエネルギー構造の調整と低炭素開発の推進に積極的に取り組んでいます。2020年9月、習近平国家主席は国連総会第75回会期で、2030年までに二酸化炭素排出量をピークアウトさせ、2060年までにカーボンニュートラルを達成するという二重炭素目標を提案しました。「中国共産党中央委員会による国家経済社会発展第14次五カ年計画および2035年までの長期目標の策定に関する提言」では、エネルギー革命を推進し、新エネルギーの消費と貯蔵能力を向上させ、低炭素開発の推進を加速させ、グリーンビルディングを開発し、炭素排出強度を削減する必要があると指摘されています。カーボンニュートラルという二重炭素目標と第14次五カ年計画の提言に焦点を当て、各省庁は相次いで具体的な推進政策を導入しており、その中でも分散型エネルギーと分散型エネルギー貯蔵が重要な開発方向となっています。
統計によると、建物の運用による二酸化炭素排出量は、国の総二酸化炭素排出量の22%を占めています。近年、都市部で大規模かつ集中型のシステムを持つ建物が新たに建設されるにつれ、公共建築物の単位面積当たりのエネルギー消費量が増加しています。そのため、建物のカーボンニュートラル化は、国がカーボンニュートラルを達成する上で重要な要素となっています。建設業界が国のカーボンニュートラル戦略に対応する上で重要な方向性の一つは、建設業界におけるエネルギー消費の総合電化の状況下で、「太陽光発電＋双方向充電＋直流＋フレキシブル制御（太陽光発電蓄電直接フレキシブル）」という新しい電力システムを構築することです。「太陽光発電蓄電直接フレキシブル」技術は、建物の運用における二酸化炭素排出量を約25%削減できると推定されています。したがって、「太陽光発電蓄電直接フレキシブル」技術は、建築分野における電力網の変動を安定させ、再生可能エネルギーを多く活用し、将来の建物の電力効率を向上させるための重要な技術であり、建物のカーボンニュートラル化を実現するための効果的な手段です。
モジュール式太陽光発電システム
建設現場の仮設建物は主に再利用可能なモジュール型住宅を使用しているため、モジュール型住宅向けに反転も可能なモジュール型太陽光発電モジュールシステムが設計されています。このゼロカーボン現場太陽光発電仮設建設製品は、モジュール化を使用して標準化された太陽光発電支持構造と太陽光発電システムを設計しています。まず、標準住宅（6×3×3）と通路住宅（6×2×3）の2つの仕様に基づいて、モジュール型住宅の上部にタイル状に太陽光発電を配置し、各標準コンテナに単結晶シリコン太陽光発電パネルを設置します。太陽光発電パネルは、下部の太陽光発電支持構造の上に設置され、一体型のモジュール型太陽光発電コンポーネントを形成し、輸送と反転を容易にするために全体を吊り上げます。
太陽光発電システムは、主に太陽光発電モジュール、インバータ制御一体型機器、およびバッテリーパックで構成されています。製品群は、標準住宅2棟と通路付き住宅1棟で構成されたユニットブロックで構成され、6つのユニットブロックが組み合わされて異なるプロジェクト部門の空間ユニットとなり、プロジェクト部門の空間レイアウトに適応し、プレハブ式のゼロカーボンプロジェクトプランを形成します。モジュール製品は、特定のプロジェクトや敷地に合わせて自由に変更・適応でき、BIPV技術を使用してプロジェクト部門の建物全体のエネルギーシステムの炭素排出量をさらに削減し、さまざまな地域や気候の公共建築物がカーボンニュートラル目標を達成できる可能性を提供します。技術ルートは参考としてご活用ください。
1. モジュール設計
モジュール式統合設計は、6m×3mと6m×2mのユニットモジュールを用いて行われ、スムーズな搬入・搬出を実現します。迅速な製品搬入、安定した稼働、低運用コスト、そして現場での工期短縮を保証します。モジュール設計により、組立工場のプレハブ化、全体的な積み重ねと輸送、吊り上げとロック接続が実現し、効率性の向上、建設プロセスの簡素化、工期の短縮、そして建設現場への影響の最小化につながります。
主なモジュール技術：
（１）モジュール式住宅に適合するコーナー金具は、モジュール式太陽光発電支持部を下のモジュール式住宅に接続するのに便利である。
（２）太陽光発電の配置はコーナー金具の上部の空間を避けるように設計されているため、輸送時には太陽光発電ブラケットを積み重ねることができる。
（３）モジュール式橋梁フレームは、太陽光発電ケーブルの標準化された配置に便利です。
（４）２A＋２Bモジュールの組み合わせにより、標準化された生産が容易になり、特注部品が削減されます。
（５）6個の2A+Bモジュールを組み合わせて小型インバータを備えた小型ユニットとし、2個の小型ユニットを組み合わせて大型インバータを備えた大型ユニットとする。
2. 低炭素設計
ゼロカーボン技術に基づき、本研究ではゼロカーボン現場太陽光発電仮設建設製品、モジュール設計、標準化生産、統合型太陽光発電システム、および太陽光発電モジュール、インバーターモジュール、バッテリーモジュールなどのモジュール変換およびエネルギー貯蔵機器を設計し、建設現場プロジェクト部門の運用中にゼロカーボン排出を実現する太陽光発電システムを構築します。太陽光発電モジュール、インバーターモジュール、バッテリーモジュールは分解、組み合わせ、反転が可能で、箱型住宅と合わせてプロジェクトを反転させるのに便利です。モジュール製品は数量変更によりさまざまな規模のニーズに対応できます。この取り外し可能、組み合わせ可能、ユニットモジュール設計のアイデアは、生産効率を向上させ、炭素排出量を削減し、カーボンニュートラル目標の実現を促進します。
3. 太陽光発電システムの設計
太陽光発電システムは、主に太陽光発電モジュール、インバータ制御一体型機器、およびバッテリーパックで構成されています。モジュール式住宅の太陽光発電パネルは、屋根にタイル状に敷設されています。標準コンテナには1924×1038×35mmサイズの単結晶シリコン太陽光発電パネルが8枚、通路コンテナには1924×1038×35mmサイズの単結晶シリコン太陽光発電パネルが5枚設置されています。
日中は、太陽光発電モジュールが発電し、コントローラとインバータが直流を交流に変換して負荷に供給します。システムは負荷への電力供給を優先します。太陽光発電で発電された電力が負荷の電力よりも大きい場合、余剰電力は充放電コントローラを介してバッテリーパックに充電されます。光量が弱い場合や夜間は、太陽光発電モジュールは発電せず、バッテリーパックに蓄えられた電力はインバータ制御統合機器を介して交流に変換され、負荷に供給されます。
まとめ
モジュール型太陽光発電技術は、深セン市坪山新エネルギー自動車工業団地の4～6号棟の建設現場にあるプロジェクト部門のオフィスエリアと居住エリアに適用されています。合計49グループが2A+Bグループに配置され（図5参照）、8台のインバーターが装備されています。総設置容量は421.89kW、年間平均発電量は427,000kWh、二酸化炭素排出量は0.3748kgCOz/kWhで、プロジェクト部門の年間二酸化炭素削減量は160tCO2です。
モジュール型太陽光発電技術は、建設現場における二酸化炭素排出量を効果的に削減し、建物の初期建設段階における二酸化炭素排出量削減の軽視を補うことができます。モジュール化、標準化、統合、および回転により、建築資材の無駄を大幅に削減し、利用効率を向上させ、二酸化炭素排出量を削減できます。新エネルギー事業部門におけるモジュール型太陽光発電技術の現場適用により、最終的には建物内の分散型クリーンエネルギーの消費率が90%以上、サービス対象者の満足度が90%以上となり、事業部門の二酸化炭素排出量を毎年20%以上削減することが可能になります。事業部門の建物全体のエネルギーシステムの二酸化炭素排出量を削減するだけでなく、BIPVは、さまざまな地域や気候条件の公共建築物がカーボンニュートラル目標を達成するための参考となる技術的道筋も提供します。この分野における関連研究を適時に実施し、この貴重な機会を捉えることで、我が国はこの革命的な変化をリードし、先導することができるでしょう。
投稿日時：2023年7月17日