Momenteel richten de meeste mensen zich op de CO2-reductie van permanente gebouwen. Er is weinig onderzoek gedaan naar CO2-reductiemaatregelen voor tijdelijke gebouwen op bouwplaatsen. Projectafdelingen op bouwplaatsen met een levensduur van minder dan 5 jaar maken doorgaans gebruik van herbruikbare modulaire woningen, die hergebruikt kunnen worden. Dit vermindert de verspilling van bouwmaterialen en de CO2-uitstoot.
Om de CO2-uitstoot verder te verminderen, ontwikkelt dit vakgebied een draaibaar modulair fotovoltaïsch systeem voor het project van de modulaire woningen, dat tijdens de exploitatie schone energie levert. Hetzelfde draaibare fotovoltaïsche systeem wordt geïnstalleerd op het tijdelijke gebouw van de projectafdeling op de bouwplaats. De gestandaardiseerde fotovoltaïsche ondersteuning en het ontwerp van het fotovoltaïsche systeem worden modulair uitgevoerd, waarbij een modulair ontwerp met specifieke afmetingen wordt gerealiseerd om een geïntegreerd, modulair, demonteerbaar en draaibaar technisch product te vormen. Dit product verbetert de energie-efficiëntie van de projectafdeling door middel van "flexibele technologie voor directe zonne-energieopslag", vermindert de CO2-uitstoot tijdens de exploitatie van de tijdelijke gebouwen op de bouwplaats en biedt technische ondersteuning voor het realiseren van de doelstelling van bijna CO2-neutrale gebouwen.
Gedistribueerde energie is een energievoorzieningsmethode waarbij energieproductie en -verbruik aan de gebruikerszijde worden geïntegreerd, waardoor energieverlies tijdens transport wordt verminderd. Gebouwen, als belangrijkste energieverbruikers, kunnen ongebruikte energie van zonnepanelen op het dak benutten voor eigen verbruik. Dit kan de ontwikkeling van gedistribueerde energieopslag bevorderen en bijdragen aan de nationale doelstelling voor de dubbele CO2-uitstoot en de voorstellen van het 14e Vijfjarenplan. Het eigen verbruik van energie in gebouwen kan de rol van de bouwsector in het behalen van de nationale doelstellingen voor de dubbele CO2-uitstoot versterken.
Dit onderzoek bestudeert het effect van zelfverbruik door tijdelijke zonne-energieopwekking in gebouwen op bouwlocaties en onderzoekt het effect van modulaire zonne-energietechnologie op de CO2-reductie. De studie richt zich met name op de bouw van modulaire woningen op bouwlocaties. Omdat een bouwlocatie een tijdelijk gebouw is, wordt dit aspect vaak over het hoofd gezien tijdens het ontwerpproces. Het energieverbruik per oppervlakte-eenheid van tijdelijke gebouwen is doorgaans hoog. Na optimalisatie van het ontwerp kan de CO2-uitstoot effectief worden verminderd. Daarnaast kunnen tijdelijke gebouwen en modulaire zonne-energie-installaties worden hergebruikt. Naast de CO2-reductie door zonne-energieopwekking, draagt ook het hergebruik van bouwmaterialen aanzienlijk bij aan de vermindering van de CO2-uitstoot.
De technologie "zonne-energieopslag, directe flexibiliteit" is een belangrijk technisch middel en een effectieve manier om CO2-neutraliteit in gebouwen te bereiken.
China is momenteel actief bezig met het aanpassen van de energiestructuur en het bevorderen van een koolstofarme ontwikkeling. In september 2020 stelde president Xi Jinping tijdens de 75e zitting van de Algemene Vergadering van de Verenigde Naties een tweeledig koolstofdoel voor. China streeft ernaar de CO2-uitstoot in 2030 te laten pieken en in 2060 koolstofneutraal te zijn. In "De suggesties van het Centraal Comité van de Communistische Partij van China voor de formulering van het veertiende vijfjarenplan voor nationale economische en sociale ontwikkeling en de langetermijndoelen voor 2035" werd benadrukt dat het noodzakelijk is om de energietransitie te bevorderen, de capaciteit voor het verbruik en de opslag van nieuwe energie te vergroten, de bevordering van een koolstofarme ontwikkeling te versnellen, groene gebouwen te ontwikkelen en de CO2-uitstootintensiteit te verminderen. Met de focus op de tweeledige koolstofdoelstellingen (koolstofneutraliteit) en de aanbevelingen van het veertiende vijfjarenplan hebben diverse nationale ministeries en commissies achtereenvolgens specifieke beleidsmaatregelen geïntroduceerd, waarbij decentrale energieopwekking en decentrale energieopslag de belangrijkste ontwikkelingsrichtingen zijn.
Volgens statistieken is 22% van de totale CO2-uitstoot van gebouwen afkomstig van de exploitatie ervan. Het energieverbruik per oppervlakte-eenheid van openbare gebouwen is de afgelopen jaren toegenomen door de bouw van grootschalige, gecentraliseerde gebouwen in steden. Daarom is CO2-neutraliteit van gebouwen een belangrijk onderdeel van de nationale strategie om CO2-neutraliteit te bereiken. Een van de belangrijkste richtingen voor de bouwsector in het kader van de nationale CO2-neutraliteitsstrategie is de ontwikkeling van een nieuw elektrisch systeem van "zonnepanelen + tweewegladen + gelijkstroom + flexibele regeling" (directe flexibele zonne-energieopslag). Naar schatting kan de "directe flexibele zonne-energieopslag"-technologie de CO2-uitstoot van gebouwen met ongeveer 25% verminderen. Daarom is deze technologie een sleuteltechnologie om schommelingen in het elektriciteitsnet in de gebouwensector te stabiliseren, een groot aandeel hernieuwbare energie te benutten en de elektrische efficiëntie van toekomstige gebouwen te verbeteren. Het is een belangrijk en effectief technisch middel om CO2-neutraliteit in gebouwen te bereiken.
Modulair fotovoltaïsch systeem
De tijdelijke gebouwen op de bouwplaats bestaan meestal uit herbruikbare modulaire huizen. Daarom is er een modulair fotovoltaïsch systeem ontworpen dat ook kan worden verplaatst. Dit CO2-neutrale, tijdelijke bouwproduct met fotovoltaïsche panelen maakt gebruik van modularisatie om gestandaardiseerde fotovoltaïsche ondersteuningen en systemen te ontwerpen. Het is gebaseerd op twee specificaties: een standaardhuis (6×3×3) en een loopbrughuis (6×2×3). De fotovoltaïsche panelen worden in een tegelpatroon op het dak van het modulaire huis aangebracht, waarbij monokristallijne siliciumpanelen op elke standaardcontainer worden geplaatst. De panelen worden op de onderliggende fotovoltaïsche ondersteuning geplaatst om een geïntegreerd modulair fotovoltaïsch component te vormen, dat als geheel wordt gehesen om transport en verplaatsing te vergemakkelijken.
Het fotovoltaïsche energieopwekkingssysteem bestaat hoofdzakelijk uit fotovoltaïsche modules, een geïntegreerde omvormer en een accupakket. De productgroep bestaat uit twee standaardwoningen en één woning met een gangpad, die samen een eenheidsblok vormen. Zes van deze eenheidsblokken worden gecombineerd tot verschillende projectafdelingen, zodat ze kunnen worden aangepast aan de ruimtelijke indeling van de projectafdeling en een geprefabriceerd, CO2-neutraal projectplan kunnen vormen. Modulaire producten kunnen worden gevarieerd en vrij worden aangepast aan specifieke projecten en locaties. Door gebruik te maken van BIPV-technologie wordt de CO2-uitstoot van het gehele energiesysteem van het gebouw verder gereduceerd, waardoor openbare gebouwen in verschillende regio's en onder verschillende klimaatomstandigheden de mogelijkheid krijgen om CO2-neutraliteit te bereiken. De technische route is ter referentie.
1. Modulair ontwerp
Het modulaire, geïntegreerde ontwerp is uitgevoerd met modules van 6m × 3m en 6m × 2m, waardoor een gemakkelijke doorloop en transport mogelijk is. Dit garandeert een snelle productlevering, stabiele werking, lage operationele kosten en een kortere bouwtijd op locatie. Dankzij het modulaire ontwerp kunnen de onderdelen van de fabriek geprefabriceerd, gestapeld en getransporteerd worden, en kunnen de hijs- en vergrendelverbindingen eenvoudig tot stand worden gebracht. Dit verbetert de efficiëntie, vereenvoudigt het bouwproces, verkort de bouwtijd en minimaliseert de impact op de bouwplaats.
Belangrijkste modulaire technologieën:
(1) De hoekfittingen die overeenkomen met het modulaire huistype zijn handig voor de verbinding van de modulaire fotovoltaïsche ondersteuning met het modulaire huistype eronder;
(2) De opstelling van de fotovoltaïsche panelen vermijdt de ruimte boven de hoekfittingen, zodat de fotovoltaïsche beugels voor transport op elkaar gestapeld kunnen worden;
(3) Modulair brugframe, dat handig is voor de gestandaardiseerde lay-out van fotovoltaïsche kabels;
(4) De modulaire combinatie 2A+B maakt gestandaardiseerde productie mogelijk en vermindert het aantal op maat gemaakte onderdelen;
(5) Zes 2A+B-modules worden gecombineerd tot een kleine eenheid met een kleine omvormer, en twee kleine eenheden worden gecombineerd tot een grote eenheid met een grotere omvormer.
2. Koolstofarm ontwerp
Gebaseerd op koolstofneutrale technologie, ontwerpt dit onderzoek koolstofneutrale, tijdelijke zonne-energiesystemen voor bouwlocaties. Deze systemen kenmerken zich door een modulair ontwerp, gestandaardiseerde productie, een geïntegreerd zonne-energiesysteem en ondersteunende modulaire transformatie- en energieopslagapparatuur, waaronder zonne-energiemodules, omvormermodules en batterijmodules. Samen vormen ze een zonne-energiesysteem dat tijdens de bouwactiviteiten geen koolstofuitstoot produceert. De zonne-energiemodules, omvormermodules en batterijmodules kunnen worden gedemonteerd, gecombineerd en verplaatst, wat handig is bij het verplaatsen van projecten, zoals bijvoorbeeld bij modulaire woningen. De modulaire producten kunnen door middel van aanpassingen in de hoeveelheid worden afgestemd op de behoeften van verschillende schaalniveaus. Dit demonteerbare, combineerbare en modulaire ontwerp verbetert de productie-efficiëntie, vermindert de koolstofuitstoot en bevordert de realisatie van koolstofneutraliteit.
3. Ontwerp van een fotovoltaïsch energieopwekkingssysteem
Het fotovoltaïsche energieopwekkingssysteem bestaat hoofdzakelijk uit fotovoltaïsche modules, een geïntegreerde omvormer en een accupakket. De zonnepanelen van de modulaire woning zijn in een tegelpatroon op het dak aangebracht. Elke standaard container is voorzien van 8 monokristallijne silicium fotovoltaïsche panelen met een afmeting van 1924 × 1038 × 35 mm, en elke container met zijgangen is voorzien van 5 monokristallijne silicium fotovoltaïsche panelen met een afmeting van 1924 × 1038 × 35 mm.
Overdag wekken zonnepanelen elektriciteit op, waarna de controller en omvormer gelijkstroom omzetten in wisselstroom voor gebruik door de belasting. Het systeem geeft prioriteit aan de levering van elektrische energie aan de belasting. Wanneer de door de zonnepanelen opgewekte elektriciteit groter is dan het vermogen van de belasting, wordt de overtollige energie via de laad- en ontlaadcontroller in het accupakket geladen. Bij weinig licht of 's nachts wekken de zonnepanelen geen elektriciteit op en wordt de energie via de omvormer in het accupakket opgeslagen. De in het accupakket opgeslagen energie wordt dan omgezet in wisselstroom voor de belasting.
Samenvatting
Modulaire fotovoltaïsche technologie wordt toegepast in de kantoor- en woonruimtes van de projectafdeling op de bouwplaats van Gebouw 4-6 in het Pingshan New Energy Automobile Industrial Park in Shenzhen. In totaal zijn 49 groepen panelen geplaatst in de 2A+B-groep (zie Figuur 5), elk uitgerust met 8 omvormers. Het totale geïnstalleerde vermogen bedraagt 421,89 kW, de gemiddelde jaarlijkse energieopwekking is 427.000 kWh, de CO2-uitstoot is 0,3748 kgCO2/kWh en de jaarlijkse CO2-reductie van de projectafdeling is 160 tonCO2.
Modulaire fotovoltaïsche technologie kan de CO2-uitstoot op de bouwplaats effectief verminderen en zo de tekortkomingen in de initiële bouwfase compenseren. Modularisatie, standaardisatie, integratie en hergebruik kunnen de verspilling van bouwmaterialen aanzienlijk verminderen, de efficiëntie verbeteren en de CO2-uitstoot verlagen. De toepassing van modulaire fotovoltaïsche technologie in de sector van nieuwe energieprojecten zal uiteindelijk leiden tot een verbruikspercentage van meer dan 90% van de gebouwen met decentrale, schone energie, een tevredenheidspercentage van meer dan 90% voor de gebruikers en een jaarlijkse verlaging van de CO2-uitstoot van de projectafdeling met meer dan 20%. Naast de verlaging van de CO2-uitstoot van het gehele energiesysteem van het gebouw, biedt geïntegreerde fotovoltaïsche technologie (BIPV) ook een referentietechnisch traject voor openbare gebouwen in verschillende regio's en onder verschillende klimaatomstandigheden om CO2-neutraliteit te bereiken. Tijdig relevant onderzoek op dit gebied uitvoeren en deze unieke kans grijpen, kan ons land een voortrekkersrol laten spelen in deze revolutionaire verandering.
Geplaatst op: 17-07-23