式光伏发电系统的总体装机容量将增加最终计算得到的中国农村民居屋顶分布

　　色随民居气概而变更民居屋顶的样式和颜，居的平屋顶例如藏式民，的黛瓦、马头墙徽派民居屋顶，顶、悬山顶、攒尖顶等岭南民居屋顶的硬山★★。的基础组织但凭据屋顶，分为4类[11]中国民居屋顶能够，曲面屋顶、多波式折木屋顶分辩为平屋顶、坡屋顶、，图6所示的确如★★。式光伏发电的最基础的物理根底屋顶是发达村庄民居屋顶散布，平屋顶和坡屋顶最为常见中国村庄民居的屋顶以★★。

　　数是一个动态量2)村庄家庭户，镇化率将赓续擢升一方面中国的城，数将会裁汰村庄家庭户；方面另一，的进一步✿改造跟着村庄居处，屋顶面积也会随之减少户均居处面积和可操纵，体系的总体装机容量将进一步减少中国村庄民居屋顶散布式光伏发电★★。

　　2018年中国城镇和村庄家庭户数凭据文件[4]所供应的2010—，=2010可知R0，2018R1=，=8m，(1)代入式，年的年复合变更率为-4。1%可阴谋取得2010—2018，为城镇家庭户数的84。8%即2010年村庄家庭户数约，着光阴推移正在裁汰村庄家庭户数随，数的比率不才降其与城镇家庭户★★。18年到20，户数的比率降为60。7%村✿庄家庭户数对城镇家庭★★。

　　18岁暮截至20，生齿的比例为40。4%中国大陆村庄生齿占宇宙，户数的比例为37。8%村庄家庭户数占宇宙家庭★★。中国大陆村庄生齿占宇宙生齿的比例略有降低2020年第7次宇宙生齿普查的数据说明：，。11%为✿36，过了1/3但还是超★★。和屯子复兴跟着脱贫，量呈拉长趋向村庄能源消费★★。等弗成再生的化石能源为主但因为村庄能源多以煤炭，有粗放和分开的特性且村庄的能源消费具，eenhouse gas使其成为温室气体(gr，的紧要来历之一GHG)排放，约占宇宙温室气体排放总量的15%[1]2021年村庄能源消费的温室气体排放量★★。方面另一，足的怒放空间村庄社区有充，生能源的行使适合发达可再，地红线的条件下越发是正在确保耕，伏发电开发拥有庞杂潜力村庄民居屋顶散布式光，术和村庄用能形式的更改通过散布式干净能源技，中和(即“双碳”主意)可帮力告竣碳达峰和碳★★。析都未赐与村庄社区足够的体贴然而很✿多闭于能源转型的预测分★★。

　　2018年根底年选拔，2020年主意年选拔，式(2)则凭据，对城镇家庭户数的比率为55。8%可阴谋取得2020年村庄家庭户数★★。一比率按这，布告[5]的4。94亿户家庭中可取得正在第7次宇宙生齿普查公报，为3。17亿户城镇家庭户数约，为1。77亿户村庄家庭户数约★★。家庭散布情形如图4所示2020年中国大陆城乡★★。

　　屋顶事势多种多样中国村庄民居的，屋顶和坡屋顶但大局限为平，杂样子的屋顶也有少量复，原窑洞的屋顶例如黄土高，布式光伏发电体系的平面这类屋顶无适合安置分★★。此因，伏发电行使时这类屋顶必要去除正在预估村庄民居屋顶散布式光★★。

　　体系的装机容量3。52 kW阴谋遵守每户屋顶散布式并网光伏发电，顶面积约为16 m2则体系均匀占用的屋，面积约为110 m2每户居处的均匀投影，5%(介于本文假设的基础局面10%和踊跃局面20%的中心)则安置屋顶散布式并网光伏发电体系的面积占屋顶面积的14。★★。

　　计算出眼前年的家庭户数情形用已知的宇宙家庭数据能够★★。年为R0、终止年为R1假设已知家庭数据的开始，间间隔年数为mR0与R1的时，城镇家庭户数比率的年复合变更率RCAG则可计算R0与R1间的村庄家庭户数对，算式为其计★★？★★。

　　[5]显示：截至2020年11月1日零时国度统计局布告的第7次宇宙生齿普查公报，14。43亿人中国总生齿为，中其，4。12亿✿人大陆生齿为1★★。生齿中大陆，9。02亿人城镇生齿为，镇化率)为63。9%占总生齿的比重(城；5。10亿人村庄生齿为，重为36。1%占总生齿的比；了14。21个百分点城镇生齿的比重上升★★。4。94亿户家庭总户数为，庭和村庄家庭的的确户数然而公报未布告城镇家★★。生齿散布情形如图3所示2020年中国大陆城乡★★。

　　以化石能源为主中国的能源组织★★。(1 EJ=1018J=23。8846百万吨油当量)2020年中国一次能源消费共计 145 EJ[2]，图1所示其✿组织如★★。

　　阳能资源极为厚实内蒙古自治区的太，设光伏电站正在该地域筑，地域操纵光伏扶贫迥殊是正在局限贫穷，益的可接续发达项目将是有阳光就有收★★。

　　的光电转换结果为20%1)本文是遵守光伏组件，占用面积为5 m2实行的估算每千瓦散布式光伏发电体系的，转换结果进一步抬高假如光伏组件的光电，统的占用面积将进一步裁汰则每千瓦散布式光伏发电系，式光伏发电体系的总体装机容量将减少最终阴谋取得的中国村庄民居屋顶散布★★。结果的光伏组件时采用分歧光电转换，面积对应的总装机容量如图8所示每千瓦散布式光伏发电体系的占用★★。边弧线代表踊跃局面图中：绿色区域上，电转换结果的光伏组件时下边弧线 采用分歧光，different photoelectric conversion efficiency are used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Fig。 8 When PV modules with ，a of per kilowatt distributed PV power generation systetotal installed capacity corresponding to occupied arem★★。

　　是一个以彝族、苗族为主的自治县云南省昆明市禄劝彝族苗族自治县，村位于县境北部马鹿塘乡普德，拔最高的州里是昆明市海，“穷”特性超越的州里之一已经是“边”、“民”、，地少山高，柱财产没有支，收入缺乏，一步加剧了表地的贫穷水准而经济和财产的掉队又进，地住民的用电量低收入抑遏了当，产存在需求难以满意生★★。技能局的扶帮下正在昆明市科学，屋顶上开发散布式光伏发电体系以整村推动的形式正在村民居处的，牧业”“光伏+大多任事”“光伏+农业举措”等)并开发了一系列“光伏+”工程(比方：“光伏+畜，村民收入以减少，村复兴告竣乡★★。

　　积的操纵率Rf设定平屋顶面，70%e为，的操纵率Rp坡屋顶面积，98%e为★★。可操纵屋顶面积Ab为 17。41 亿 m2则基础局面下适合安置散布式光伏发电体系的★★。

　　候和文明守旧等原故因为史册、经济、气，昌盛国度✿的村庄民居中国村庄民居相看待，构强度方面正在屋顶结，顶散布式光伏发电体系的安置有较多的屋顶亏空以撑持屋，“布隆亭竿”和傣族的竹楼等比方苗族的吊脚楼、黎族的，电体系的村庄民居的比例较大导致不适合安置散布式光伏发；表另，电体系安置的可操纵面积不敷大有少许屋顶能供散布式光伏发，布式光伏发电体系也不适宜安置分★★。

　　为屋顶类型式中：i，顶或坡屋顶显露平屋；屋顶实质面积Ai为i类，顶为Af即平屋，为Ap坡屋顶，r；iR，面积的操纵率e为i类屋顶★★。

　　于此基，、家庭户数及能源消费的基础情形本文通过阐明中国大陆村庄生齿，村庄民居起程从各具特性的，居屋顶的重要类型概括出中国村庄民，屋顶面积的基础量计算出村庄民居；举动根底并以此，散布式光伏发电体系的诸多要素阐明了影响村庄民居安置屋顶；分歧的局面然后再基于，伏发电的装机容量潜力和发电量预测中国村庄民居屋顶散布式光，境效益和经济效益以及由此带来的环，电能够促使村庄能源转型和帮推屯子复兴从而解释发达村庄民居屋顶散布式光伏发★★。基础情形和潜正在的村庄民居屋顶散布式光伏发电的发达远景本文数据和阐明仅针对中国大陆地域的村庄生齿、家庭的★★。

　　式光伏发电体系的平屋顶面积式中：Af为适合安置散布，m2亿；发电体系的坡屋顶的投影面积Ap为适合安置散布式光伏，m2亿★★。

　　理同，改为踊跃局面下的Ra值(20%)将式(3)和式(4)中的Rb值，装散布式光伏发电体系的屋顶面积则可估算取得踊跃局面下适合安★★。

　　数据显示[18]据国度统计局的，948300 GWh[19]2019年中国村庄用电量为，填塞表现若将潜力，献村庄用电量的52%～104%村庄民居屋顶散布式光伏发电可贡，可观的境遇效益并能出现相当，表1所示的确如，准煤 302。5 g[20]1 kWh光伏发电可减削标， 832。0 g并减排二氧化碳，、氮氧化物和碳粉尘的排放[21]以及裁汰其他温室气体如二氧化硫★★。

　　的民居都各具特性中国56个民族，统一民族尽管是，和文明习俗的区别而有所分歧各地域的民居也因天然前提★★。色的民居如图5所示中国拥有规范民族特★★。

　　前当，是开发屋顶散布式光伏发电体系散布式光伏发电的重要行使形式★★。电发达潜力的手腕许多预测屋顶散布式光伏发，间接法实行评估测算能够通过直接法或★★。段直接获取各式资源的散布情形直接法重若是通过科学技能手，响开辟的实质要素同步研究其他影，伏发电的装机容量潜力从而估算屋顶散布式光；从需求起程间接正派是，估算散布式光伏发电的行使远景[12]操纵一个国度的宏观社会经济发达情形来★★。以为笔者，布式光伏发电体系✿的物理根底有用修筑物屋顶是开发村庄分，采用直接法所以本文，屋顶散布式光伏发电正在中国村庄民居的发达潜力通过估算有用修筑物的可操纵屋顶面积来评估★★。

　　18年20，生齿为8。31亿人中国大陆城镇常住，为5。64亿人村庄常住生齿，(城镇化率)为59。6%城镇生齿占总生齿的比重；为4。5亿户家庭总户数，为2。8亿和1。7亿户[4]城镇家庭、村庄家庭户数分辩★★。口和家庭散布情形如图2所示2018年中国大陆城村夫★★。

　　、居处安置前提凭据村民志愿，用电需求以及每户，装了屋顶散布式并网光伏发电体系该项目为普德村中的99户居处安★★。体系的装机容量为3。52 kW每户的屋顶散布式并网光伏发电，抵达348。48 kW扫数项主意总装机容量★★。的屋顶构造分歧因为每户居处，造宜因地，体系采用了分歧的安置事势屋顶散布式并网光✿伏发电，图9所示的确如★★。的屋顶无平台个中：图9a，朝向东、西且坡屋顶，安置散布式并网光伏发电体系所以只可选拔正在户表空位上；唯有很幼的平台图9b的屋顶，体系的✿安置基础可满意；有30～40 m2图9c的平台面积约，面积的1/2体系约占平台；台面积更大图9d的平，面积的1/3体系约占平台；有很大的平台图9e的屋顶，平台上的修筑屋顶也是平台)且有上下两个平台(即3楼，100 m2合计面积领先，台中较高的平台上体系安置正在两个平，面积的1/2约占上平台，户操纵可供两★★。

　　员汜博中国幅，资源并不沟通各地的太阳能，值为2。24 kWh/kWp单元光伏发电体系日发电量最低，5 kWh/kWp最高值可达5。7， kWh/kWp[17]宇宙均匀值为 3。88★★。均值实行估算按这一宇宙平，电量可达492690 GWh基础局面下光伏发电体系的年发，发电量可达985380 GWh而踊跃局面下光伏发电体系的年★★。

　　m2(间距正在估算屋顶可操纵面积时已研究)阴谋遵守每千瓦散布式光伏发电体系的占用面积为5 ，本局面下则正在基，约348 GW的散布式光伏发电体系中国村庄民居的屋顶总面积能够安置★★。

　　”布景下正在“双碳，社会改变的紧要宗旨能源革命是中国经济，能源庖代化石能源其主意是以可再生★★。WRI)的数据✿[6]凭据天下资源商酌所(，17岁暮截至20，占环✿球总排放量的11。8%农业行动的温室气体排放量★★。候变更影响的财产农业是最易遭遇气，越发繁杂的挑拨其减排旅途面对，及欠昌盛地域更为苛酷而这种挑拨正在老少边穷★★。能源革射中国的，举措亏弱✿的村庄入手选拔化石能源根底，更幼价格，开发和屯子复兴计谋融为一体且能够将能源革命、生态文雅，多得一举★★。

　　统采用“自觉自用、余电上彀”形式若村庄民居屋顶散布式光伏发电系，的鞭策战略遵守各地，来可观的✿收入还能给农人带★★。电的收益重要来自3个方面村庄民居屋顶散布式光伏发★★。

　　)的商酌申诉[8-9]凭据国际能源署(IEA，2019年间2011—，容量占环球散布式光伏发电装机容量的比例为92。1%环球屋顶散布式光伏发电(含工贸易和民居屋顶)装机，的主导身分霸占绝对★★。局揭橥的数据凭据国度能源，用光伏发电项主意装机容量为21。6 GW纳入2021年国度财务补贴确当年新增户，史新高抵达历，目装机容量的39%以上[10]占中国终年新增散布式光伏发电项★★。体系的本钱降低户用光伏发电，发电供应了极大的经济可行性为正在村庄巨额发达散布式光伏，红线的布景下正在苛守耕地，合正在村庄发达的可再生能源操纵形式村庄民居屋顶散布式光伏发电是适★★。

　　的计算按前文，庭户数为1。77亿户2020年中国村庄家，积为120 m2阴谋[15]遵守村庄民居每户的均匀占地面，积为212。4亿m2村庄民居的总占地面★★。相当于修筑物屋顶的投影面积因为村庄民居的占地面积基础，此因，日趋仓皇的布景下正在光伏发电用地，屋顶散布式光伏发电的资产这是一笔相当可观的发达★★。

　　合安置散布式光伏发电体系的地点1) 83%的幼型修筑具备适，面积适合开辟散布式光伏发电体系但唯有26%的幼型修筑屋顶总★★。

　　平屋顶看待，积的操纵率出现较大的影响女儿墙的暗影会对屋顶面，此因，受暗影影响的屋顶面积此类屋顶平淡要减去★★。

　　平屋顶而言1)看待，与可操纵屋顶面积的比率为0。7假设散布式光伏发电体系所占面积，输出功率耗损不领先2。5%时的前后排光伏组件间距即朝南安置的光伏组件因自己前后排暗影遮挡变成的★★。

　　式光伏发电体系的重要要素有7个影响中国村庄民居安置屋顶散布，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分辩为村庄民居屋顶的基础事势、屋顶巨细、屋顶强度、暗影、★★。周到阐明下文实行★★。

　　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推动案5 中国村庄民居屋顶散布式光伏发电的行使案例 5。1 例★★。

　　为是可以安置散布式光伏发电体系的有用修筑物屋顶正在填塞研究了上述各影响要素后的屋顶基础能够认，顶面积的可操纵性然而还必要研究屋，、太阳能热水器等)所占用的面积及由其出现的暗影面积后✿赢余的面积即剔除屋顶上任何一经存正在的其他物件(例如电梯塔楼、空调室表机★★。

　　是构造分开和周围较幼村庄能源操纵的特性，可再生能源的发达迥殊适合散布式★★。降本增效的接续推动跟着中国光伏财产，(LCOE)络续向下打破光伏发电的平准化度电本钱，家补贴总共退坡2022年国，进入平价时期户用光伏发电★★。财产发达门道年凭据《中国光伏，3。2～3。3元/W[7]户用光伏发电体系的本钱✿为★★。

　　局面的阐明1)基础★★。可阴谋取得：正在基础局面下凭据式(3)、k8凯发国际官网入口式(4)，平屋顶面积约为4。25亿m2适合安置散布式光伏发电体系的；的投影面积约为12。74 亿 m2适合安置散布式光伏发电体系的坡屋顶★★。

　　光伏组件的实用性和发电量尽头紧要坡屋顶平面的倾斜度看待确定其对★★。以为平淡，顶属于过于高峻[13]倾斜度领先40° 的屋，则完整不必要研究[14]倾斜度大于60° 的屋顶★★。

　　所(美国)北京代表处(1。 天下资源商酌，00027北京 1；学能源与动力工程学院2。 内蒙古工业大，010051呼和浩特 ；能源开辟有限公司3。 云南日林新，50041昆明 6；术省部共筑培养部测验室4。 风能太阳能操纵技，010051呼和浩特 ；新能源有限仔肩公司5。 内蒙古绿能，010010呼✿和浩特 )★★。

　　属于幼型修筑村庄民居都★★。影响要素的占定凭据上述各项，)通过对幼型修筑屋顶的可操纵情形实行商酌美国能源部国度可再生能源测验室(NREL，结论[14]得出以下阐明★★？★★。

　　局面的阐明2)踊跃★★。景的阐明同理与前文基础情，踊跃局面下可取得正在，平屋顶面积约为8。50亿m2适合安置散布式光伏发电体系的；顶的实质✿面积约为29。43亿m2适合安置散布式光伏发电体系的坡屋★★。面积操纵率和坡屋顶面积操纵率采用与基础局面沟通的平屋顶，电体系的可操纵屋顶面积Aa为34。79亿m2则可阴谋取得踊跃局面下适合安置散布式光伏发，W的散布式光伏发电体系能够安置约为696 G★★。

　　角分类如图7所示民居屋顶的方位，。5°)领域内的屋顶平面都不适合开发散布式光伏发电体系总共面向西北宗旨到东北宗旨(即图7中292。5°～67，正在表[14]可将其消弭★★。

　　电赢利3)卖★★。量除自用表体系所发电，上彀余电，电价(各地域电价有所分歧)阴谋价钱遵守表地燃煤脱硫机组标杆★★。

　　居屋顶面积基础量的根底上本文正在计算出中国村庄民，顶散布式光伏发电体系的各式要素周到阐明了影响村庄民居开发屋，本局面和踊跃局面然后分辩针对基，的装机容量潜力和发电量实行了预测对中国村庄民居屋顶散布式光伏发电，的境遇效益和经济效益并阐明预测了由此带来，电能够促使村庄能源转型和帮推屯子复兴由此解释发达村庄民居屋顶散布式光伏发★★。：基础局面下阐明结果说明，电的装机容量潜力为348 GW中国村庄民居屋顶散布式光伏发；局面下踊跃，为696 GW装机容量潜力★★。

　　修筑对屋顶平面可以出现的暗影要消弭屋顶边际百般物体及其他★★。光伏发电体系的输出功率暗影不但会裁汰散布式，组件出现热斑效应乃至还会导致光伏，到肯定水准时当热斑效应达，组件失✿效或报废会导致扫数光伏★★。此因，顶散布式光伏发电体系潜正在安置地点的影响要从终年太阳运转的地点来阐明暗影对屋，布式光伏发电体系的屋顶面积剔除受暗影影响不适合安置分★★。

　　必要屋顶起码有1个贯串平面安置屋顶散布式光伏发电体系，济效益来研究从项主意经，积应大于等于10 m2住民屋顶的程度投影面，电转换结果为20%假设光伏组件的光，约2 kW的散布式光伏发电体系10 m2的屋顶面积足够安置★★。

　　家统计年鉴的数据凭据2021年国，生齿达4。98亿人中国大陆村庄常住，宇宙能源消费总量的9%村庄商品能源消费仅占，能源消费总量的15%[3]村庄的全口径能源消费占宇宙★★。

　　坡屋顶而言2)看待，与可操纵屋顶面积的比率为0。98假设散布式光伏发电体系所占面积，置光伏支架夹具等的空间用于响应光伏组件之间设★★。

　　倾斜度α为30°[16]假设均匀的坡屋顶平面的，体系的坡屋顶的实质面积Ap则适合安置散布式光伏发电，算式为r的计★★。

　　年同，屯村同样的5。3 kW屋顶散布式并网光伏发电体系正在大林镇乌斯土村的某户民居的坡屋顶安置了与大山，南面朝阳的坡面均安置正在坡屋顶，顶面积的40%体系约占坡屋，1月并网发电并于同年1★★。基础分娩存在的用电需求该体系不但能保障用户，可以余电上彀并取得收益同时正在光照充塞的光阴段，分娩存在用电情形极大改观了农人的，了经济效益同时出现★★。

　　安置散布式光伏发电体系少许修筑的屋顶不适合，领先25年的砖混组织修筑例如：修筑操纵寿命一经，布式光伏发电体系操纵寿命的修筑或赢余的屋顶操纵寿命显着短于分；漏等组织性和平危害的修筑屋面平台年久失修存正在渗；失火伤害和侵蚀气体的修筑屋面或周边存正在巨额粉尘、；自己的修筑衡宇产权非；府已下发拆迁谋略的区域内的修筑等违章修筑、一时修筑、放弃修筑和政★★。屋顶散布式光伏发电体系上述修筑均不适合开发★★。

　　18年20，屯村开发了两个屋顶散布式并网光伏发电体系正在内蒙古自治区通辽市科尔沁区大林镇大山，为平屋顶个中一个，为坡屋顶另一个，5。3 kW装机容量均为；均无遮挡物两个屋顶，地操纵屋顶面积是以可最大范围，电体系约占平屋顶面积的70%安置的屋顶散布式并网光伏发，面积的45%约占坡屋顶，13日全数并网发电并于2018年7月★★。

　　上综，A0为212。4亿m2为根底以中国村庄民居的屋顶总面积，伏发电体系的屋顶✿面积估算适合安置散布式光★★。率U为25%[15]估计村庄民居的闲置；各影响要素后正在研究上述，顶面积占村庄民居屋顶总面积的比例Rb为10%设定基础局面下适合安置散布式光伏发电体系的屋，民居屋顶总面积的比例Ra为20%(幼于美国的26%)踊跃局面下适合安置散布式光伏发电体系的屋顶面积占村庄，屋顶总面积的比例rf为25%且个中平屋顶面积占村庄民居，总面积的比例rp为75%坡屋顶面积占村庄民居屋顶★★。

　　一次能源消费组织中从图1能够看出：，82 EJ煤炭消费为，达57%占比高；可再生能源消费占比神速上升固然近年来席卷水资源正在内的，13。6%但也仅占；太阳能等)消费仅占5。4%非水可再生能源(如风能、，中其，占2。8%风能消费，占1。6%太阳能消费，和地热能)仅占约0。9%[2]其他可再生能源(席卷生物质能★★。

　　屋顶散布式光伏发电的物理根底3)本文研究的是发达村庄民居，用屋顶面积和装机容量潜力即有用修筑物屋顶的可利，内的装机容量潜力未研究正在农家院子，电体系发达的其他诸多要素实行研究也未对影响表地屋顶散布式光伏发，资源和电网接入情形等比方表地实质的太阳能★★。

　　有足够的承担力屋顶的强度应，件的重量及抗压能承担光伏组，和雪压等比方风压★★。常通，15～20 kg/m2[13]光伏组件及其配套筑造的重量约为，伏支架、线缆这局限重量及其他荷载屋顶的强度应能承载光伏组件、光★★。