太陽(yáng)能光伏發(fā)電是利用半導(dǎo)體界面的光生伏特效應(yīng)將光能直接轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿囊环N技術(shù)。主要由太陽(yáng)電池板(組件)、控制器和逆變器等組成，主要部件由電子元器件構(gòu)成。太陽(yáng)能電池經(jīng)過(guò)串聯(lián)后進(jìn)行封裝保護(hù)可形成大面積的太陽(yáng)電池組件，將太陽(yáng)輻射能直接轉(zhuǎn)換成直流電能，而后通過(guò)并網(wǎng)逆變器，將直流電能轉(zhuǎn)化為與電網(wǎng)電壓同頻同相的交流電能，除供內(nèi)部使用外，余量也可接入公用電網(wǎng)。

1、“光伏+機(jī)場(chǎng)”應(yīng)用現(xiàn)狀

自1839年法國(guó)科學(xué)家E.Becquerel發(fā)現(xiàn)液體的光生伏特效應(yīng)以來(lái)，盡管太陽(yáng)能一直在發(fā)展成為可再生能源發(fā)電的主流形式，但由于其技術(shù)發(fā)展水平限制、成本較高的原因，光伏發(fā)電技術(shù)始終未被廣泛應(yīng)用。直到21世紀(jì)，隨著光伏發(fā)電技術(shù)不斷突破，低碳環(huán)保的理念深入人心，光伏發(fā)電才邁入快速發(fā)展階段。由于機(jī)場(chǎng)擁有較多的可用空間、暢通無(wú)阻的地形和大量的能源需求，也開(kāi)始逐漸成為光伏發(fā)電的一個(gè)重要應(yīng)用場(chǎng)景。

目前，我國(guó)北京大興國(guó)際機(jī)場(chǎng)、上海虹橋國(guó)際機(jī)場(chǎng)、深圳寶安國(guó)際機(jī)場(chǎng)等均已建有太陽(yáng)能光伏電站，不僅提高了機(jī)場(chǎng)的經(jīng)濟(jì)效益，同時(shí)也達(dá)到節(jié)能減排的效果，取得了良好的社會(huì)效益。但是光伏發(fā)電在機(jī)場(chǎng)的應(yīng)用遠(yuǎn)未達(dá)到飽和，一方面由于在機(jī)場(chǎng)建筑物屋頂或者空地區(qū)域內(nèi)安裝光伏電站時(shí)，需評(píng)估是否會(huì)對(duì)航空安全造成影響。另一方面由于我國(guó)現(xiàn)階段沒(méi)有將太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)應(yīng)用于機(jī)場(chǎng)的通用指南，機(jī)場(chǎng)在建設(shè)光伏電站時(shí)缺乏建設(shè)依據(jù)，使得光伏電站在機(jī)場(chǎng)的大面積應(yīng)用仍面臨較大困難。

2、“光伏+機(jī)場(chǎng)”適用可行

(1)由于機(jī)場(chǎng)建筑通常是大型、孤立的低層結(jié)構(gòu)，基本不會(huì)遮擋陽(yáng)光，有較大的空間在屋頂、外立面上安裝光伏組件。

2)由于機(jī)場(chǎng)在凈空方面有嚴(yán)格的限制面高度要求，機(jī)場(chǎng)內(nèi)的大片空地通常無(wú)法用作其他用途，且其位于機(jī)場(chǎng)內(nèi)部，便于維護(hù)管理，因此是安裝光伏組件的合適地點(diǎn)。

(3)機(jī)場(chǎng)作為民航業(yè)的重要基礎(chǔ)設(shè)施，碳排放量大，碳排放源除航空器外，主要為建筑物用電(熱)排放、地面保障車輛排放等。因此節(jié)約用電、優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)、使用清潔能源是機(jī)場(chǎng)碳減排的主要方向。機(jī)場(chǎng)建設(shè)太陽(yáng)能光伏電站可以節(jié)約能源、減少碳排放，助力實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰、碳中和目標(biāo)愿景。

(4)隨著光伏發(fā)電技術(shù)的提高，太陽(yáng)能光伏組件的成本也在不斷的降低，且其壽命可達(dá)25年。因此，光伏電站在機(jī)場(chǎng)應(yīng)用的投入產(chǎn)出比高，投資回收期短(目前機(jī)場(chǎng)建設(shè)總體規(guī)劃的規(guī)劃年限為近期15年，遠(yuǎn)期30年，可結(jié)合規(guī)劃用地及投入產(chǎn)出分析進(jìn)行光伏電站的合理建設(shè))。

3、“光伏+機(jī)場(chǎng)”安全評(píng)估

太陽(yáng)能為機(jī)場(chǎng)提供節(jié)能減排與提高經(jīng)濟(jì)效益的同時(shí)，也為機(jī)場(chǎng)運(yùn)行帶來(lái)了一些潛在的安全風(fēng)險(xiǎn)，例如對(duì)管制員與飛行員產(chǎn)生的眩光影響、對(duì)無(wú)線電系統(tǒng)的電磁干擾、對(duì)凈空產(chǎn)生的影響等問(wèn)題，這使得民航管理機(jī)構(gòu)對(duì)該技術(shù)的審查和批準(zhǔn)變得更加復(fù)雜。因此在考慮機(jī)場(chǎng)光伏電站建設(shè)時(shí)，需合理開(kāi)展光伏電站對(duì)航空安全影響的評(píng)估工作，保證機(jī)場(chǎng)的安全運(yùn)行。

(1)對(duì)電磁環(huán)境影響

航空無(wú)線電臺(tái)(站)是機(jī)場(chǎng)的重要設(shè)施，它們對(duì)機(jī)場(chǎng)的電磁環(huán)境都有特定的要求。光伏發(fā)電在將直流電能轉(zhuǎn)化為與電網(wǎng)電壓同頻同相的交流電能過(guò)程中，并網(wǎng)逆變器可能會(huì)產(chǎn)生電磁干擾，影響航空無(wú)線電臺(tái)(站)運(yùn)行，進(jìn)而影響航空安全。

因此，光伏發(fā)電設(shè)施需結(jié)合機(jī)場(chǎng)各無(wú)線電臺(tái)(站)的位置及其電磁環(huán)境要求、光伏逆變器位置及其輻射電磁波情況等進(jìn)行綜合分析。

圖2 電磁干擾示意圖

圖片來(lái)源：電磁干擾三大要素詳細(xì)分析-計(jì)訊物聯(lián)

(2)對(duì)場(chǎng)面運(yùn)行影響

根據(jù)《民用機(jī)場(chǎng)飛行區(qū)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》(MH 5001-2021)相關(guān)條文，機(jī)場(chǎng)跑道、滑行道及其周邊范圍，屬于飛機(jī)起降和滑行的敏感區(qū)域，為保障飛行安全，對(duì)場(chǎng)地平整度、強(qiáng)度等均有嚴(yán)格要求。成規(guī)模設(shè)置的光伏組件，在飛行區(qū)內(nèi)設(shè)置時(shí)具有侵入安全區(qū)的潛在危險(xiǎn)。

因此，設(shè)置光伏發(fā)電設(shè)施需結(jié)合機(jī)場(chǎng)內(nèi)飛行區(qū)場(chǎng)面運(yùn)行相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范及機(jī)場(chǎng)運(yùn)營(yíng)單位的需求等進(jìn)行綜合分析。

圖3 機(jī)場(chǎng)場(chǎng)面示意圖

圖片來(lái)源：山西建投機(jī)械化集團(tuán)呼和浩特新機(jī)場(chǎng)飛行區(qū)場(chǎng)道工程開(kāi)工-山西建設(shè)投資集團(tuán)有限公司

為了保障機(jī)場(chǎng)安全運(yùn)行，在機(jī)場(chǎng)區(qū)域內(nèi)有各種障礙物限制面，用以限制機(jī)場(chǎng)及其周圍地區(qū)障礙物的高度。而光伏組件安裝后都會(huì)或多或少的超過(guò)原地面或建筑物的高度，可能會(huì)突破障礙物限制面，進(jìn)而影響機(jī)場(chǎng)運(yùn)行安全。

因此，針對(duì)凈空限制的影響，需結(jié)合機(jī)場(chǎng)內(nèi)飛行程序相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范及機(jī)場(chǎng)運(yùn)營(yíng)單位的需求等進(jìn)行綜合分析。

圖4 障礙物限制面示意圖

圖片來(lái)源：《民用機(jī)場(chǎng)飛行區(qū)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》(MH 5001-2021)

(4)光污染影響

光伏電站通常由光伏組件(陣列)、逆變器以及相關(guān)輔助設(shè)施等構(gòu)成。由于光伏組件具有反光特性，太陽(yáng)光經(jīng)光伏電池板反光后可能影響空中飛行員和地面塔臺(tái)管制人員，進(jìn)而影響飛行安全。

因此，針對(duì)光污染的影響，需結(jié)合進(jìn)離場(chǎng)航線、塔臺(tái)位置、塔臺(tái)明室高度、光伏板位置及安裝角度等進(jìn)行綜合分析。

圖5 光污染示意圖

圖片來(lái)源：Solar Glare Hazard AnalysisTool (SGHAT)

4、“光伏+機(jī)場(chǎng)”建設(shè)流程

光伏設(shè)施的建設(shè)應(yīng)與機(jī)場(chǎng)發(fā)展規(guī)劃相吻合，做好機(jī)場(chǎng)能源規(guī)劃，同時(shí)需符合國(guó)家及民航有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)及規(guī)范。

(1)項(xiàng)目的立項(xiàng)

要針對(duì)機(jī)場(chǎng)的用地情況、機(jī)場(chǎng)的氣象條件、光伏影響航空安全情況、機(jī)場(chǎng)用電的需求、機(jī)場(chǎng)的投入產(chǎn)出比、光伏安裝的可實(shí)施性、項(xiàng)目的投資及資金來(lái)源等問(wèn)題進(jìn)行研究。

(2)項(xiàng)目的設(shè)計(jì)

項(xiàng)目立項(xiàng)后，需進(jìn)行更詳細(xì)的調(diào)研與設(shè)計(jì)，包括但不限于對(duì)既有建筑屋頂?shù)暮奢d、機(jī)場(chǎng)內(nèi)空地的工程地質(zhì)情況、光伏系統(tǒng)的設(shè)計(jì)等問(wèn)題進(jìn)行深入分析。

(3)項(xiàng)目的實(shí)施

光伏設(shè)施一般安裝在建筑物屋頂或者地面上，根據(jù)項(xiàng)目規(guī)模大小，施工時(shí)間從數(shù)天到數(shù)月不等。項(xiàng)目實(shí)施過(guò)程包括施工準(zhǔn)備、系統(tǒng)安裝、系統(tǒng)測(cè)試和建設(shè)完成。

在項(xiàng)目施工期間，應(yīng)注意施工設(shè)施的高度，需建設(shè)方與機(jī)場(chǎng)保持密切聯(lián)系，根據(jù)機(jī)場(chǎng)進(jìn)離場(chǎng)航空器運(yùn)行情況，合理安排項(xiàng)目施工時(shí)間，確保施工期間機(jī)場(chǎng)航空器運(yùn)行安全。

(4)項(xiàng)目的運(yùn)行和維護(hù)

由于光伏電站主要由電子元件組成，機(jī)械組件相對(duì)較少，因此當(dāng)光伏電站正常運(yùn)行時(shí)，無(wú)需復(fù)雜的保養(yǎng)，僅需定期檢修和維護(hù)即可，對(duì)其損壞部分進(jìn)行及時(shí)維修和清理，防止由于光伏設(shè)備零件脫落形成 FOD，進(jìn)而威脅航空安全。

5、“光伏+機(jī)場(chǎng)”發(fā)展前景

“十三五”以來(lái)，中國(guó)民航扎實(shí)落實(shí)《民航節(jié)能減排“十三五”規(guī)劃》和《關(guān)于深入推進(jìn)民航綠色發(fā)展的實(shí)施意見(jiàn)》。

2018年，中國(guó)民用航空局機(jī)場(chǎng)司發(fā)布了《綠色機(jī)場(chǎng)規(guī)劃導(dǎo)則》，提到應(yīng)結(jié)合機(jī)場(chǎng)用能需求和環(huán)境條件，優(yōu)化能源綜合利用方案，提高可再生能源的使用比例。條件適宜的機(jī)場(chǎng)建筑屋面宜設(shè)置光伏發(fā)電系統(tǒng)。

2019年，中國(guó)民用航空局發(fā)布了《民用機(jī)場(chǎng)智慧能源管理系統(tǒng)建設(shè)指南》，提到在太陽(yáng)能資源充足的地區(qū)，機(jī)場(chǎng)建筑屋面等位置宜設(shè)置光伏發(fā)電系統(tǒng)。

2021年，國(guó)務(wù)院發(fā)布了《2030年前碳達(dá)峰行動(dòng)方案》，提到大力發(fā)展新能源，全面推進(jìn)風(fēng)電、太陽(yáng)能發(fā)電大規(guī)模開(kāi)發(fā)和高質(zhì)量發(fā)展，堅(jiān)持集中式與分布式并舉，加快建設(shè)風(fēng)電和光伏發(fā)電基地。加快智能光伏產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新升級(jí)和特色應(yīng)用，創(chuàng)新“光伏+”模式，推進(jìn)光伏發(fā)電多元布局。

2021年，住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部發(fā)布了《建筑節(jié)能與可再生能源利用通用規(guī)范》(GB 55015-2021)，提到可再生能源建筑應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)根據(jù)當(dāng)?shù)刭Y源與適用條件統(tǒng)籌規(guī)劃;新建建筑應(yīng)安裝太陽(yáng)能系統(tǒng)。

這一系列政策的出臺(tái)，要求機(jī)場(chǎng)建設(shè)要以綠色、低碳為導(dǎo)向，不斷前進(jìn)與探索?？梢灶A(yù)見(jiàn)，在政策引領(lǐng)下，未來(lái)光伏發(fā)電在機(jī)場(chǎng)的應(yīng)用將更加廣泛，應(yīng)用前景十分明朗。

6、“光伏+機(jī)場(chǎng)”發(fā)展方向

即使“光伏+機(jī)場(chǎng)”的理念已經(jīng)得到了廣泛的認(rèn)可，國(guó)內(nèi)部分機(jī)場(chǎng)也已經(jīng)探索建設(shè)。但是整體來(lái)看，機(jī)場(chǎng)光伏的建設(shè)仍然處在初期階段，其在全國(guó)機(jī)場(chǎng)的應(yīng)用存在規(guī)模不足、分布不均的問(wèn)題。此外，由于光伏電站具有發(fā)射電磁波、反射太陽(yáng)光等特性，從華設(shè)民航院參與的機(jī)場(chǎng)光伏項(xiàng)目經(jīng)歷來(lái)看，民航主管部門及機(jī)場(chǎng)方對(duì)光伏項(xiàng)目影響航空運(yùn)行安全也存在一定的擔(dān)憂。

民航行業(yè)有關(guān)研究機(jī)構(gòu)應(yīng)加強(qiáng)研究，積極探索光伏在機(jī)場(chǎng)的應(yīng)用場(chǎng)景，形成機(jī)場(chǎng)光伏電站建設(shè)指南等相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，進(jìn)一步推動(dòng)光伏建設(shè)在不同區(qū)域、不同規(guī)模機(jī)場(chǎng)的全面應(yīng)用。(作者：苗家瑞、王紹熙、聶艷麗 單位：華設(shè)設(shè)計(jì)集團(tuán)民航設(shè)計(jì)研究院)