文 // 郭其峰 鄭州大學(xué)

1 項目應(yīng)用基本情況

鄭州大學(xué)光電建筑應(yīng)用示范項目位于鄭州市高新技術(shù)開發(fā)區(qū)的鄭州大學(xué)新校區(qū)內(nèi)，在食堂、工科組團(tuán)、校醫(yī)院建設(shè)光伏發(fā)電系統(tǒng)，項目總投資5600萬元。

示范項目校園樓頂可用面積約2.4萬m2，光伏組件效率16%，太陽能光伏電源系統(tǒng)光電轉(zhuǎn)換效率13.1%，并網(wǎng)后光伏組件年發(fā)電量為2498400kWh，項目費效比0.94元/kWh。

1.1 示范項目的技術(shù)特點

圖1

太陽能并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)在原有的線路基礎(chǔ)上增加，采取盡量不改造原有回路的原則。因此，將光伏系統(tǒng)的并網(wǎng)點選擇在低壓配電柜上。

考慮到并網(wǎng)系統(tǒng)在安裝和使用過程中的安全及可靠性，在并網(wǎng)逆變器直流輸入加裝直流配電接線箱。

并網(wǎng)逆變器采用與電網(wǎng)相同的三相四線制的輸出方式。

采用屋頂花園與太陽能光伏發(fā)電一體化相結(jié)合的方式，利用光伏板的雨水回收噴淋系統(tǒng)對植被進(jìn)行噴淋回灌，在充分利用太陽能的情況下，改善建筑室內(nèi)熱環(huán)境，創(chuàng)造綠色的生態(tài)微循環(huán)。

1.2 光伏組件的安全措施

屋頂欄桿（或女兒墻）離太陽能光伏組件邊緣距離不應(yīng)小于1m（如圖1）。

太陽能光伏電源系統(tǒng)的工作接地、保護(hù)接地、防雷接地等應(yīng)單獨設(shè)置聯(lián)合接地系統(tǒng)，必要時，也可與其他設(shè)施或建筑物的防雷和接地系統(tǒng)的保護(hù)設(shè)施統(tǒng)一考慮。光伏組件至控制箱（柜）的電源輸入饋線端應(yīng)設(shè)置防雷電感應(yīng)裝置。

太陽能電池直流側(cè)采用防雷電涌保護(hù)器，起到防雷擊保護(hù)作用。

本工程低壓配電系統(tǒng)接地型式采用TN-S 系統(tǒng)。其中性線和保護(hù)地線（PE）在接地點后要嚴(yán)格分開。凡正常不帶電，而當(dāng)絕緣破壞有可能呈現(xiàn)電壓的一切電氣設(shè)備金屬外殼均應(yīng)可靠接地。

整個系統(tǒng)通過多種保護(hù)如過/欠壓，過流，過載，防雷等保護(hù)實現(xiàn)穩(wěn)定運行。

并網(wǎng)光伏系統(tǒng)必須配備必要的檢測、并網(wǎng)、報警、自動控制及測量等一系列功能，特別是必須具備防止“孤島效應(yīng)”的功能，以確保光伏系統(tǒng)和電網(wǎng)的安全。

系統(tǒng)配備逆功率控制保護(hù)系統(tǒng)，可根據(jù)設(shè)定的電流方向與電流大小進(jìn)行檢測，并給出相輸出信號控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)動作,控制光伏發(fā)電系統(tǒng)回路投入與切斷并網(wǎng)運行，當(dāng)出現(xiàn)電流反向倒送電時，光伏發(fā)電系統(tǒng)回路切斷并網(wǎng)運行，以達(dá)防止逆功率倒送的功能。

2 EMS智能節(jié)能監(jiān)管平臺的安裝與數(shù)據(jù)上傳

EMS智能節(jié)能監(jiān)管平臺利用在控制器、逆變器等設(shè)備嵌入安裝儀表，通過CAN總線或RS485通訊的方式將數(shù)據(jù)上傳到監(jiān)管平臺。可監(jiān)測平行于光伏組件的太陽輻照度、室外溫度、光伏組件背面表面溫度及發(fā)電量等數(shù)據(jù)，并可通過節(jié)能監(jiān)測平臺查詢輻照度、溫度等環(huán)境參數(shù)和即時功率、發(fā)電量等系統(tǒng)運行數(shù)據(jù)及系統(tǒng)運行狀態(tài)。

EMS智能節(jié)能監(jiān)管平臺人機(jī)交互界面及部分功能如圖2、圖3和圖4。

3 屋頂花園與太陽能光伏發(fā)電一體化的結(jié)合

項目采用的光電建筑一體化是光電系統(tǒng)依賴或依附于建筑的一種新能源利用形式，其主體是建筑，客體是光電系統(tǒng)。項目的設(shè)計以不損害和影響建筑效果、結(jié)構(gòu)安全、功能和使用壽命為基本原則，通過合理的建筑設(shè)計、發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計和結(jié)構(gòu)安全性與構(gòu)造設(shè)計，實現(xiàn)光電系統(tǒng)與建筑的和諧統(tǒng)一，充分與周圍環(huán)境協(xié)調(diào)一致，既美觀又實用。

圖2

圖3

圖4

3.1 屋頂花園

項目所采用的屋頂花園不但為師生提供了一個休憩的舒適場所，還是保護(hù)生態(tài)環(huán)境、調(diào)節(jié)小氣候、凈化空氣、提高綠化覆蓋率、降低熱島效應(yīng)的措施。此外弧頂花園還有保護(hù)建筑物，減少日光輻射，降低室內(nèi)環(huán)境溫度與濕度，減緩屋頂風(fēng)速等作用，如圖5。

3.2 中水回用噴淋系統(tǒng)

鄭州大學(xué)利用本?，F(xiàn)有的污水處理科研力量，啟用雨水利用工程。本著雨污分流、分質(zhì)處理的原則，主要利用人工濕地和膜生物處理技術(shù)，對水質(zhì)較穩(wěn)定的盥洗用水和洗浴廢水進(jìn)行處理。利用現(xiàn)有的蓄積雨水的方涵，收集的雨水經(jīng)過簡單處理，經(jīng)由噴淋系統(tǒng)起到清洗光伏板、灌溉植被的作用，如圖6。

利用光伏板的雨水回收噴淋系統(tǒng)對光伏板清洗、降溫以增加發(fā)電效率，同時還對屋頂花園的植被進(jìn)行噴淋回灌，在充分利用太陽能的情況下，改善建筑室內(nèi)熱環(huán)境，創(chuàng)造綠色的生態(tài)微循環(huán)。

圖5

4 環(huán)境效益和社會效益

4.1 節(jié)能減排

太陽能光電的建筑應(yīng)用，有利于減少CO2、SO2及粉塵的排放，有利于減少煤炭消耗等化石能源的消耗。

按照電廠供電每千瓦時消耗標(biāo)準(zhǔn)煤400g計算，該項目安裝的太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)每年發(fā)電量2498400kWh，每年可替代標(biāo)準(zhǔn)煤999.36t。同時，相應(yīng)減少CO2排放2468t，減少SO2排放20t，減少粉塵排放10t。對減少溫室氣體排放、減輕能源緊張和環(huán)境壓力，起到積極的推動作用。用奠定基礎(chǔ)。

圖6

4.2 光伏電站對周圍環(huán)境的影響

光伏電站建立在鄭州大學(xué)新擴(kuò)建的校區(qū)，運行的過程中沒有噪音污染。鑒于電站與建筑的完美結(jié)合，電站不設(shè)在地表，不損壞校區(qū)綠化和植被，對生態(tài)環(huán)境沒有影響。

4.4 提高公眾對光伏發(fā)電技術(shù)的認(rèn)識

社會公眾對光伏發(fā)電技術(shù)的認(rèn)識直接影響著光伏發(fā)電系統(tǒng)的規(guī)模化應(yīng)用，該示范項目的建成，將向社會公眾展示光伏發(fā)電的優(yōu)越性，以直觀數(shù)據(jù)扭轉(zhuǎn)公眾簡單地以能源價格來評判其優(yōu)劣的偏見。

4.3 確立中部地區(qū)太陽能光伏建筑應(yīng)用模式

該示范項目適合在河南省及我國中部相似地理特征、氣候狀況和建筑風(fēng)格的地區(qū)建設(shè)，為中部地區(qū)太陽能光伏建筑的規(guī)?；瘧?yīng)

4.5 帶動河南光伏產(chǎn)業(yè)，促進(jìn)地方經(jīng)濟(jì)發(fā)展

河南光伏產(chǎn)業(yè)雖起步較晚，但近年來發(fā)展迅速，在一定程度上代表著我國中部地區(qū)光伏產(chǎn)業(yè)的發(fā)展水平。鑒于目前我國光伏系統(tǒng)的應(yīng)用現(xiàn)狀以及河南省的經(jīng)濟(jì)條件，該工程的建成，對于推動河南光伏產(chǎn)業(yè)的規(guī)?；瘧?yīng)用，促進(jìn)光伏相關(guān)產(chǎn)業(yè)鏈的形成和發(fā)展，起到了一定的促進(jìn)作用。