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        牡丹江光伏幕墻電站設(shè)計與實施

        2016-07-09 13:23:05徐燎原
        中國新技術(shù)新產(chǎn)品 2016年9期

        徐燎原

        摘 要:牡丹江大學(xué)海林校區(qū)主教學(xué)樓88.32kW光伏幕墻并網(wǎng)發(fā)電示范項目,為光伏幕墻發(fā)電系統(tǒng)。在教學(xué)樓東、南面安裝非晶硅光伏幕墻,該幕墻是BAPV與BIPV的典型示范項目,幕墻總面積約1300㎡。設(shè)計峰值功率88.32kWp。所發(fā)的交流電與教學(xué)樓內(nèi)部電網(wǎng)連接,光伏列陣發(fā)出的電供大樓內(nèi)部優(yōu)先使用,并安裝防逆流柜,當(dāng)電能不足供應(yīng)主教學(xué)樓用電負(fù)載時,由局域低壓電網(wǎng)補(bǔ)充。

        關(guān)鍵詞:光伏幕墻;BIPV;BAPV;匯流箱;逆變器

        中圖分類號:TM772 文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A

        一、系統(tǒng)概述

        牡丹江大學(xué)海林校區(qū)主教學(xué)樓88.32kW光伏幕墻并網(wǎng)發(fā)電示范項目,地址位于牡丹江大學(xué)海林校區(qū)(分校區(qū)),北緯44°02′~45°38′;東經(jīng)128°03′~129°57′,為光伏幕墻發(fā)電系統(tǒng)。

        光伏幕墻裝機(jī)容量為88.32kWp,所發(fā)的電能主要供教學(xué)樓的辦公用電(照明和空調(diào)用電),如當(dāng)電能不足供應(yīng)主教學(xué)樓用電負(fù)載時,由局域低壓電網(wǎng)補(bǔ)充。

        本項目屬于建材型應(yīng)用,所采用的光伏組件為非晶硅薄膜電池,并按照光電建筑通知要求,建立了數(shù)據(jù)監(jiān)測與遠(yuǎn)傳系統(tǒng)。

        二、牡丹江地區(qū)平均氣象資料

        牡丹江位于黑龍江東南部,屬于中溫帶濕潤季風(fēng)氣候,春季短,回暖快,風(fēng)大易旱;夏季溫?zé)岫嘤辏磺锛径?,降溫快;冬季漫長寒冷。年平均氣溫4.3℃,1月最冷,平均氣溫-17℃,極端最低氣溫可達(dá)-35℃;7月最熱,平均氣溫22℃,曾出現(xiàn)過38℃的極端最高氣溫。年均降雨540mm左右,年日照平均2305小時,屬于太陽能豐富區(qū)域,適于建設(shè)太陽能發(fā)電項目。水平面的年均太陽輻照時數(shù)為3.85小時。本項目中非晶硅光伏幕墻采用90°豎直安裝,根據(jù)專業(yè)光伏軟件RETScreen可以測算豎直斜面上的太陽輻照。

        三、技術(shù)要點

        主樓建筑主要結(jié)構(gòu)形式:框架剪力墻;體形系數(shù):0.138;窗墻比:南、北、東均為0.37,西為0.29;保溫(屋頂、外墻)構(gòu)造均為聚苯板保溫;圍護(hù)結(jié)構(gòu)性能參數(shù)(選用做法傳熱系數(shù)):屋頂0.401,外墻0.588,窗2.7。

        本項目電池組件為硅基薄膜電池以硅烷等氣體和TCO玻璃為主要原料,采用等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積(PECVD)系統(tǒng)沉積鍍膜,利用物理氣相沉積(PVD)系統(tǒng)濺射復(fù)合背電極,進(jìn)而形成太陽能電池板。

        該建筑物的最大亮點是,在南側(cè)立面采用了最環(huán)保、國家大力提倡的光伏幕墻替代了傳統(tǒng)的中空玻璃。光伏幕墻它是一種集發(fā)電、遮陽、隔熱、裝飾、維護(hù)功能于一體的新型建筑結(jié)構(gòu)。把光電技術(shù)集成到建筑立面材料中,不占有建筑面積,且太陽能電池板優(yōu)美的外觀,具有特殊的裝飾效果,更賦予了建筑物鮮明的現(xiàn)代科技色彩。

        四、太陽電池陣列設(shè)計

        系統(tǒng)分四個區(qū)域。

        區(qū)域A(教學(xué)樓南立面西側(cè)和連廊頂部西側(cè)):由125塊非晶硅薄膜BAPV組件(120W),設(shè)計功率達(dá)到15kW。

        區(qū)域C(教學(xué)樓南立面東側(cè)和連廊頂部東側(cè)):由315塊非晶硅薄膜BAPV組件(120W),設(shè)計功率達(dá)到37.8kW。

        根據(jù)50kW逆變器參數(shù),直流輸入電壓范圍(VOC)在DC340V~DC850V,最大功率點電壓設(shè)在DC440V~DC800V。

        組件方陣配置方案:每個硅基薄膜電池的開路電壓為169V,短路電流1.22A,工作電壓(Vmppt)為128V,工作電流(Imppt)0.93A。每一串的最大功率點電壓不超過800V??紤]到牡丹江地區(qū)歷史最低氣溫曾達(dá)到零下40℃,169*(1+(25+40)×0.3%)=201.96V,850÷201.96=4.21,取4串。4塊組件串聯(lián),每一串的功率120Wp×4=480Wp,每一串的工作電壓為128×4=512V,在最大功率點電壓工作范圍內(nèi),符合設(shè)計要求。

        (15kW+37.8kW)/128V/4=103.125A,103.125A/0.93A=110.9并,取111并,每四串為一組匯流引下為匯流箱一路輸入,因此用16路輸入的匯流箱2個,方陣總功率為(125+315)×120Wp= 52.8kWp。

        區(qū)域B(教學(xué)樓連廊南立面):由230塊非晶硅BIPV組件(90W),設(shè)計功率達(dá)到20.7kW。

        根據(jù)20kW逆變器參數(shù),直流輸入電壓范圍(VOC)在DC340V~DC850V,最大功率點電壓設(shè)在DC440V~DC800V。

        組件方陣配置方案:每個硅基薄膜電池的開路電壓為135V,短路電流1.24A,工作電壓(Vmppt)為99V,工作電流(Imppt)0.91A。每一串的最大功率點電壓不超過800V??紤]到牡丹江地區(qū)歷史最低氣溫曾達(dá)到零下40℃,135*(1+(25+40)×0.3%)=161.33V,850÷161.33=5.26,取5串。5塊組件串聯(lián),每一串的功率90Wp×5=450Wp,每一串的工作電壓為99×5=495V,在最大功率點電壓工作范圍內(nèi),符合設(shè)計要求。

        20.7kW/99.0V/5=41.8A,41.8A/0.91A=45.9并,取46并,每四并匯流引下為匯流箱一路輸入,因此用16路輸入的匯流箱1個,方陣總功率為230×90Wp=20.7kWp。

        區(qū)域D(教學(xué)樓東立面):由138塊非晶硅薄膜BAPV組件(120W),設(shè)計功率達(dá)到16.56kW。

        根據(jù)20kW逆變器參數(shù),直流輸入電壓范圍(VOC)在DC340V~DC850V,最大功率點電壓設(shè)在DC440V~DC800V。

        組件方陣配置方案:每個硅基薄膜電池的開路電壓為169V,短路電流1.22A,工作電壓(Vmppt)為128V,工作電流(Imppt)0.93A。每一串的最大功率點電壓不超過800V??紤]到牡丹江地區(qū)歷史最低氣溫曾達(dá)到零下40℃,169*(1+(25+40)×0.3%)=201.96V,850÷201.96=4.21,取4串。4塊組件串聯(lián),每一串的功率120Wp×4=480Wp,每一串的工作電壓為128×4=512V,在最大功率點電壓工作范圍內(nèi),符合設(shè)計要求。

        16.56kW/128V/4=32.22A,32.22A/0.93A=34.6并,取35并,每四并匯流引下為匯流箱一路輸入,因此用16路輸入的匯流箱1個,方陣總功率為138×120Wp=16.56kWp。

        區(qū)域B和區(qū)域D各用1臺GSG-20KTL-TV(20kW)三相并網(wǎng)逆變器;區(qū)域A和區(qū)域C共用1臺GSG-50KTT-TV(50kW)三相并網(wǎng)逆變器。并網(wǎng)柜將逆變器所發(fā)的交流電與教學(xué)樓內(nèi)部電網(wǎng)連接,光伏列陣發(fā)出的電大樓內(nèi)部優(yōu)先使用,并安裝防逆流柜。

        光伏系統(tǒng)的總功率為88.32kWp。

        五、并網(wǎng)系統(tǒng)設(shè)計

        本方案為用戶測并網(wǎng)方式,以一回0.4kV出線接入牡丹江大學(xué)用戶電網(wǎng)側(cè)。光伏電站主要建設(shè)于教學(xué)樓南立面,就近接入配電室AA-2配電柜的主進(jìn)線為并網(wǎng)接入點,該柜體使用功率為322kW,滿足88.32kW光伏電站所發(fā)電能自發(fā)自用的條件;光伏電站接入用電系統(tǒng)中,與電網(wǎng)并聯(lián)運行,由于并網(wǎng)逆變器有自動跟蹤電網(wǎng)的性能,能夠自行達(dá)到同期點并網(wǎng),故不需另設(shè)同期裝置;鑒于光伏電站并網(wǎng)后注入電網(wǎng)的諧波小于4%,對電網(wǎng)幾乎無影響,因此,不需再采取措施加以限制;并網(wǎng)逆變器其有“防孤島效應(yīng)”的功能,當(dāng)電網(wǎng)停電,系統(tǒng)輸出端電壓由并網(wǎng)電流和負(fù)載共同決定,并且輸出電流和電壓之間的相位由負(fù)載決定。逆變器同時采用被動監(jiān)測和主動檢測方式,確保在電網(wǎng)停電時,光伏電站自動斷電;并網(wǎng)光伏電站在用戶側(cè)并網(wǎng),電能自發(fā)自用,在0.4kV出線側(cè),即90kW交流配電柜內(nèi),安裝智能電表。

        六、發(fā)電量預(yù)測

        根據(jù)實際的輻照狀況,可以估算出光伏系統(tǒng)的逐月發(fā)電量和年發(fā)電總量理論值,如圖1所示。

        整個光伏幕墻發(fā)電系統(tǒng)功率為88.32kWp,年發(fā)電量預(yù)計為10.52萬度,25年總發(fā)電量為237萬度。

        最終,牡丹江大學(xué)88.32kWp光伏幕墻項目經(jīng)過綜合驗收已經(jīng)正式運營。該項目已成為牡丹江大學(xué)光伏學(xué)院的實習(xí)案例,有助于提高省級重點課程的教學(xué)水平;該項目為牡丹江市地區(qū)的第一個光電建筑一體化項目,具有里程碑式的示范意義。

        參考文獻(xiàn)

        [1]陸品桂.富士康科技集團(tuán)光伏電站智能監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計與實施研究[D].蘭州大學(xué),2015.

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