吳和喜 王瑞旺 韓旺

摘要：城市的發(fā)展，經(jīng)濟(jì)的增長(zhǎng)，用電量越來越大，現(xiàn)有的公網(wǎng)結(jié)構(gòu)缺點(diǎn)不斷顯現(xiàn)：運(yùn)行難、耗資巨大、故障頻發(fā)，末端用戶的用電可靠性不能得到保證，這些問題都對(duì)城市的生產(chǎn)、生活產(chǎn)生了巨大影響。太陽能光伏發(fā)電技術(shù)作為分布式、清潔、可再生能源可大大緩解公網(wǎng)壓力，并可作為邊遠(yuǎn)地區(qū)的電力補(bǔ)充。太陽能光伏發(fā)電技術(shù)源于1954年，美國(guó)貝爾研究所第一次研究出單晶硅太陽能電池，從此開創(chuàng)了利用太陽能進(jìn)行光伏發(fā)電的新時(shí)代。光伏發(fā)電與建筑聯(lián)動(dòng)，通過現(xiàn)有建筑物本身的受光面積，比如屋頂、外立面的光伏玻璃等，建立太陽能發(fā)電系統(tǒng)，并給建筑本體進(jìn)行供電，這成為建筑物節(jié)能減排的重要途徑。本文研究太陽能光伏發(fā)電技術(shù)在建筑供配電中的應(yīng)用，對(duì)緩解我國(guó)能源緊缺和環(huán)境污染、降低建筑用電能耗問題有重大的現(xiàn)實(shí)意義。

關(guān)鍵詞：光伏發(fā)電;建筑供配電;應(yīng)用

引言

調(diào)查顯示，中國(guó)的建筑物能耗占社會(huì)總能耗的50%以上，迫切需要尋找建筑物節(jié)能的方法。光伏發(fā)電是一種將太陽能轉(zhuǎn)化為電能的技術(shù)，其關(guān)鍵在于太陽能電池的組裝。光伏發(fā)電具有地域影響力小、安全、噪音小、污染小等優(yōu)點(diǎn)。具體而言，在建筑的供電和配電方面有著廣泛的應(yīng)用潛力，其中光伏發(fā)電系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)附近發(fā)電、并網(wǎng)和使用，減少電壓上升和長(zhǎng)途運(yùn)輸中的電力損失，充分利用能源

1太陽能光伏系統(tǒng)與建筑一體化

太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)除了能夠滿足民用建筑的基本要求之外，還具有其他優(yōu)勢(shì)地位。他能順利完成普通供電系統(tǒng)能夠提供的根據(jù)不同等級(jí)民用建筑用電負(fù)荷的要求設(shè)計(jì)系統(tǒng)，并網(wǎng)型系統(tǒng)能與市電相互補(bǔ)充切換，符合建筑用電設(shè)備的電能質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的工作。從整體的經(jīng)濟(jì)效益優(yōu)化和建筑供電配置系統(tǒng)的使用效果出發(fā)能夠做到節(jié)約土地資源，減少成本花費(fèi)，節(jié)約能源。

2光伏發(fā)電系統(tǒng)分類

視光伏系統(tǒng)是否連接電網(wǎng)而定，目前可以將太陽能發(fā)電分為兩種方法：獨(dú)立光伏系統(tǒng)和并網(wǎng)光伏系統(tǒng)。獨(dú)立于電網(wǎng)的獨(dú)立光伏系統(tǒng)是自主的，適用于電網(wǎng)以外的地區(qū);光伏并網(wǎng)系統(tǒng)的方法是指太陽能板產(chǎn)生的直流電源在由變頻器轉(zhuǎn)換為交流電源后連接到公共電網(wǎng)。視項(xiàng)目規(guī)模而定，有兩種類型的大型集中并網(wǎng)光伏系統(tǒng)和小型分布式光伏系統(tǒng)，其中包括小型分布式并網(wǎng)光伏系統(tǒng)，其優(yōu)點(diǎn)包括投資少、工期短和安裝屋頂，這些系統(tǒng)在項(xiàng)目中得到廣泛應(yīng)用。

3光伏發(fā)電系統(tǒng)在建筑的應(yīng)用中主要有一些問題。

3.1光伏發(fā)電和市政大電網(wǎng)的結(jié)合分析

在一二級(jí)供電負(fù)荷中，需要有兩個(gè)電源，當(dāng)一級(jí)負(fù)荷其中一個(gè)負(fù)荷故障時(shí)，另一個(gè)需要保證正常工作。光伏發(fā)電只能在白天工作，遇到陰雨天氣時(shí)發(fā)電效率也會(huì)大大降低，這樣就導(dǎo)致其具有時(shí)效性的不穩(wěn)定特點(diǎn)，所以直接把光伏發(fā)電系統(tǒng)作為一二級(jí)負(fù)荷的其中一路電源是不可行的。若要使用光伏發(fā)電系統(tǒng)當(dāng)作另一路電源就需要接入蓄電池幫助穩(wěn)定電力供應(yīng)。這種做法和傳統(tǒng)燈具接入U(xiǎn)PS電源等備用電源類似，把之前接入市政電網(wǎng)的備用電池改為接入光伏發(fā)電系統(tǒng)即可。在配置備用電源蓄電池時(shí)需要根據(jù)要求設(shè)計(jì)所需蓄電池的大小，容量過小無法達(dá)到使用需求，過度加大容量又會(huì)造成浪費(fèi)，這對(duì)設(shè)計(jì)者來說是個(gè)矛盾的問題。所以基于光伏發(fā)電的不穩(wěn)定性，用其提高供電的等級(jí)并不可靠，必須借助蓄電池來保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性，而蓄電池的使用維護(hù)也會(huì)同時(shí)帶來很多問題。因此，通常情況下并不會(huì)考慮使用光伏發(fā)電提高供電等級(jí)，光伏發(fā)電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)僅從最大發(fā)電可利用的角度考慮即可。

3.2太陽能資源的收集

即使到達(dá)地球表層地太陽能輻射資源總量很是可觀，但是又因?yàn)樗p作用導(dǎo)致能夠被地球接收且使用的太陽輻射能較少。又會(huì)因?yàn)榈貐^(qū)之間的差異，時(shí)間變化，季節(jié)變化導(dǎo)致太陽能資源地分布極不穩(wěn)定，難以收集。要想獲得能獲得滿足光伏發(fā)電需要的太陽輻射能，需要建設(shè)合適的太陽能光伏發(fā)電矩陣，這樣就會(huì)增加太陽能使用的成本。

4光伏發(fā)電系統(tǒng)在建筑供配電中的應(yīng)用研究

4.1蓄電池容量設(shè)計(jì)

太陽能光伏發(fā)電設(shè)備獨(dú)立于光伏發(fā)電系統(tǒng)，整體的備用電量會(huì)受到周圍環(huán)境，氣候，時(shí)間段，其他原因等問題造成影響。這種容易受影響的缺陷會(huì)影響太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的推廣使用。為了實(shí)現(xiàn)光伏發(fā)電系統(tǒng)的供需和需求兩端數(shù)量達(dá)到平衡。蓄電池的存在意義就是調(diào)節(jié)平衡，實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的持續(xù)供電設(shè)計(jì)安排。要結(jié)合建筑的日常電量使用情況采買型號(hào)合適，儲(chǔ)電充足的蓄電池。

4.2光伏接線箱設(shè)計(jì)

光伏接線箱內(nèi)安裝有直流斷路器、電涌保護(hù)器等設(shè)備，它負(fù)責(zé)連接光伏陣列中所有的光伏組件，在光伏發(fā)電系統(tǒng)維修和保養(yǎng)時(shí)負(fù)責(zé)分離電路對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行保護(hù)，當(dāng)光伏發(fā)電系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)縮小受影響的范圍。在光伏箱中同時(shí)還需要安裝匯流銅母排和端子，所有的光伏設(shè)備組件都需要經(jīng)過線纜連接到母排，并在母排前后安裝隔離設(shè)備及短路防護(hù)設(shè)備，在安裝時(shí)需要把光伏接線箱安裝到方便檢修和操作的區(qū)域，安裝在室外環(huán)境的光伏接線箱還需要有防水和防腐蝕的保護(hù)措施。

4.3逆變器的選擇分析

太陽能電池產(chǎn)生的直流電流必須轉(zhuǎn)換為交流電流，才能為交流電源設(shè)備供電，因此必須增加變換器以實(shí)現(xiàn)直流-交流轉(zhuǎn)換。在選擇變頻器時(shí)，不僅要考慮輸入直流電壓范圍、輸出波形、輸出效率、輸出特性等。，還要考慮性價(jià)比和安全性穩(wěn)定性，轉(zhuǎn)換器必須具有抗干擾能力、環(huán)境適應(yīng)性、順勢(shì)療法過載能力和所有防護(hù)功能。該項(xiàng)目采用一個(gè)40千瓦的隔離變壓器三相不間斷電源，保護(hù)等級(jí)為IP65，安裝在屋頂外墻上。

結(jié)束語

雖然，我國(guó)國(guó)內(nèi)對(duì)太陽能光伏發(fā)電技術(shù)的應(yīng)用還處于初級(jí)階段，多為政策驅(qū)動(dòng)，并由于使用成本高等問題，推廣范圍和認(rèn)可度還有限，但是，我國(guó)人口眾多，建筑體量大，對(duì)太陽能光伏發(fā)電技術(shù)的使用具有巨大潛力。太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)在建筑供配電中的應(yīng)用也會(huì)因其環(huán)保無污染、節(jié)能不占地、既能補(bǔ)充大電網(wǎng)又能滿足自身需求等要素的影響，迎來更大的市場(chǎng)發(fā)展空間。

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