摘 要：現(xiàn)階段，隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷向前發(fā)展，人們正在面臨能源短缺以及環(huán)境污染的雙重壓力，在社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展過程中，能源結(jié)構(gòu)也發(fā)生了較大的變化，世界上各個(gè)國家正在大力推進(jìn)可再生性能源的最大化使用目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)可再生性能源有效替代傳統(tǒng)的不可再生性能源，實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)期的發(fā)展工作目標(biāo)?；诖?，本文重點(diǎn)針對(duì)建筑物電光伏發(fā)電系統(tǒng)的相關(guān)應(yīng)用展開分析和研究，通過在建筑屋頂設(shè)置光伏發(fā)電系統(tǒng)，可以有效提高電力資源的供應(yīng)效率，同時(shí)有效控制不要的能源消耗量，實(shí)現(xiàn)更高的環(huán)境保護(hù)以及資源保護(hù)發(fā)展工作目標(biāo)，為后續(xù)類似工作開展提供必要的參考和借鑒。

關(guān)鍵詞：建筑工程;光伏發(fā)電;電力資源;應(yīng)用

太陽能屬于一種清潔可再生性能源，同時(shí)也是各個(gè)國家未來清潔性能源利用發(fā)展的重要方向，屬于一種可持續(xù)性的能源發(fā)展產(chǎn)業(yè)。為了最大限度上對(duì)太陽能資源進(jìn)行合理開發(fā)和應(yīng)用，需要全面提高相關(guān)科技技術(shù)水平，通過將太陽能和建筑領(lǐng)域之間進(jìn)行有效融合，可以最大程度上提高可再生性清潔能源的使用工作效率。在建筑工程項(xiàng)目施工當(dāng)中，通過在建筑屋頂設(shè)置出光伏發(fā)電系統(tǒng)，相對(duì)于使用電池組件替代建筑體某一個(gè)部分的方法，在經(jīng)濟(jì)成本上更低、安裝更加便捷同時(shí)不會(huì)影響到原有的建筑結(jié)構(gòu)功能，在后續(xù)的使用過程中維護(hù)工作更加簡(jiǎn)單，整體結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)定，同時(shí)該項(xiàng)技術(shù)也不斷走向成熟。

一、光伏發(fā)電系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)分析

在本次研究工作過程中，光伏發(fā)電系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)構(gòu)成，如圖1所示，主要是通過光伏陣列交流匯流箱、逆變器設(shè)備、防雷配電系統(tǒng)、升壓變壓器設(shè)備以及其他相關(guān)輔助設(shè)施所構(gòu)成。在實(shí)際使用過程中，光伏板在接受太陽光照射的情況下會(huì)將太陽能轉(zhuǎn)化成直流電能，同時(shí)以組串的形式直接連接到DC/AC逆變器內(nèi)部，將直流輸入的電能轉(zhuǎn)化成交流電輸出，然后再經(jīng)過交流匯流箱進(jìn)行匯總，通過升壓變壓器設(shè)備，將能量直接輸送到電網(wǎng)內(nèi)部供給人們進(jìn)行使用。因?yàn)橄到y(tǒng)直接并入電網(wǎng)內(nèi)部，在有效滿足供電負(fù)載正常使用的條件下，不需要蓄電池設(shè)計(jì)工作環(huán)節(jié)，可以有效降低蓄電池充放電工的過程中所出現(xiàn)的能量損失問題，有效提高系統(tǒng)發(fā)電總量和使用工作效率，可以節(jié)省大量的經(jīng)濟(jì)成本。與此同時(shí)，該系統(tǒng)當(dāng)中還需要配備專用的并網(wǎng)逆變器設(shè)備，可以保證系統(tǒng)在輸電工作過程中，輸出的電力資源符合電網(wǎng)對(duì)電壓頻率等各種指標(biāo)的控制工作條件。

二、光伏發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)工作要求分析

1.地理和氣象信息收集。

在針對(duì)光伏發(fā)電系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)工作之前，相關(guān)工作人員需要詳細(xì)收集當(dāng)?shù)貐^(qū)域的氣象參數(shù)以及相關(guān)氣象基礎(chǔ)數(shù)據(jù)信息。由于不同地區(qū)的地理?xiàng)l件以及氣候環(huán)境的差異性相對(duì)較大，因此所對(duì)應(yīng)的光伏板接觸到的太陽能輻射能量也存在著一定的差異性，由于我國很多地區(qū)都設(shè)有氣象站，通常情況下可以根據(jù)當(dāng)?shù)貐^(qū)域的氣象站，參考近10年的氣象統(tǒng)計(jì)信息資料，通過國內(nèi)外地面氣象資料信息數(shù)據(jù)庫，對(duì)可再生性資源數(shù)據(jù)庫進(jìn)行全面收集。其中主要包含所屬區(qū)域太陽能的輻射總量、經(jīng)緯度情況、氣候環(huán)境溫度以及海拔等各項(xiàng)參數(shù)數(shù)據(jù)進(jìn)行收集和了解。通過確認(rèn)當(dāng)?shù)貐^(qū)域太陽能資源的具體等級(jí)，有效結(jié)合建筑體周圍的環(huán)境條件，準(zhǔn)確判斷建筑屋頂?shù)奶柲苁占Ч?，有效確認(rèn)太陽能光伏組件安裝工作條件以及安裝工作的可行性效果。

2.日照時(shí)數(shù)和應(yīng)用分析。

日照實(shí)數(shù)主要指的是一天時(shí)間范圍內(nèi)，太陽光直射光線照射到地面的總時(shí)間長(zhǎng)短，即太陽直接照射幅度達(dá)到或者超過120瓦每平方米，各個(gè)不同時(shí)間段的日照時(shí)?？梢愿鶕?jù)儀器設(shè)備、光電式數(shù)字式日照設(shè)備，使用相應(yīng)的傳感器對(duì)太陽光直射條件下的輻射量大小進(jìn)行測(cè)定和分析，受到單位面積上的輻射通量，即為直接輻射照射強(qiáng)度。當(dāng)太陽能的直接輻射照度超過120瓦每平方米的情況下，日照時(shí)數(shù)參數(shù)需要進(jìn)行記錄記錄，時(shí)間累加量即為每天的日照時(shí)數(shù)。由于我國日照時(shí)數(shù)表現(xiàn)出的特點(diǎn)為東南少、西北多，由東南向西北逐漸增加西北區(qū)域年平均的日照時(shí)長(zhǎng)均超過3000h以上，在進(jìn)行光伏系統(tǒng)設(shè)計(jì)工作過程中，需要有效結(jié)合建筑工程項(xiàng)目的施工場(chǎng)地情況，考慮到周圍建筑體環(huán)境因素所產(chǎn)生的影響，有效判斷其中是否產(chǎn)生陰影的遮擋物，并且根據(jù)太陽高度角大小，準(zhǔn)確計(jì)算出屋頂?shù)年幱昂驼趽豕ぷ髑闆r，以此來有效分析該地區(qū)全年日照條件。

3.光伏組件方陣的放置方法。

在建筑屋頂進(jìn)行光伏組件放置工作當(dāng)中，主要分為兩種形式，一種是固定式，另一種是跟蹤式。其中跟蹤式方陣又將其分為單軸跟蹤與雙軸跟蹤，兩種形式不同的設(shè)置方法，直接關(guān)系到光伏組件的安裝效果以及后續(xù)的發(fā)電工作效果。光伏組件在接收太陽光輻射量大小和安裝角度之間有著密切的關(guān)聯(lián)，直接影響到光伏組件的實(shí)際發(fā)電量大小，方陣支架的主要作用除了支撐和固定組件之外，還需要保證在特定的時(shí)間范圍內(nèi)接收到太陽能總量，保證在特定的時(shí)間范圍內(nèi)接收到太陽能的輻射量，達(dá)到最大最大限度上接收太陽光的照度，提高組件接收太陽光的能源輻射量。固定式光伏陣列傾角和方位角都屬于固定狀態(tài)，無法對(duì)其進(jìn)行改變，其中最佳的傾角大小，主要是建立在全年太陽輻射總量最大的基礎(chǔ)之上。從現(xiàn)階段的發(fā)展情況進(jìn)行分析，這種安裝工作方法在造價(jià)方面相對(duì)較低，同時(shí)也是一種比較成熟的安裝工的方式。

三、建筑屋頂光伏發(fā)電系統(tǒng)應(yīng)用策略分析

1.光伏組件選型。

當(dāng)前對(duì)于太陽能電池的選型工作，需要根據(jù)系統(tǒng)的規(guī)模大小、經(jīng)濟(jì)造價(jià)、安裝工作條件、技術(shù)工藝層次以及發(fā)電工作效率等多方面因素來進(jìn)行綜合考慮和分析，太陽能電池組件根據(jù)結(jié)晶狀態(tài)分類，可以將其劃分為結(jié)晶系薄膜式與非結(jié)晶系薄膜式兩種形式。其中結(jié)晶系薄膜式又可以分為單晶硅電池與多晶硅電池，根據(jù)所使用的材料可以將其分為硅太陽能電池、多元化合物薄膜、太陽能電池以及聚合物多層修飾電極型太陽能電池等，需要有效結(jié)合項(xiàng)目工程施工區(qū)域的氣候環(huán)境條件、太陽能輻照情況等，通過經(jīng)濟(jì)對(duì)比分析之后確認(rèn)適合本次項(xiàng)目工程施工的屋頂光伏發(fā)電電池組件的具體形式，現(xiàn)階段比較常用的光伏電池組如圖2所示：

2.逆變器選型。

逆變器設(shè)備作為光伏發(fā)電系統(tǒng)當(dāng)中非常重要的組成部分，直接關(guān)系到光伏陣列輸出的直流電轉(zhuǎn)化成負(fù)載，或者是并網(wǎng)端所需要的交流電源，同時(shí)追蹤不同光照條件下光伏陣列的最大輸出功率，有效保證系統(tǒng)工作過程中始終處于最大的功率狀態(tài)。在本次建筑工程項(xiàng)目屋頂光伏系統(tǒng)逆變器的選型工作方面，具有以下幾個(gè)方面工作指標(biāo)：

第一，直流輸入電壓范圍相對(duì)較寬，通過增加輸入電壓的工作范圍，可以有效提高太陽能輻射的照度范圍提高發(fā)電總量。第二，需要保持系統(tǒng)具有較高的轉(zhuǎn)化工作效率，在滿載工作狀態(tài)下需要至少保證85%以及90%以上的轉(zhuǎn)化工作效率，可以有效降低系統(tǒng)發(fā)電量的損失情況。第三，逆變器輸出電流的波形，需要保持平穩(wěn)波形的畸變和頻率波動(dòng)值需要低于標(biāo)準(zhǔn)的闊時(shí)。第四，要始終保持光伏發(fā)電系統(tǒng)，在運(yùn)行過程中處于最大的功率狀態(tài)，要保證整個(gè)光伏發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電總量符合預(yù)先設(shè)定的要求和標(biāo)準(zhǔn)。第五，必須要具有相應(yīng)的監(jiān)控以及數(shù)據(jù)收集功能。第六，需要具有防雷抗干擾能力以及瞬時(shí)過載控制能力，具有更高的系統(tǒng)保護(hù)功能和作用。針對(duì)逆變器的選型工作需要根據(jù)項(xiàng)目工程裝機(jī)容量大小，將其分為集中式集散式以及組串式逆變器設(shè)備，在實(shí)際安裝施工當(dāng)中需要根據(jù)實(shí)際工作情況，合理選擇逆變器設(shè)備。

3.直流側(cè)交流，側(cè)防雷配電工作。

直流側(cè)防雷配電工作過程中，每一臺(tái)組串式逆變器設(shè)備在工作過程中需要內(nèi)置直流防雷工作單元，并且需要具有直流斷路器和直流監(jiān)測(cè)工作裝置。交流側(cè)防雷保護(hù)工作過程中，每一臺(tái)組串式逆變器設(shè)備當(dāng)中，需要具有交流防雷工作單元，同時(shí)網(wǎng)測(cè)斷路器和交流監(jiān)測(cè)裝置。

4.光伏陣列設(shè)計(jì)。

根據(jù)光伏電池支架的機(jī)制結(jié)構(gòu)安裝工的方法，可以將其為固定式單軸跟蹤式雙軸跟蹤式等多種方式通過對(duì)比分析，可以看出其中單軸跟蹤和雙軸跟蹤都屬于一種自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)，在發(fā)電工作效率方面都高出固定式結(jié)構(gòu)，但是由于跟蹤系統(tǒng)技術(shù)成熟度有所不足，整個(gè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)相對(duì)比較復(fù)雜，如果傳動(dòng)部分產(chǎn)生嚴(yán)重的故障情況會(huì)直接影響到整組陣列的發(fā)電總量，同時(shí)還會(huì)受到天氣環(huán)境因素的干擾，特別是在一些狂風(fēng)沙塵氣候環(huán)境條件下，每天日落時(shí)必須要將其恢復(fù)到水平位置，有效控制組件的抗風(fēng)阻力大小，防止受到環(huán)境因素的影響而產(chǎn)生破壞。不但如此，這種方法在后續(xù)的使用工作過程中維護(hù)工作成本相對(duì)較大，因此會(huì)進(jìn)一步加大后期的運(yùn)維工作難度，相反通過使用固定式支架結(jié)構(gòu)，在安裝穩(wěn)定性上更強(qiáng)因?yàn)楣ぷ鞲雍?jiǎn)單，同時(shí)發(fā)電工作效率比較穩(wěn)定，本次工程由于受到屋面結(jié)構(gòu)的影響，并且考慮到后續(xù)維護(hù)工作成本以及維護(hù)工作的便利性，決定使用固定式支架結(jié)構(gòu)來進(jìn)行安裝。如圖3：

5.太陽能電池組件安裝工作。

太陽能電池組件的電壓和輸出功率，會(huì)受到外部環(huán)境因素的影響而產(chǎn)生一定的負(fù)相關(guān)特征，在夏季氣溫不斷升高的情況下，電壓與輸出功率會(huì)有所下降，電流相反會(huì)有所提升，因?yàn)橹骷艿墓ぷ麟妷篤mppt下滑，當(dāng)組串的串聯(lián)數(shù)量不符合要求的情況下會(huì)出現(xiàn)主串串聯(lián)的工作電壓低于并往逆變器MPPT的電壓值，造成逆變器低壓保護(hù)工作無法正常發(fā)電。在冬季外部氣溫不斷下降的情況下，電壓和輸出功率會(huì)有所提升，電流量會(huì)有所下降因?yàn)楦鹘M件開路電壓升高，當(dāng)組串到串聯(lián)數(shù)量設(shè)計(jì)不合理的情況下，會(huì)造成主串串聯(lián)工作電壓超過并網(wǎng)逆變器的直流輸入端電壓大小，造成逆變器高壓保護(hù)工作無法進(jìn)行正常發(fā)電。

6.過電壓保護(hù)接地處理。

在本次項(xiàng)目工程光伏組件設(shè)置在房屋的頂部位置，在陣列當(dāng)中通過架設(shè)避雷針會(huì)對(duì)組件形成一定的陰影和影響，會(huì)直接影響到組件的發(fā)電工作效率，因此屋頂部分不單獨(dú)設(shè)置避雷針。屋面光伏方陣各組件相互之間的金屬支架，需要通過相互之間的連接形成網(wǎng)格形狀，其邊緣位置和屋面原有的壁壘帶之間直接進(jìn)行連接，以此來保證屋頂?shù)墓夥M件電氣設(shè)備之間的連接效果，在逆變器匯流箱、箱式變壓器都設(shè)置出了電壓保護(hù)器，有效防止過電壓?jiǎn)栴}的產(chǎn)生。

7.接入系統(tǒng)工作方案分析。

分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)需要根據(jù)接入形式的不同，主要將其分為專線接入公用電網(wǎng)、地接旅游直接接入公用電網(wǎng)等形式。本次項(xiàng)目工程施工中光伏發(fā)電系統(tǒng)位于某建筑園區(qū)內(nèi)部，該建筑群用電高負(fù)荷期間可以在10kV低壓側(cè)內(nèi)部，實(shí)現(xiàn)全部消納光伏發(fā)電系統(tǒng)總共劃分為兩組，其中以各回路10kV供電線路，分別接入10kV母線一側(cè)，利用已經(jīng)建立完成的10kV備用間隔接入光伏發(fā)電系統(tǒng)的10kV測(cè)使用單母線進(jìn)行接線。

8.輔助技術(shù)應(yīng)用。

第一，需要有效做好組件的清洗工作，灰塵大量堆積在組件玻璃材料的表面，會(huì)減少其功率輸出量以及可能會(huì)造成的區(qū)域熱班。比如工業(yè)廢水和鳥糞等清洗工作頻率取決于污垢機(jī)理的工作速度。在實(shí)際清洗工作過程中，可以通過使用比較潮濕的含清水海綿或者是柔軟的棉布對(duì)玻璃表面進(jìn)行擦拭。

第二，環(huán)境監(jiān)測(cè)工作方案。在光伏電站內(nèi)部配置一套環(huán)境監(jiān)測(cè)儀設(shè)備，時(shí)刻檢查光伏區(qū)域內(nèi)部的時(shí)速溫度、太陽輻射照度、風(fēng)速大小以及風(fēng)向等相關(guān)氣象要素。

第三，接線工作儲(chǔ)能一體機(jī)設(shè)備的高度大小為2m米，需要支設(shè)跟鋁合金部分進(jìn)行固定，陽光房地板打孔直接穿到地板以下形成接電表線纜，同時(shí)在墻面打孔位置的配電房當(dāng)中對(duì)接線位置進(jìn)行合理排列。

第四，設(shè)備的整體布局以及走線在兼顧各項(xiàng)功能的條件下，也需要具備更加美觀性的原則，光伏進(jìn)線和設(shè)備的出現(xiàn)需要盡可能從陽光房的支架部位，地板的下層進(jìn)線部位進(jìn)行鋪設(shè)，遇到穿墻和進(jìn)入配電箱部分使用的是穿管鋪設(shè)方法，全程不留明線保證更加安全和美觀。

四、結(jié)語

綜上，光伏發(fā)電系統(tǒng)的有效應(yīng)用，主要是將光伏發(fā)電池組件，通過支架結(jié)構(gòu)直接安裝在建筑屋頂之上，不會(huì)對(duì)原有的建筑屋頂結(jié)構(gòu)形成影響。通過矩陣式的排列方法設(shè)置出大面積的光伏發(fā)電系統(tǒng)，在我國一些大型的辦公樓、廠房、建筑以及民用建筑我們當(dāng)中應(yīng)用效果非常明顯，通過將太陽能光伏與建筑體之間進(jìn)行有效結(jié)合，通過電網(wǎng)發(fā)電不但可以實(shí)現(xiàn)綠色環(huán)保的工作目標(biāo)，同時(shí)還可以有效轉(zhuǎn)變我國傳統(tǒng)的能源結(jié)構(gòu)形式，對(duì)推動(dòng)整個(gè)國家經(jīng)濟(jì)的快速向前發(fā)展打下了良好的基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)：：

[1]陳子龍，王芳，馮艷芬.以廣州市為例的城市建筑屋頂光伏利用潛力的多元評(píng)價(jià)[J].太陽能，2021（11）：64-74.

[2]王思琪，李錚偉，王海.新供給模式下城市建筑屋頂光伏發(fā)電的利用潛力分析[J].太陽能，2021（06）：11-17.

[3]張藍(lán)宇，李俊，歐陽進(jìn).大型建筑屋頂分布式光伏發(fā)電項(xiàng)目的研究與應(yīng)用[J].湖南電力，2019，39（06）：34-37.

[4]靳現(xiàn)林，趙迎春，吳剛.考慮分布式光伏和電動(dòng)汽車接入的配電網(wǎng)空間負(fù)荷預(yù)測(cè)方法[J].電力系統(tǒng)保護(hù)與控制，2019，47（14）：10-19.

[5]梁楠.光伏發(fā)電系統(tǒng)在建筑中的應(yīng)用及節(jié)能分析——以安徽省為例[J].吉林建筑大學(xué)學(xué)報(bào)，2017，34（03）：107-111+115.

作者簡(jiǎn)介：劉勝利（1989.4-），男，漢，湖南長(zhǎng)沙人，本科，初級(jí)職稱，主要方向;光伏發(fā)電工程。