建筑供配電中光伏發電系統的應用

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【摘要】文章針對小型分散式光伏發電系統在建筑供配電系統中的應用進行研究，介紹了光伏發電系統的分類、系統的組成，并結合工程案例，分別從并網模式、太陽能電池選擇、逆變器選擇、并網配電箱設置、防雷接地技術等方面介紹了實際應用中的關鍵技術，還通過理論計算，測算了實際項目中光伏發電系統應用產生的良好經濟效益和社會效益。

【關鍵詞】建筑供配電；光伏發電系統；太陽能電池；并網光伏發電；逆變器選擇

1引言

據調查，我國建筑物耗電量占社會總耗電量的50%以上，如何實現建筑物節能是我們迫切需要解決的問題。光伏發電是將太陽能轉換成電能的一種技術，這種技術實現的關鍵是太陽能電池組件。光伏發電具有受地域影響較小、安全可靠、無噪聲、低污染等優點，特別是在建筑供配電中有廣闊的應用前景，在建筑中，光伏發電系統可以實現就近發電、并網、使用，減少電能在升壓及遠距離輸送的損耗，充分利用太陽能，減少化石能源消耗。

2光伏發電系統分類及組成

2.1光伏發電系統分類

光伏發電系統根據是否與電網連接，目前可以將太陽能發電分為獨立光伏發電系統方式、并網光伏發電系統方式兩種。獨立光伏發電系統方式就是獨立于電網之外設置的光伏發電系統，自發自用模式，該模式適用于遠離電網的偏遠地區；并網光伏發電系統方式是指太陽能板產生的直流電源經逆變器轉換成交流電之后，接入公共電網，系統概要圖詳見圖1。根據項目規模分為大型集中式并網光伏發電系統和小型分散式并網光伏發電系統兩種，其中，小型分散式并網光伏發電系統具有投資額小、建設周期短、可利用屋面安裝等優點，廣泛用于建筑項目中，是并網光伏發電的主要模式。

2.2光伏發電系統組成

并網光伏發電系統主要包括太陽能電池方陣、匯流箱、直流配電柜、逆變器、交流配電柜、變壓器及配電柜等控制系統與設備組成，還可以根據實際項目需求，設置供電系統監控裝置和環境監測裝置。分散式并網光伏發電系統的運行模式是太陽能電池板將太陽能轉換成電能，經直流匯流箱匯集，通過并網逆變器轉換成交流電為建筑自身設備供電，多余或不足的電力通過電網來調節輸出/供給。

3光伏發電系統在建筑供配電中的應用研究

3.1項目情況介紹

該工程處于廣東地區，光照時間較長，地理條件優越，太陽能電池板理想斜面安裝，年輻射量可達1400kW•h/㎡～1800kW•h/㎡，很適合發展光伏項目產業。該工程作為辦公場所，白天主要用電負荷為各樓層辦公區域的計算機、打印機等設備、照明燈具和空調，以及一樓餐廳的廚房、冷藏室、冷庫用電設備等。為減少對其他設備的影響，本項目前期僅考慮將三級負荷納入光伏發電的供配電體系中。該工程光伏發電系統供電對象選取為餐廳的冷藏室、冷庫，及二樓至六樓辦公區域的空調等用電設備，這些負荷均為三級負荷，短暫的停電不會對大樓員工正常的工作和生活造成較大影響。上述部分用電設備總裝機功率為33kW，計算負荷為31.4kW。參照相關規范，該工程光伏發電系統總裝機容量為35kW。

3.2光伏發電系統關鍵問題分析

1）系統并網模式分析在系統組成方面，需考慮是否設置蓄電池組，采用儲能系統還是采用即發即用并網系統。考慮到該工程發電量不大，增加蓄電池后在投資和管理各方面成本都會有所增加，在系統設置上采用即發即用模式發電，就地使用，并網而不上網。該工程太陽能光伏發電系統選擇為不含蓄電池環節的不可調度式并網太陽能光伏發電系統。2）太陽能電池選擇分析目前太陽能電池主要有以下幾種類型：單晶硅太陽能電池、多晶硅太陽能電池、非晶硅太陽能電池（含薄膜太陽能電池）、碲化鎘電池、銅銦硒電池等。結合工程的具體特點，從工程投資、占地及土地利用效率等多方面綜合考慮，進行最優選擇，達到太陽能電池的最優方案。該工程選用單晶硅太陽能電池組件，該電池主要技術參數見表1。該工程光伏發電系統安裝容量為35kW，需要安裝280Wp單晶硅組件125塊。共設計5串太陽能電池組件，每串25片，其功率為25×0.28kW=7kW。工程太陽能電池組件方陣布置方案為：0.28kW×25片/串×5串。為了減少光伏陣列到逆變器之間的連接線及方便日后維護，在室外配置1臺光伏陣列防雷匯流箱，整個系統5路光伏陣列接入匯流箱內，該匯流箱直接安裝在電池支架上。該工程太陽能電池板陣列安裝方式為屋頂支架安裝。3）逆變器的選擇分析太陽能電池產生的直流電需轉換成交流電后，才能為普通的交流設備供電，因此需增加逆變器來實現直流—交流轉換。對于逆變器的選用，不僅需要從輸入直流電壓的范圍、輸出波形、輸出效率、輸出特性等方面考慮，也要兼顧其性價比和安全穩定可靠性，逆變器應具有抗干擾能力、環境適應能力、順勢過載能力及各種保護功能。該工程采用單臺40kW帶隔離變壓器的三相并網逆變器，其防護等級為IP65，安裝在室外屋頂墻體上。40KW組串式逆變器的基本參數見表2。4）并網低壓配電箱的設置小型分散式光伏發電系統經過逆變器整流后，轉換成AC380V50Hz電源，光伏電源需與正常電網之間設置合理的并網方式，保證電源的可靠運行。小規模建筑用光伏發電系統并網接入點一般選擇在低壓配電箱，在設備配電箱進線處設置雙電源轉換開關，當光伏發電系統的電量充足的情況下完全由光伏電源為該系統下的負荷供電，當陰雨天氣太陽能發電量不足或者光伏電路發生故障不能正常供電時，將供電電源切換到市電電源。該項目并網低壓配電箱安裝在樓頂機房外墻上，配電箱一路進線引自光伏發電系統逆變器，另一路進線引自市電。當光伏系統發電量充足的情況下，引自光伏系統回路的進線開關處于閉合狀態，否則投切到市電回路，使進線開關閉合，確保該配電箱進線母排一直處于通電狀態。將配電箱低壓出線分別引至一樓冷藏室、冷庫低壓供電回路和二至六樓室內空調機各供電回路為其供電。5）防雷接地設計一般建筑物光伏發電設施均設置在屋頂位置，所處的環境比較特殊，需要著重考慮發電設施的直擊雷、感應雷的防護問題。該工程在直擊雷防護方面，充分利用現有建筑物屋面裝設的接閃帶及避雷網，將光伏發電系統太陽能電池板、匯流箱、逆變器的金屬邊框、金屬支架等金屬構件與屋面接閃帶可靠連接。在感應雷防護方面，對于感應雷引起的過電壓保護，主要采用在直流側和交流側分別裝設電涌保護器，以防護過電壓對設備的損壞。

4結語

該工程中光伏發電系統總裝機容量僅為35kW，按運行期年平均發電量約2.9萬kW•h、運行期25a計算，共可發電72.5萬kW•h，可節省燃煤245.9t，可減少排放二氧化碳644.3t、二氧化硫5.4t、氮氧化物1.8t、粉塵3.6t，可見光伏發電項目的建設對于環境保護、減少大氣污染具有積極的作用，并有明顯的經濟效益和社會效益。太陽能是開發潛力最大但已開發比例最低的能源類型，是取之不盡、用之不竭的，作為一種新型能源具有儲量無限、普遍存在、使用經濟等優點，逐步成為各國爭相研究發展的重點對象。隨著太陽能的深度開發，我們會繼續減少甚至消除資源匱乏的情況。

參考文獻

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作者：葉小冬 單位：廣東廣筑工程設計有限公司