? 以某場館實際進行光伏發(fā)電系統(tǒng)改造為例，從設計角度對太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)進行分析，介紹了該類項目設計的一般步驟及要點，對集中光伏發(fā)電系統(tǒng)的實際應用方案進行探討。
當今全球能源十分緊缺，節(jié)約能源已成為大勢所趨，各國都在倡導節(jié)能減排。我國正處于工業(yè)化中期階段，加快發(fā)展戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)是我國轉(zhuǎn)變經(jīng)濟發(fā)展方式，引領未來經(jīng)濟社會可持續(xù)發(fā)展的重大戰(zhàn)略選擇。
集中光伏發(fā)電系統(tǒng)利用光伏組件半導體材料的“光伏效應”，將太陽光輻射能直接轉(zhuǎn)換為電能的一種新型發(fā)電系統(tǒng)，是一個戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)。其具有資源的廣泛性、充足性以及清潔性等優(yōu)點，是21世紀最重要的新能源。
本文通過對某民用建筑場館進行集中光伏發(fā)電系統(tǒng)并網(wǎng)改造，淺談了該類建筑進行太陽能集中光伏系統(tǒng)設計的步驟和要點，對光伏系統(tǒng)劃分、光伏組件要求及其監(jiān)控系統(tǒng)設計進行探討。
1.工程設計
1.1工程概況
本工程進行改造設計的場館為某展貿(mào)中心，其建筑樓頂屋面較為空曠，整體建筑為正南向，建筑群南向無高大建筑物，整體日照條件良好，比較適合光伏發(fā)電系統(tǒng)建設。本項目選擇該場館部分樓梯建筑的屋頂閑置區(qū)域安裝太陽能電池板。本項目設計范圍主要為光伏發(fā)電及監(jiān)控系統(tǒng)，建成后將達到裝機容量為1.002MWp。
1.2現(xiàn)狀用電情況分析
該場館現(xiàn)有1個高壓室和2個低壓室，共有15臺配電變壓器。展館用電時間集中在8：00-20：00，其中絕大部分用電負荷為照明及插座用電，照明用電量450萬千瓦時。
該場館作為商業(yè)用電項目，用電主要集中在白天，而光伏發(fā)電系統(tǒng)的工作時間亦為日間有良好日照條件的時段，本項目特別適合安裝太陽能發(fā)電系統(tǒng)，即始發(fā)點可消耗，供應各樓館的日常照明負載，不足部分由市電補充，不向電網(wǎng)倒送電。
1.3設計思路
設計過程按照“節(jié)能環(huán)保，技術(shù)先進，經(jīng)濟合理”的設計原則，結(jié)合類似項目的成功經(jīng)驗提出本項目的設計思路：
1）了解現(xiàn)狀場館用電情況，合理選擇方案和技術(shù)標準；
2）結(jié)合現(xiàn)狀場館結(jié)構(gòu)特點，進行光伏組件陣列布置；
3）積極采用新技術(shù)、新材料和新工藝；
4）重視建筑美觀，盡量避免屋面光伏組件對現(xiàn)有建筑外觀的破壞。
1.4工程設計方案
1.4.1光伏發(fā)電系統(tǒng)設計
集中光伏發(fā)電系統(tǒng)主要有四種架構(gòu)，即獨立離網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)、多能源離網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)、市電為備用離網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)及直接并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)。本工程采用直接并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)。
1.4.1.1光伏子系統(tǒng)劃分
根據(jù)場館屋面現(xiàn)狀地理位置，將整個系統(tǒng)劃分為多個子系統(tǒng)。本工程將系統(tǒng)分為13各子系統(tǒng)，每個子系統(tǒng)設置一個并網(wǎng)點，根據(jù)各子系統(tǒng)安裝屋面的安裝光伏組件數(shù)量不同，各子系統(tǒng)裝機容量也不同。
1.4.1.2光伏組件陣列設計
太陽能板能夠最大限度的接收太陽光照，需要對太陽能板的傾角進行確定。一般確定原則：冬至當天早9：00至下午3：00 ，電池方陣不應被遮擋。其最佳傾角應能使處于該傾角下的方陣全年能獲得最多太陽輻射。經(jīng)計算軟件計算，本系統(tǒng)中固定式太陽能板的最佳傾角為20°。在這一傾角下，太陽方陣全年將獲得最多太陽輻射量。
1.4.1.3光伏發(fā)電系統(tǒng)配置：
系統(tǒng)類型：分布式低壓并網(wǎng)型；
安裝方式：20°傾角，正向朝南安裝，采用鋼結(jié)構(gòu)支架配重安裝；
安裝組件：4179塊240Wp多晶硅光伏組件；
并網(wǎng)逆變器：6臺50kW并網(wǎng)逆變器、7臺100kW并網(wǎng)逆變器；
裝機容量：1.0MWp；
1.4.2 監(jiān)控系統(tǒng)設計
為更好地把握光伏陣列現(xiàn)場的環(huán)境氣候情況及更準確得知光伏發(fā)電系統(tǒng)運行情況，需要對光伏系統(tǒng)運行及周圍環(huán)境指標進行監(jiān)視。監(jiān)控數(shù)據(jù)傳至現(xiàn)狀樓宇控制中心，由相關人員進行該數(shù)據(jù)采集、查看。
監(jiān)控系統(tǒng)要求實現(xiàn)以下基本功能：
?。?）監(jiān)控軟件能實現(xiàn)環(huán)境監(jiān)測功能、逆變器和防逆流監(jiān)控功能，主要包括日照強度、風速、風向和環(huán)境溫度、電池組件溫度等參數(shù)；
?。?）每隔一定時間存儲一次系統(tǒng)所有運行數(shù)據(jù)，包括環(huán)境數(shù)據(jù)。故障數(shù)據(jù)需要實時存儲。
?。?）能夠分別以日、月、年為單位記錄和存儲數(shù)據(jù)、警告、故障信息等；如實時發(fā)電總功率、當日發(fā)電量、當月發(fā)電量累計總發(fā)電量、風向、溫度數(shù)據(jù)等。
?。?）可通過監(jiān)控軟件對逆變器進行控制，可以用表格的形式存儲數(shù)據(jù)，并可以圖表的形式顯示系統(tǒng)運行情況。
1.4.3防雷接地系統(tǒng)設計
利用建筑現(xiàn)有接地系統(tǒng)，光伏組件與建筑接地系統(tǒng)連接；直流匯流箱內(nèi)置高壓直流斷路器、直流匯流排及防雷元件；并網(wǎng)逆變器自身具有防雷保護裝置；交流配電柜內(nèi)部設置防雷元件；系統(tǒng)接地電阻不大于1歐。
1.4.4主要設備參數(shù)要求
1.4.4.1太陽能電池板組件
本項目設計選用高光電轉(zhuǎn)換效率的多晶硅太陽能電池組件，轉(zhuǎn)換效率為15%，單塊峰值功率為 240Wp。組件滿足國際標準光伏組件標準 IEC61215，獲得經(jīng)過ISO25導則認可的專業(yè)產(chǎn)品檢驗實驗室依據(jù)IEC61215標準進行的檢驗認證。
1.4.4.2 并網(wǎng)逆變器組件
本設計采用光伏組件分散布置，并網(wǎng)逆變器集中管理，根據(jù)各棟樓樓面的安裝面積選擇合適的并網(wǎng)逆變器，所有種并網(wǎng)逆變器皆為組串型并網(wǎng)逆變器。
并網(wǎng)逆變器需有MPPT功率跟蹤方式，保證轉(zhuǎn)換效率始終工作在最佳狀態(tài)。當日照強度和環(huán)境溫度變化，光伏電池輸出電壓和電流呈非線性關系變化時，其輸出功率也隨之改變。逆變器可調(diào)節(jié)光伏組件的發(fā)電電流、電壓，能使整個光伏系統(tǒng)始終保持在最大功率輸出。
2.結(jié)束語
太陽能集中光伏具有很大優(yōu)越性，是符合未來發(fā)展需要的能源，本文通過某場館的集中光伏發(fā)電系統(tǒng)設計實例，闡述了該系統(tǒng)應用于民用建筑工程的可行性。隨著科技發(fā)展，相信在不久的將來會有更多的光伏發(fā)電項目應用于民用建筑領域。
