基于太陽能的樓宇可再生能源動力應(yīng)用技術(shù)研究

王偉

摘 要：太陽能作為穩(wěn)定、可靠的可再生能源，在現(xiàn)代科技下已經(jīng)被用于各個生產(chǎn)、生活領(lǐng)域，且受到國家、企業(yè)以及民眾的廣泛關(guān)注。目前，在現(xiàn)代建筑中應(yīng)用太陽能技術(shù)已經(jīng)成為節(jié)約型社會發(fā)展的必然趨勢，其可實現(xiàn)照明、空調(diào)動力等功能。針對基于樓宇太陽能的發(fā)電與應(yīng)用問題，該文研究了基于太陽能的樓宇可再生能源動力應(yīng)用技術(shù)，并著重從樓宇太陽能發(fā)電系統(tǒng)、基于太陽能電力的水熱、照明以及安全保護等方面進行探討，從而實現(xiàn)樓宇太陽能的高效、安全使用。

關(guān)鍵詞：太陽能 樓宇 可再生能源 發(fā)電

中圖分類號：TU201.5 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-098X（2015）12（c）-0102-02

1 樓宇太陽能發(fā)電系統(tǒng)

1.1 樓宇太陽能發(fā)電原理

太陽能發(fā)電是利用電池組件將太陽能直接轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿难b置[1]。太陽能電池組件是利用半導(dǎo)體材料的電子學(xué)特性實現(xiàn)P-V轉(zhuǎn)換的固體裝置，在廣大的無電力網(wǎng)地區(qū)，該裝置可以方便地實現(xiàn)為用戶照明及生活供電，一些發(fā)達國家還可與區(qū)域電網(wǎng)并網(wǎng)實現(xiàn)互補。而國內(nèi)主要研究生產(chǎn)適用于無電地區(qū)家庭照明用的小型太陽能發(fā)電系統(tǒng)。

1.2 樓宇太陽能系統(tǒng)組成

樓與太陽能系統(tǒng)由光能接收裝置、光電轉(zhuǎn)換裝置、電能暫存裝置以及電能輸送裝置構(gòu)成。光能接收裝置即太陽能帆板，將其對準(zhǔn)光照方向用于接收太陽能，并通過單晶硅或多晶硅將接收的太陽能轉(zhuǎn)變成電能，輸送到蓄電池組構(gòu)成的電能暫存裝置中予以儲存。電能輸送裝置由逆變器組成，用于輸送電能到配電柜，以實現(xiàn)對分布式用電系統(tǒng)供電[2]。

1.3 樓宇太陽能系統(tǒng)分類

太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)分為獨立光伏發(fā)電系統(tǒng)、并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)及分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)。

（1）獨立光伏發(fā)電系統(tǒng)也叫離網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)。主要由太陽能電池組件、控制器、蓄電池組成，若要為交流負載供電，還需要配置交流逆變器。

（2）并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)就是太陽能組件產(chǎn)生的直流電經(jīng)過并網(wǎng)逆變器轉(zhuǎn)換成符合市電電網(wǎng)要求的交流電之后直接接入公共電網(wǎng)。

（3）分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)，是指在用戶現(xiàn)場或靠近用電現(xiàn)場配置較小的光伏發(fā)電供電系統(tǒng)，以滿足特定用戶的需求，支持現(xiàn)存配電網(wǎng)的經(jīng)濟運行，或者同時滿足這兩個方面的要求。

2 太陽能空調(diào)系統(tǒng)

太陽能空調(diào)系統(tǒng)由太陽能集熱器、蓄能器、溴化鋰制冷主機、雙能源熱泵主機等組成。在太陽能空調(diào)系統(tǒng)工作過程中，首先通過太陽能集熱器吸收太陽光能，并轉(zhuǎn)換成電能儲存到蓄能器中，當(dāng)辦公大樓室內(nèi)環(huán)境需要制冷時，啟動蓄能器逆變器閥門，為溴化鋰制冷主機供電，溴化鋰制冷主機啟動并通過水冷機理實現(xiàn)辦公大樓室內(nèi)溫度的降低。

當(dāng)辦公大樓室內(nèi)環(huán)境需要制熱時，啟動蓄能器逆變器閥門，為雙能源熱泵主機供應(yīng)電能，熱泵主機啟動通過由壓縮機排出的高壓制冷劑蒸汽，經(jīng)換向閥后流入室內(nèi)蒸發(fā)器（做冷凝器用），制冷劑蒸汽冷凝時放出的潛熱，將辦公大樓室內(nèi)環(huán)境升溫，實現(xiàn)制熱的功能與效用。

3 太陽能照明系統(tǒng)

太陽能LED照明系統(tǒng)能夠在能源日益短缺的今天采用可再生能源實現(xiàn)家庭日常照明功能，因此其利用成了人們關(guān)注的焦點，無窮無盡的太陽能以其無處不在的優(yōu)勢倍受青睞。

太陽能照明系統(tǒng)采用太陽能電池板將太陽能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔埽瑸長ED節(jié)能燈供電，實現(xiàn)對辦公的照明。由于太陽能的獲取主要在白天時段，而照明需要出現(xiàn)在晚上時段，兩個時段差造成能源轉(zhuǎn)換與利用的匹配差。為解決這一問題，太陽能照明系統(tǒng)安裝蓄電池儲能裝置，將白天太陽能轉(zhuǎn)換成的電能進行儲存，并通過電子控制裝置在晚上需求照明的時間內(nèi)，打開電能輸送接口，為LED節(jié)能燈供電。由此可見，一個完整的太陽能照明系統(tǒng)主要由以下幾個部分組成。

3.1 太陽能電池板

太陽能電池板是在有陽光時用來產(chǎn)生電能的，發(fā)電功率要根據(jù)照明用電的功率和照明時間來計算。如照明燈具的功率是2 W，要求沒有陽光時連續(xù)照明時間10 h，再考慮變換電路的變換損失，太陽能電池板的發(fā)電功率必須是3 W左右。

3.2 蓄電池

蓄電池的作用是把有陽光時太陽能電池發(fā)出的電存儲起來，供沒有陽光時使用。蓄電池的容量要根據(jù)太陽能電池板的功率和LED燈的功率以及照明時間來決定。如配合2 W的LED燈，3 W的太陽能電池板，沒有太陽時要求連續(xù)照明時間10 h，可選用12V/2.2AH的蓄電池。

3.3 太陽能充電控制電路

這部分電路的功能是在陽光充足，光照時間長的時候控制充電程度，電池充滿即停止充電，不使蓄電池過充損壞，以保護蓄電池，延長其使用壽命。

3.4 LED驅(qū)動器

這是系統(tǒng)的核心控制電路。它的功能為完成發(fā)光二極管的恒流驅(qū)動控制，使流過發(fā)光管的電流不隨蓄電池的電壓變化。

4 太陽能動力能源系統(tǒng)抗干擾技術(shù)

4.1 能源動力系統(tǒng)的干擾源

太陽能發(fā)電系統(tǒng)回路產(chǎn)生的地電流，也稱阻性耦合，經(jīng)回路通道漏泄入地為地電流。由于電阻耦合，入地點附近大地電位升高。如果以大地作為回路的通信信號設(shè)備的工作地線靠近入地點，就有可能影響設(shè)備的正常工作。在接觸網(wǎng)接地短路情況下，入地點附近的接地通信電纜金屬護套和芯線之間可能產(chǎn)生較高電壓，從而造成護套和芯線間絕緣的擊穿。當(dāng)發(fā)生接觸線接地短路流有大電流時，吸流變壓器由于鐵芯的磁飽和而降低激磁阻抗，吸到回流線的電流，并由于流經(jīng)水熱系統(tǒng)的電流和漏泄到大地的電流都增大，所以來自饋電電路的感應(yīng)電壓也增大。太陽能水熱系統(tǒng)的饋電電路與其他水熱系統(tǒng)有顯著的不同，回歸電流是一部分經(jīng)過系統(tǒng)回路，另一部分經(jīng)過大地回到吸上線。根據(jù)測試資料，其中的大部分是通過大地，并且電流分布到很深之處。此電流的流法類似有一個環(huán)形線圈。這樣的電流經(jīng)路能引起電磁感應(yīng)。就是說，半段效應(yīng)長愈長線圈愈大，電磁感應(yīng)現(xiàn)象表現(xiàn)得愈強，所以減輕感應(yīng)的影響時，縮短半段效應(yīng)長是有效的，為此而使用了吸流變壓器和回流線。

4.2 太陽能動力能源系統(tǒng)抗干擾技術(shù)

當(dāng)太陽能動力能源系統(tǒng)的導(dǎo)管、導(dǎo)線裝置接于歸線回路時，由于受短路電流等的影響水熱系統(tǒng)電位上升，能產(chǎn)生危險電壓。對此應(yīng)采取下列措施：經(jīng)常與操作人員接觸的轉(zhuǎn)轍握柄、信號握柄之類，加絕緣、接地。接近、接觸線等高壓部分設(shè)置的信號機等，由于靜電感應(yīng)而帶電，所以應(yīng)有接地等措施。導(dǎo)管裝置和電空電氣集中的風(fēng)管路較長，每2 m應(yīng)加以絕緣。交流接觸線等高壓部分與信號機接近，其間隔距離不能滿足規(guī)定的要求時，設(shè)適當(dāng)?shù)姆雷o設(shè)備。

對于電力線路，對受感應(yīng)超過危險電壓的問題，應(yīng)采取下列措施：在交流電線路，用屏蔽電纜或接以中繼變壓器，且能遷移的則遷移。對不能遷移的直流電線路，則將空閑心線接地屏蔽之，或改用屏蔽電纜。電線路雖大部分均為通信設(shè)備，然在有屬于信號設(shè)備的電纜，此信號電纜，為了防止產(chǎn)生危險電壓，凡長1 km以上的都用了屏蔽電纜，在其特性上，應(yīng)改善芯線的平衡程度（約10A），減少芯線間電壓的效果很大。此外，控制器電路等直流回線，如將空閑心線兩端接地，不僅有防護作用，并可防止雷電的沖擊。

5 結(jié)語

文章針對基于樓宇太陽能的發(fā)電與應(yīng)用問題開展了研究，提出了基于太陽能的樓宇可再生能源動力應(yīng)用技術(shù)，從而為相關(guān)工程的實施提供理論參考與借鑒。

參考文獻

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[2] 趙爭鳴，劉建政，孟碩，等.太陽能發(fā)電綜合應(yīng)用系統(tǒng)[J].電力電子，2003（2）：7-10，46.

[3] 王濤，王愛國，劉美.自然能供電的照明系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計[J].控制工程，2008（2）：161-163.