600 kWp太陽能光電建筑一體化車棚的應(yīng)用

■ 唐明濤陳志強 王志剛

武漢經(jīng)開能源科技發(fā)展有限公司武漢經(jīng)開光伏工程設(shè)計研究院

600 kWp太陽能光電建筑一體化車棚的應(yīng)用

■ 唐明濤*陳志強 王志剛

武漢經(jīng)開能源科技發(fā)展有限公司
武漢經(jīng)開光伏工程設(shè)計研究院

介紹了600 kWp太陽能光電建筑一體化車棚用戶側(cè)并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的原理、設(shè)計原則及系統(tǒng)設(shè)計，對微晶硅薄膜光伏組件和CIGS(銅銦鎵硒)光伏組件的實際運行效果和產(chǎn)電量情況進(jìn)行了對比。數(shù)據(jù)對于系統(tǒng)組件選型和應(yīng)用提供了指導(dǎo)和有價值的參考。

建筑一體化；光伏；用戶側(cè)并網(wǎng)；組件選型

0　引言

能源是人類生存發(fā)展的重要物質(zhì)基礎(chǔ)，近年來，世界化石能源的有限性和開發(fā)利用過程中引起的環(huán)境污染問題日益突出，已成為制約世界經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展的主要瓶頸，清潔的可再生能源的開發(fā)利用受到世界各國高度重視。太陽能作為一種巨量的可再生能源，以其清潔、安全的特點成為具有高度污染性化石能源的主要替代能源。太陽能的利用形式諸多，其中光伏并網(wǎng)發(fā)電作為主要利用形式之一，備受人們關(guān)注。所以，在世界化石能源緊缺和環(huán)境污染嚴(yán)重的今天，深入開展光伏并網(wǎng)發(fā)電技術(shù)的研究，對于緩解能源危機和加強環(huán)境保護(hù)、促進(jìn)經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展都具有深遠(yuǎn)而重大的理論和現(xiàn)實意義。

1　項目介紹

1.1光伏組件鋪設(shè)情況

該項目應(yīng)用在某品牌汽車武漢工廠新建光電建筑一體化[1]車棚，裝機容量為600 kWp的用戶側(cè)并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)，建筑總高度≤3.5 m。

光伏板鋪設(shè)情況：本項目分員工停車棚、自行車棚、商務(wù)停車棚3個區(qū)域。其中，進(jìn)口130 Wp和135 WpCIGS光伏組件2442塊，裝機功率為323.96 kWp，占600 kWp的54％；國產(chǎn)135 Wp微晶硅薄膜光伏組件2105塊，裝機功率為284.175 kWp，占600 kWp的47％；總計安裝光伏組件4547塊，裝機功率608.135 kWp。員工停車棚的2#、4#、6#、8#鋪設(shè)CIGS光伏組件2112塊，功率為277.76 kWp；1#、3#、5#、7#鋪設(shè)135 Wp微晶硅薄膜光伏組件1720塊，功率為232.2 kWp；自行車棚鋪設(shè)CIGS光伏組件330塊，功率為46.2 kWp；商務(wù)車棚鋪設(shè)135 Wp微晶硅薄膜光伏組件385塊，功率為51.975 kWp。

1.2光伏系統(tǒng)設(shè)計介紹

并網(wǎng)電站根據(jù)不同建筑由多種形式子系統(tǒng)組合而成，在廠房、綜合辦公樓、停車棚等建筑安裝太陽電池發(fā)電設(shè)備。構(gòu)件選擇主要有單、多晶硅構(gòu)件，微晶硅疊層薄膜中空組件，非晶硅電池組(構(gòu))件等。建筑應(yīng)用形式表現(xiàn)在幕墻玻璃、屋面保溫、遮陽頂?shù)取Ｔ谠O(shè)計上，根據(jù)單、多晶硅電池和非晶硅電池的不同特點確定選用方案，以保證系統(tǒng)工作達(dá)到最佳效果，獲得較大的能效比。如在基本處于垂直入射光、無遮擋處，采用單、多晶硅光伏組件；在偏離垂直入射(如立面墻)、散射光下或經(jīng)常有遮擋情況發(fā)生的地方，一般采用微晶硅組件等。

本項目由于是光電建筑一體化[2]車棚，故選用微晶硅薄膜光伏組件和CIGS光伏組件。微晶硅薄膜電池集中逆變器子系統(tǒng)、CIGS電池集中逆變器子系統(tǒng)分別見圖1、圖2。根據(jù)不同太陽電池陣列選用不同類型及功率的并網(wǎng)逆變器就近接入公共電網(wǎng)。

圖1　微晶硅薄膜光伏組件集中逆變器子系統(tǒng)

圖2　CIGS光伏組件集中逆變器子系統(tǒng)

1.2.1棚頂光伏組件設(shè)計

采用“TCO玻璃+0.76 PVB+3.2 mm鋼化玻璃+副框型材”結(jié)構(gòu)，性能符合GB/T 11944-2002規(guī)定，在加工過程中進(jìn)行邊緣處理，周邊倒棱1×45°。光伏組件背面安裝副框型材，通過雙面膠和硅酮結(jié)構(gòu)膠組成BIPV組件，可以提高組件的整體承受荷載能力。密封膠采用中原系列，符合JC/T 882、GB 16776的規(guī)定。主龍骨為鋼方管，次龍骨為角鋼，光伏玻璃單元通過壓塊固定在主、次龍骨上。

圖3　微晶硅薄膜光伏組件車棚

1.2.2棚頂CIGS組件設(shè)計

在車棚鋼結(jié)構(gòu)棚頂敷設(shè)安裝彩鋼板，使用不銹鋼專用夾具，將組件固定在彩鋼板上。

圖4　CIGS光伏組件車棚棚頂

1.2.3結(jié)構(gòu)連接設(shè)計說明

網(wǎng)狀鋼結(jié)構(gòu)通過焊接同主體結(jié)構(gòu)上的鋼梁連接。所有鋼龍骨和連接件選用Q235鋼材，表面冷氟碳噴涂。光伏組件車棚棚頂與主體鋼結(jié)構(gòu)連接設(shè)計應(yīng)考慮以下基本要求：1)對重力荷載、風(fēng)荷載、地震作用和溫度作用有足夠的承載力；2)在上述荷載作用下，不應(yīng)使車棚頂上的光伏構(gòu)件產(chǎn)生有害的變形。同時，車棚需考慮光伏電纜走線、光伏匯流箱的安裝位置、排水等。

圖5　車棚光伏匯線箱、排水管

1.2.4抗震設(shè)計

本工程的抗震設(shè)計按7度設(shè)防，設(shè)計基本地震加速度0.08g。主要措施：1)在計算材料強度及撓度時，均考慮地震力的組合效應(yīng)；2)鋼支承結(jié)構(gòu)與主體的承載力、連接件的承載力、焊縫及鋼支座的連接強度均經(jīng)過嚴(yán)格計算；3)光伏組件車棚棚頂與主體連接，橫向、縱向均慮主體在地震作用及其他荷載作用下的變形，變位能力滿足地震需求。

1.3電路設(shè)計及防雷

隨著我國教育體制改革在中學(xué)階段地不斷深入，學(xué)校越來越重視學(xué)生的全面發(fā)展，且學(xué)校的綜合發(fā)展呈現(xiàn)出了較好趨勢，然而，其中以中學(xué)財務(wù)工作中預(yù)算管理問題為主，主要表現(xiàn)在預(yù)算編制不夠科學(xué)，預(yù)算執(zhí)行力緩慢且隨意，以及缺乏完善的預(yù)算評價系統(tǒng)上，因此，此次課題對中學(xué)財務(wù)工作中遇到的預(yù)算管理問題展開了研究，對預(yù)算管理全新理念的豐富具有理論性意義，對中學(xué)財務(wù)實踐工作的進(jìn)展具有實際意義。

1.3.1電路設(shè)計描述

采用太陽能發(fā)電并網(wǎng)技術(shù)，因選用的廠家逆變器不完全開放數(shù)據(jù)，故此系統(tǒng)追加武漢經(jīng)開能源科技發(fā)展有限公司數(shù)據(jù)采集及傳輸系統(tǒng)對并網(wǎng)發(fā)電過程進(jìn)行實時監(jiān)控。

1.3.2系統(tǒng)安全性分析

1)系統(tǒng)避雷措施。發(fā)電系統(tǒng)避感應(yīng)雷措施是在主干線上并入T型接口處連接直流側(cè)避雷器(自動恢復(fù)式)，直流匯線箱、并網(wǎng)逆變器、交流配電柜都接有避雷器。

2)系統(tǒng)穩(wěn)定性。系統(tǒng)發(fā)電最大電流電壓完全符合并網(wǎng)逆變器接入范圍，并且發(fā)電效率基本保持在并網(wǎng)逆變器最佳效率。各主要配件都通過相關(guān)部門的檢測，并有合格證書確保質(zhì)量穩(wěn)定性。

1.3.3系統(tǒng)并網(wǎng)說明描述

1)員工停車棚區(qū)域(1#～8#光伏陣列)：1#、3#、5#、7#光伏陣列鋪設(shè)微晶硅薄膜光伏組件1720塊，選用125 kW三相并網(wǎng)逆變器2臺；2#、4#、6#、8#光伏陣列鋪設(shè)CIGS光伏組件2112塊，選用125 kW三相并網(wǎng)逆變器2臺；匯入綜合樓低壓配電室三相配電柜中。

3)商務(wù)車棚區(qū)域(15#、16#光伏陣列)：鋪設(shè)微晶硅薄膜光伏組件385塊，選用50 kW三相并網(wǎng)逆變器1臺；匯入綜合樓低壓配電室三相配電柜中。

1.3.4光伏設(shè)備室、配電房位置及布線描述

光伏設(shè)備室采用景觀配電房，安裝在園區(qū)配電室區(qū)域，光伏組件串接后經(jīng)PVC線槽匯入一級直流匯線箱，一級直流匯線箱安裝在鋼柱上；PVC線檁條鋪設(shè)再沿鋼柱到二級直流匯線箱，由二級直流匯線箱沿鋼柱返回到線槽，進(jìn)入光伏設(shè)備室。配電房在每棟宿舍一樓，由光伏設(shè)備室沿屋面鋪設(shè)PVC線槽，穿墻順著雨水管安裝PVC線管到地面，然后埋管進(jìn)入配電房。

圖6　室外型景觀配電房

1.4光伏電站監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計

光伏電站監(jiān)控系統(tǒng)如圖7所示。

圖7　監(jiān)控系統(tǒng)示意圖

2　項目運行情況

2.1項目發(fā)電量運行數(shù)據(jù)統(tǒng)計

該項目從2012年8月并網(wǎng)發(fā)電以來，除有部分逆變器發(fā)生故障及時修復(fù)外，運行情況基本良好，截至2013年8月，1年的發(fā)電數(shù)據(jù)如表1所示，由于受車棚造型限制，光伏組件不是按照最佳朝向和傾角安裝，發(fā)電情況不是特別理想，但基本達(dá)到設(shè)計預(yù)期。

2.2不同類型組件及不同朝向發(fā)電量比較

表1　2012年8月～2013年8月發(fā)電數(shù)據(jù)表

表2　不同類型組件發(fā)電量比較

不同類型組件及不同朝向發(fā)電量的比較如表2、圖8所示。

從圖8可以看出，1)在相同的條件下，同功率的微晶硅薄膜光伏組件發(fā)電量要約高于CIGS光伏組件25％；2)同一種組件在朝南向安裝時，比其他方向安裝發(fā)電量高10％～30％；3)微晶硅薄膜光伏組件比CIGS光伏組件具有更好的弱光效應(yīng)。

圖8　兩種組件不同朝向發(fā)電量比較

3　結(jié)論

在目前主流應(yīng)用晶硅組件的市場行情下，微晶硅薄膜光伏組件和CIGS光伏組件光電轉(zhuǎn)換效率較低，但因其具有較好的弱光效應(yīng)、溫度系數(shù)小、高溫性能佳、可與綠色建筑[3]材料整合一體化應(yīng)用(BIPV)、更美觀等優(yōu)勢，在太陽能車棚、幕墻等光電建筑一體化場合具有廣泛的應(yīng)用前景。

[1] 楊洪興,周偉.太陽能建筑一體化技術(shù)與應(yīng)用[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社, 2009.

[2] 趙玉文. BIPV——光伏建筑技術(shù)與市場展望[J].建設(shè)科技, 2009, (12): 50-51.

[3] 王有為.山雨欲來風(fēng)滿樓——解讀綠色建筑發(fā)展 專訪中國城市科學(xué)研究會綠色建筑與節(jié)能專業(yè)委員會主任王有為[J].動感:生態(tài)城市與綠色建筑, 2010, (3): 119-121.

2014-09-05

唐明濤(1983—)，碩士、工程師，主要從事光伏電站的規(guī)劃、可行性研究，勘察設(shè)計，以及電站運行分析方面的研究。tmt20042005@163.com