建筑光伏電氣一體化系統的研究與設計

周杰

摘 要：本文將對建筑光伏一體化的電氣設計進行詳細分析，所構建的建筑光伏電氣一體化系統能夠實時掌握光伏一體化建筑內各個設備的工作狀態和運行參數，以及光伏陣列現場的環境參數（含風速、風向、日照強度及環境溫度等），并能以日、月、年為單位記錄和存儲和打印數據、運行事件及故障報警信息等，從而減少安全隱患。

關鍵詞：建筑光伏電氣一體化系統；Microsoft Access小型數據庫；C/S網絡通信模式

中圖分類號：TU18-5 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2017）08-0090-01

1 建筑光伏電氣一體化系統的總體結構和功能需求

1.1 建筑光伏電氣一體化系統的總體結構

本系統采用集散控制設計，九臺匯流箱、九臺逆變器、兩臺配電柜、一套太陽能雙軸跟蹤系統和一套太陽能輻射測量系統的實時數據都通過RS-485總線和上位機相連，上位機除了正常的在線監測功能外，還需要將采集到的數據進行統計分析，將數據以圖和表的形式顯示出來，并儲存所有數據，當相關數據偏離正常值時，還需給出報警提示。按照模塊化編程的設計思想，整個系統可以劃分為如下四個子模塊：

第一是數據采集模塊，其又包含串口通訊和數據保護兩個模塊，串口通訊模塊主要是按照各個設備協議利用串口進行通訊，數據保護是解決多線程中的數據共享和沖突問題。第二是人機界面顯示模塊，其又可分為數據信息界面、狀態信息界面、人機交互界面和觸發事件界面，其中數據信息用于顯示采集的各種數字信息，利用表或者文本框的形式來顯示；狀態信息主要是用于設備故障報警等信息的顯示；人機交互界面主要是一些控件按鈕，用于人機間的信息交流；觸發事件主要是指人員操作觸發的子界面，例如繪圖和報表界面。第三是數據存儲報表模塊，其又可分為數據庫連接斷開、數據存儲、報表打印三個子模塊，其中數據庫連接斷開模塊用于Labwindows/CVI與Microsoft Access數據庫之間的連接和斷開，數據存儲模塊是進行數據的存儲和讀寫操作，報表打印模塊用于數據或表格的制表打印。第四是數據處理模塊，其又可分為專用數據處理模塊和通用數據處理模塊，其中通用數據處理模塊用于一些通用數據的算法，比如十六進制轉換十進制模塊；專用數據模塊主要指的是某些設備某種功能所需的特殊算法。

1.2 建筑光伏電氣一體化系統的功能需求

（1）監測功能。通過串口采集的各個設備的數據，實時顯示在計算機上，能夠直觀的表示出各個設備的運行狀態。該部分主要采集以下幾個設備數據：太陽能輻射測量系統（日照強度、大氣氣溫、大氣氣壓、大氣濕度等）、雙軸系統（太陽高位角、太陽高度角等）、匯流箱（匯流箱中電壓，匯流箱中電流等）、配電箱（配電箱中電壓、配電箱中電流等）、變頻器（直流電壓、直流功率、交流電壓、交流功率、日發電量等）。

（2）存儲和報表功能。將采集到的數據在數據庫進行存儲，并且以圖表的形式表示出來，顯示出某一段時間內設備各項參數隨時間變化的曲線圖，將采集的各項數據按照標準要求，自動進行處理后，然后生成報表并能夠打印報表。該部分主要存儲和打印（但不限于）以下幾個設備數據：太陽能輻射測量系統（日照輻射總量、月太陽輻射總量、年輻射總量等）、變頻器（日發電量、月發電量等）。

（3）報警功能。判斷采集到的各個設備的數據是否處于正常范圍之內，當出現異常情況的時候可以發出報警信號，通知管理員采取必要措施。該部分主要涉及（但不限于）以下幾個設備：雙軸跟蹤系統（傳感器數據報警、惡劣天氣報警等）、變頻器（電網電壓過高過低，電網頻率過高過低等）。

（4）遠程通信功能。本地主機作為服務器外，還有一臺遠程客戶機用于展示，能夠通過TCP/IP協議進行連接，并將需要的數據的實時傳輸和顯示。

（5）系統管理維護功能。能夠對系統登錄信息進行管理，必要數據的備份等。

2 建筑光伏電氣一體化系統的數據庫和遠程通信技術

首先，數據庫。建筑光伏電氣一體化系統需要對大量數據進行管理，比如數據的存儲、數據的報表和打印、歷史記錄的查詢等，如果使用Word進行管理，那么可能就要有上千個Word文檔，顯然這樣做是非常不方便的。而如果利用數據庫存放和管理這些數據，將使這個繁瑣的過程大為簡化。由于系統設計中的數據存儲數量比較大但結構卻不復雜，綜合考慮成本性能各方面因素，決定采用Microsoft Access小型數據庫，并利用SQL For CVI工具包對其進行訪問。

其次，遠程通信技術。建筑光伏電氣一體化系統除了有本地服務器外，還在其一樓大廳安置了一臺客戶機，用以顯示累計發電量等信息，所以在設計中需要考慮到數據的遠程通信問題，由于系統相對簡單，決定采用C/S（Client/Server）網絡通信模式，通過TCP/IP網絡通信協議進行服務器和客戶機間通信。

3 結語

建筑光伏一體化內各設備數量多，遠離監控中心，易受惡劣的天氣環境的影響，太陽能電池板和執行機構等設備很容易遭受破壞，因此必須提高其可靠性，高效率及設備的壽命。而通過建筑光伏電氣一體化系統，則可以實時反映系統的運行狀態和故障程度，減少安全隱患，進而優化建筑光伏一體化的運行和使用。

參考文獻

[1]許洄鋒.海寧市光伏建筑一體化電氣設計的初步嘗試[J].科技創新與應用，2012（3）.

[2]張拓.我國民用建筑光伏系統電氣設計的研究[D].吉林建筑大學，2014.