太陽能光伏發電系統在公共建筑中的應用探討

鄧永星

摘 要：介紹了“新能源”的概念及發展現狀，分析了太陽能光伏發電系統在公共建筑中的實際應用，主要從并網形式的選擇、光伏發電系統的應用及成效等方面進行了論述，以供參考。

關鍵詞：公共建筑；新能源；太陽能光伏發電；并網形式

中圖分類號：TM615 文獻標識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2017.12.143

公共設施作為城市公共空間交流的載體，在人們的生活中扮演著重要角色。近年來，隨著全球經濟的持續發展，能源問題已經成為各國共同面對的重要問題之一，這個問題直接阻礙了社會的可持續發展。因此，如何節約能源，促進社會的持續發展成為了各個國家積極探索的發展之路。

所謂“新能源”，主要是指石油、天然氣、煤炭以外的各種能源。我國早就啟動了新能源的開發和利用，但是開發的進度比較緩慢，與發達國家相比，仍存在著較大的差距。因此，我們還需要加深對新能源開發與利用的研究與探索。下面結合工程實例，就太陽能光伏發電系統在公共建筑中的應用進行探討。

1 項目規模

某大型綜合建筑，建筑總面積約3.6×104 m2，地上4層，地下1層，地面3層，地下2層，建筑高度為35.2 m。1層為展廳、多功能廳、會議室、辦公室等，地下1層為庫房及設備用房等，耐火等級一級。本工程作為綠色建筑項目的試點工程，擬采用太陽能光伏發電系統的形式。當地所處地區年日照時數1 600 h。平均年太陽輻射量為4 200～5 400 MJ/m2，是我國第三類太陽能資源區域。因此，經過相關部門商討，本項目決定建設太陽能光伏發電站。

2 電源引入

結合本工程的特點，10 kV電源引入決定從市電變電站引入2路獨立電源進線10 kV，2路電源可以同步工作，并互為備用。進線采用電纜埋地引入。

3 建筑負荷計算

按大型展覽館標準來確定負荷等級，屬一級負荷供電，其分為三級，分別有一級、二級、三級負荷。

根據建筑、暖通設計師提供的資料，按照單位指標法進行建筑負荷計算。其中，1～4層的展廳照明插座按照30 W/m2來計算，大堂、公共走道的照明插座按20 W/m2來計算，車庫負荷按照5 W/m2來計算。根據計算結果，總用電負荷為3 170 kW，并設置干式變壓器，一共2臺，其總裝機容量為4 000 kVA。一級、二級總計算負荷為815 kW。

4 光伏發電在公共建筑項目設計中的應用

4.1 合理選擇并網形式

在本工程太陽能光伏發電系統設計中，按照與電力系統的聯系，將光伏發電系統形式分為獨立型的光伏發電系統和并網型的光伏發電系統2種。

4.1.1 獨立型的光伏發電系統

此系統由5個部分組成，即太陽電池方陣、逆變器、控制器、蓄電池和負載。考慮到系統要配置高功率的蓄電池，因此會造成系統的造價過高，且蓄電池的使用壽命有限，一般為5～8年，同時報廢的蓄電池將會造成環境污染。

4.1.2 并網型的光伏發電系統

此系統主要由光伏組件陣列、并網光伏逆變器、公共電網等部分構成。并網光伏發電系統中一般還配有直流匯流箱及直流配電柜、交流配電柜、監控系統等設備。對于大功率的并網光伏系統，通常還配有大容量變壓器，以將其產生的電能直接送入高壓電網。分布式0.4 kV并網發電原理如圖1所示。

本項目作為綠色建筑的試點工程，申報為一星級綠色建筑，因此，本項目推薦采用并網型的太陽能光伏發電系統，設置1個0.4 kV并網接入點。

4.2 光伏發電系統的應用

光伏發電系統在公共建筑物中的應用，主要分為與建筑完全獨立型的光伏系統和光伏建筑一體化系統2種形式。其中，前者是將整個光伏發電系統設置于建筑屋頂上，避免影響到原有建筑的立面效果；后者是建筑元素中重要組成部分，我們一般將它作為建筑物的一面墻。

根據本方案的特點，考慮到人們對項目立面效果要求較高，且建工立面的形狀呈不規則體，以白色為主，因此本項目采用獨立型的光伏系統，與建筑完全分開。

本項目將太陽能光伏電池板設置在屋面上，標高30.4 m，安裝面積980 m2，根據計算，系統裝機容量為90～100 kWp，光伏發電系統在公共建筑物中的應用，主要分為與建筑完全獨立型的光伏系統和光伏建筑一體化系統2種形式。其中，前者是將整個光伏發電系統設置于建筑屋頂上，避免影響到原有建筑的立面效果；后者是建筑元素中重要組成部分，我們一般將它作為建筑物的一面墻。

根據本方案的特點，考慮到人們對項目立面效果要求較高，且建工立面的形狀呈不規則體，以白色為主，因此本項目采用獨立型的光伏系統，與建筑完全分開。

本項目將太陽能光伏電池板設置在屋面上，標高30.4 m，安裝面積980 m2，根據計算，系統裝機容量為90～100 kWp，

能夠及時指揮，撲滅大火。

4 結束語

石油庫屬于易燃易爆區域，易受到雷電災害的沖擊，嚴重時，還會引發火災或爆炸事故，嚴重威脅人身安全和經濟安全，對社會產生特別嚴重的影響。因此，相關單位和個人必須要高度重視石油庫的防雷工作，將防雷接地系統的布設作為石油庫建設中的重要工作來抓。對于石油庫的設計、施工和驗收等工作，相關部門必須高度重視，嚴把施工材料、施工過程和安裝工藝的質量關，確保接地電阻與防雷相關規范要求相符。只要石油庫的防雷工程嚴格依據相關規范進行，就可以使防雷接地有實際效果，達到防火、防爆的目的，為石油庫的安全運行提供可靠的保障。

參考文獻

[1]李寧，毋勇，楊妮，等.大型油庫安全設計探討[J].化學工業，2013，31（4）.

[2]鄧偉，孫西山，次仁白瑪.淺談石油庫雷電安全防護[J].河南科技，2013（9）.

〔編輯：白潔〕

年發電量約1.87×105 kW·h，年耗電量為5.41×106 kW·h，占整個建筑年耗電量的3.46%.最終擬安裝系統總容量為92 kWp，由太陽能光伏組件組成。太陽能光伏規格為650 mm×990 mm，太陽能電池組件80塊，安裝于屋面上，呈正方形布置。同時，太陽能光伏發電系統配備5臺逆變器。

當太陽能電池組件經過逆變器時，要進行防雷處理，從逆變器接出，并與交流配電柜相連接，再由交流配電柜出來與并網點相連，為負載供電，并網點設置計量電表。根據光伏發電的特點，太陽能發電為地下車庫、設備房的照明和一層各公共走道供電，大大地滿足建筑負載的用電需求。本項目可做到自發自用，不足部分市電補充，公休節假日建筑用電量低時，光伏發電量剩余部分才輸電上網。圖2所示為接入點方案圖。

4.3 光伏發電系統的應用成效

本項目采用并網發電的光伏發電方案，發電效率較高，具有一定的環保性和可靠性，且通過上網電價來獲取回報。相信在政府主管部門的帶動下，將會促成太陽能光伏發電與南方電網并網發電的結合，發揮太陽能光伏發電的應用價值，不斷提高本項目的造價及投資回報率，預計10年可收回投資成本。

根據以上分析，并網發電的太陽能光伏發電系統具有一定的優勢，但當地在太陽能光伏發電系統應用方面，還是較少。可喜的是，并網發電的太陽能光伏發電系統近來已經逐漸得到南方電網公司及社會各界的重視，被推行為綠色屋頂，可將光伏發電多余的發電量倒送至電網，賺取上網費用，從而大大減少了項目的投資運營成本，這將是未來系統得以更多推廣的重要契機。

5 結束語

綜上所述，新能源的開發和利用在全球各國不同領域得到了廣泛應用，同時，人們也越來越意識到新能源開發和利用的重要性，正在對新能源進行更深的層面開發。能源的危機引起了人類對自身生存的不斷反思。近年來，新能源技術在公共建筑設計中發揮著越來越重要的作用，因此，相信在不久的將來，人們對新能源的開發會進入更深的層面，其應用領域也會得到不斷拓展。可見，在公共建筑設計過程中，需要深入到太陽能光伏發電的開發和利用當中，以節約能源，促進社會的可持續發展。

參考文獻

[1]孟浩.太陽能光伏發電技術研究評述[J].高技術通訊，2013（06）.

[2]毛亮.我國發展太陽能光伏發電的必要性及技術分析[J].科技傳播，2011（20）.

〔編輯：劉曉芳〕