分布式光伏發電技術在綠色城市中的應用研究

閆建國 康順

摘要：隨著我國綠色城市規劃建設技術的不斷發展，光伏建筑作為綠色建筑的一種形式，在實踐過程中，充分顯示了其在減排溫室氣體、節約城市土地資源、提高用電可靠性等方面發揮了越來越大的作用，本文提出了分布式光伏發電系統與城市規劃建設的應用方式，目的是在建設光伏綠色建筑、光伏儲能建筑等方面給予幫助。

關鍵詞：分布式光伏發電系統;光伏儲能;光伏建筑

引言

隨著傳統能源的不斷開采，如煤、天然氣等傳統能源，終將消耗殆盡，而城市的發展離不開能源，因此尋找可再生能源，是目前能源開發問題的當務之急。當下，太陽能技術的應用方式主要有兩種，一種是光熱轉換技術，另一種是光電轉換技術，而本文重點講述分布式光伏發電技術，即光電轉換技術，并且由于分布式光伏發電技術的不斷發展，建設成本不斷降低，將分布式光伏發電系統與城市建設相結合創造了條件，從而在一定程度上減輕日益嚴重的環境和能源壓力。因此，研究分布式光伏發電技術在綠色城市中的應用研究具有跨時代的重大意義。

一、太陽能光伏發電系統在城市規劃建設中的優勢

將分布式光伏發電系統與城市建設結合有許多優勢，如無需占用額外的土地，一般情況下，大部分分布式光伏發電系統通常是安裝在建筑物的屋頂，并且可以根據用戶負載的耗電量或者建筑面積的大小來選擇裝機容量。其次，分布式光伏發電系統通常自發自用，降低了因遠距離輸送電所造成的電量損耗。尤其在秋冬兩季，分布式光伏發電系統出力最大，可保證建筑物負載用電，提高了供電可靠性。所以，將分布式光伏發電系統與城市建設相結合，有利于國家綠色建筑的開發。

二、研究思路及方法

1、提前安排部署，同時改善電網設施

將太陽能光伏發電技術與城市規劃建設相結合，建議大型公用設施、市政建筑結合光伏發電技術進行設計，使其在設計階段就使其滿足光伏應用的要求。同時加強地方電網設施的建設，提高電網對分布式光伏發電系統的接收能力。

2、建立光伏投融資體系，同時利用政策優勢

建立與分布式光伏系統建設有關的貸款政策，為其提供金融服務，同時要充分了解政府對光伏產業的各項政策，充分利用政策優勢，為光伏建筑的建設提供有利的發展條件。

三、太陽能光伏建筑設計概述

1、光伏建筑的定義

光伏建筑是一種隨光伏技術發展應運而生的新型建筑模式。它將分布式光伏發電系統與建筑物完美融合的同時，兼顧美學觀點，在建筑物的外圍結構表面，通常是屋頂，布設光伏發電設備或者直接通過運用光伏材料代替原有建筑材料的方式，使建筑物產生綠色能源，這就是太陽能光伏建筑。

2、光伏設備和建筑的結合方式

傳統方式：將光伏系統直接覆蓋在建筑屋頂上，組成光伏發電系統，比如屋頂的光伏電站。

新型模式：將光伏設備直接代替建筑材料，比如將太陽光伏組件與玻璃幕墻、窗戶玻璃、屋瓦等集成在一起，這是今后光伏應用發展發展的趨勢。

3、設計思路及方法

（1）太陽能光伏系統分類

一般來說，目前分布式光伏系統以并網光伏系統居多，以不帶儲能裝置的居多，部分重要建筑可考慮安裝儲能系統;小型系統裝機容量小于20kW，中型系統20kW≤裝機容量≤100kW，大型系統裝機容量大于100kW。

（2）項目所在地太陽能輻射資料收集

在方案設計之前應該收集當地太陽能輻射數據資料以及氣候資料，一般可根據項目所在地以往10至20年的太陽能輻射平均值作為設計依據，可利用行業內主流的氣象軟件模擬計算當地輻射值，例如Meteonorm、Solargis等，若想更加精確地計算項目所在地太陽能輻射值，可找有資質的氣象研究單位出具太陽能輻射計算書，或根據行業類認可的輻射計算方法，如衛星遙感計算法、氣候學計算法等方法進行計算。

（3）光伏組件最佳斜角確定

一般可根據項目所在地的經緯度來確定，最佳傾斜角通常是使太陽能組件在該傾斜角下，組件傾斜面上所接受的太陽能輻射最大，在粗略估算時，可取當地緯度作為光伏系統最佳傾角，或在當地緯度的基礎上加上幾度（通常可加5度）做為光伏發電系統安裝的傾斜角，或根據光伏電站設計規范附錄B，光伏陣列最佳傾角參考值粗略確定。若想更加精確地計算組件安裝的最佳傾角，可采用光伏計算軟件，如PVsyst等。

（4）光伏支架設計

太陽能光伏支架是分布式光伏發電系統最重要的部件之一，它是直接承載光伏組件的裝配部件，其最重要的特征之一是要滿足耐用性，結構必須牢固可靠，能承受風荷載、雪荷載等其它外部效應。安裝成本要小，安裝方便可靠，免維護，可維修，這些都是光伏支架方案設計時所需要考慮的重要因素。為了達到上述要求，可利用高耐磨材料抵抗風荷載、雪荷載和其它腐蝕作用，同時可綜合利用超厚熱鍍鋅、不銹鋼等抗老化等技術工藝來保證太陽能支架使用壽命。

同時還需對光伏系統的其他安裝結構進行結構設計。結構設計還需與其他專業配合進行，使光伏發電系統各部分在建筑物中的位置合理，并且設計依據應滿足國家發布的各項結構設計規范。

（5）儲能設計

光伏儲能，即光伏組件發出的電能，利用蓄電池作為儲能裝置，將電能進行儲存，就是光伏儲能系統。由于光伏發電系統的的特點，中午短時出力大，其余時段出力較小，晚間無出力的特點，對電網沖擊較大，儲能技術可將光伏系統的午間出力轉移至其他時段，減少光伏系統對電網的沖擊，同時可降低棄光現象。在電池儲能系統工作過程中，為了延長儲能系統的壽命，要盡可能減少儲能系統的充放電次數。在午間光伏發電出力高峰時期，儲能系統充電，對光伏發電系統出力進行削峰;在光伏系統出力高峰期后，儲能系統放電。因此，儲能系統可分為為三種工作模式，分別如下：

模式一：對光伏系統進行削峰

光伏系統在午間出力高峰時期，通過對光伏系統進行削峰的方式對儲能系統進行充電，在光伏系統午間出力高峰時期后，并且在光伏系統夜間無出力時，控制儲能系統方電，放電至儲能系統工作電壓范圍下限值時，儲能系統停止工作。儲能系統的工作時間須在光伏電站的發電時間內，且不可光伏電站工作產生任何不利影響。

模式二：對光伏系統進行削峰+平抑

光伏系統在午間出力高峰時期，通過對光伏系統進行削峰的方式對儲能系統進行充電。一般說來，光伏系統的出力波動有兩大類，一類是光伏系統出力緩慢變化，另一類是光伏系統出力突然變化，第一類變化緩慢，如光伏系統出力的周期性變化;第二類變化具有不可預見性和突然性，如某些自然因素遮擋導致的光伏系統出力的突然下降。在光伏系統午間出力高峰時期后，光伏系統出力下降，儲能系統放電，放電至儲能系統工作電壓范圍下限值，當光伏系統無出力時，儲能系統以額定恒功率放電至系統工作電壓后，控制儲能系統停止工作。

模式三：對光伏系統進行削峰+轉移

在光伏系統在午間出力高峰時期，通過對光伏系統進行削峰的方式對儲能系統進行充電。通常，光伏系統的出力時段為8：30～18：30，出力高峰期為午間12點至下午14點，但上午9點至下午15點時間段內，光伏系統應保持無任何遮擋的狀態，負荷的晚高峰一般出現在18：00～22：00之間，在負荷的晚高峰時期內，光伏系統無任何出力，這時儲能系統可以以恒定功率放電，當放電至儲能系統工作電壓范圍下限值時，儲能系統停止工作。

在實際運用過程中，為了計算儲能系統電池容量，可先調查負載類型并對負載進行分類，確認重要負載功率及不斷電時間，計算出需要的電池容量。再根據所建分布式光伏系統的裝機容量，對儲能電池容量進行二次調整。

（6）光伏建筑設計要求

安裝光伏組件的建筑部位在冬至日全天日照應保證上午9點至下午3點無遮擋，同時在安裝光伏組件的部位要滿足建筑防水、排水、雨水、隔熱及節能等功能要求。

四、結束語

太陽能光伏建筑作為一種全新的建筑方式，是未來城市建設規劃的一種趨勢，不僅可以緩解傳統能源壓力，而且對環境的污染也很小。因此，發展分布式光伏發電技術結合城市規劃，具有跨時代重要意義。

參考文獻

[1]李娜、李永剛、李建文. 含分布式電源的配電網擴展規劃研究[J].電測與儀表，2014，（08）.

[2]趙玉文. 我國太陽能光伏發電產業趨勢探討[J]. 光伏技術專欄，2004

[3]周志敏，紀愛華. 太陽能發電光伏系統設計與應用實例[M]. 電子工業出版社，2010

[4]曹瑩. 家用太陽能光伏發電系統設計[J]. 機電工程，2011