光伏發電系統在建筑供配電中的應用

吳和喜 王瑞旺 韓旺

摘要：城市的發展，經濟的增長，用電量越來越大，現有的公網結構缺點不斷顯現：運行難、耗資巨大、故障頻發，末端用戶的用電可靠性不能得到保證，這些問題都對城市的生產、生活產生了巨大影響。太陽能光伏發電技術作為分布式、清潔、可再生能源可大大緩解公網壓力，并可作為邊遠地區的電力補充。太陽能光伏發電技術源于1954年，美國貝爾研究所第一次研究出單晶硅太陽能電池，從此開創了利用太陽能進行光伏發電的新時代。光伏發電與建筑聯動，通過現有建筑物本身的受光面積，比如屋頂、外立面的光伏玻璃等，建立太陽能發電系統，并給建筑本體進行供電，這成為建筑物節能減排的重要途徑。本文研究太陽能光伏發電技術在建筑供配電中的應用，對緩解我國能源緊缺和環境污染、降低建筑用電能耗問題有重大的現實意義。

關鍵詞：光伏發電;建筑供配電;應用

引言

調查顯示，中國的建筑物能耗占社會總能耗的50%以上，迫切需要尋找建筑物節能的方法。光伏發電是一種將太陽能轉化為電能的技術，其關鍵在于太陽能電池的組裝。光伏發電具有地域影響力小、安全、噪音小、污染小等優點。具體而言，在建筑的供電和配電方面有著廣泛的應用潛力，其中光伏發電系統可以實現附近發電、并網和使用，減少電壓上升和長途運輸中的電力損失，充分利用能源

1太陽能光伏系統與建筑一體化

太陽能光伏發電系統除了能夠滿足民用建筑的基本要求之外，還具有其他優勢地位。他能順利完成普通供電系統能夠提供的根據不同等級民用建筑用電負荷的要求設計系統，并網型系統能與市電相互補充切換，符合建筑用電設備的電能質量標準的工作。從整體的經濟效益優化和建筑供電配置系統的使用效果出發能夠做到節約土地資源，減少成本花費，節約能源。

2光伏發電系統分類

視光伏系統是否連接電網而定，目前可以將太陽能發電分為兩種方法：獨立光伏系統和并網光伏系統。獨立于電網的獨立光伏系統是自主的，適用于電網以外的地區;光伏并網系統的方法是指太陽能板產生的直流電源在由變頻器轉換為交流電源后連接到公共電網。視項目規模而定，有兩種類型的大型集中并網光伏系統和小型分布式光伏系統，其中包括小型分布式并網光伏系統，其優點包括投資少、工期短和安裝屋頂，這些系統在項目中得到廣泛應用。

3光伏發電系統在建筑的應用中主要有一些問題。

3.1光伏發電和市政大電網的結合分析

在一二級供電負荷中，需要有兩個電源，當一級負荷其中一個負荷故障時，另一個需要保證正常工作。光伏發電只能在白天工作，遇到陰雨天氣時發電效率也會大大降低，這樣就導致其具有時效性的不穩定特點，所以直接把光伏發電系統作為一二級負荷的其中一路電源是不可行的。若要使用光伏發電系統當作另一路電源就需要接入蓄電池幫助穩定電力供應。這種做法和傳統燈具接入UPS電源等備用電源類似，把之前接入市政電網的備用電池改為接入光伏發電系統即可。在配置備用電源蓄電池時需要根據要求設計所需蓄電池的大小，容量過小無法達到使用需求，過度加大容量又會造成浪費，這對設計者來說是個矛盾的問題。所以基于光伏發電的不穩定性，用其提高供電的等級并不可靠，必須借助蓄電池來保證系統的穩定性，而蓄電池的使用維護也會同時帶來很多問題。因此，通常情況下并不會考慮使用光伏發電提高供電等級，光伏發電系統的設計僅從最大發電可利用的角度考慮即可。

3.2太陽能資源的收集

即使到達地球表層地太陽能輻射資源總量很是可觀，但是又因為衰減作用導致能夠被地球接收且使用的太陽輻射能較少。又會因為地區之間的差異，時間變化，季節變化導致太陽能資源地分布極不穩定，難以收集。要想獲得能獲得滿足光伏發電需要的太陽輻射能，需要建設合適的太陽能光伏發電矩陣，這樣就會增加太陽能使用的成本。

4光伏發電系統在建筑供配電中的應用研究

4.1蓄電池容量設計

太陽能光伏發電設備獨立于光伏發電系統，整體的備用電量會受到周圍環境，氣候，時間段，其他原因等問題造成影響。這種容易受影響的缺陷會影響太陽能光伏發電系統的推廣使用。為了實現光伏發電系統的供需和需求兩端數量達到平衡。蓄電池的存在意義就是調節平衡，實現對系統的持續供電設計安排。要結合建筑的日常電量使用情況采買型號合適，儲電充足的蓄電池。

4.2光伏接線箱設計

光伏接線箱內安裝有直流斷路器、電涌保護器等設備，它負責連接光伏陣列中所有的光伏組件，在光伏發電系統維修和保養時負責分離電路對系統進行保護，當光伏發電系統出現故障時縮小受影響的范圍。在光伏箱中同時還需要安裝匯流銅母排和端子，所有的光伏設備組件都需要經過線纜連接到母排，并在母排前后安裝隔離設備及短路防護設備，在安裝時需要把光伏接線箱安裝到方便檢修和操作的區域，安裝在室外環境的光伏接線箱還需要有防水和防腐蝕的保護措施。

4.3逆變器的選擇分析

太陽能電池產生的直流電流必須轉換為交流電流，才能為交流電源設備供電，因此必須增加變換器以實現直流-交流轉換。在選擇變頻器時，不僅要考慮輸入直流電壓范圍、輸出波形、輸出效率、輸出特性等。，還要考慮性價比和安全性穩定性，轉換器必須具有抗干擾能力、環境適應性、順勢療法過載能力和所有防護功能。該項目采用一個40千瓦的隔離變壓器三相不間斷電源，保護等級為IP65，安裝在屋頂外墻上。

結束語

雖然，我國國內對太陽能光伏發電技術的應用還處于初級階段，多為政策驅動，并由于使用成本高等問題，推廣范圍和認可度還有限，但是，我國人口眾多，建筑體量大，對太陽能光伏發電技術的使用具有巨大潛力。太陽能光伏發電系統在建筑供配電中的應用也會因其環保無污染、節能不占地、既能補充大電網又能滿足自身需求等要素的影響，迎來更大的市場發展空間。

參考文獻

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