光伏建筑一體化技術(shù)在住宅小區(qū)中的應(yīng)用

關(guān)鍵詞:太陽(yáng)能光伏電站小區(qū) 建設(shè) 展望 

abstract: this article through to the small high-rise residential district public illume to transform for the solar power system for feasibility research, design and cost estimation, improve everyone to the solar energy in the new energy saving in the community know application. 

keywords: solar photovoltaic power station village construction prospect 

 

中圖分類號(hào)：th-39文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：a文章編號(hào)： 

1、前言 

太陽(yáng)能量來(lái)源于其內(nèi)部高溫核聚變反應(yīng)所釋放的輻射能，以電磁波的形式向宇宙空間發(fā)射能量，其中約二十億分之一到達(dá)地球大氣層，是地球上光和熱的源泉。太陽(yáng)每秒鐘照射到地球上的能量約為500萬(wàn)噸煤當(dāng)量，比目前人類的能耗量大3萬(wàn)多倍。太陽(yáng)能不但能量巨大而且是可再生能源（太陽(yáng)的壽命遠(yuǎn)大于地球的壽命），還可免費(fèi)使用，又無(wú)需運(yùn)輸，對(duì)環(huán)境無(wú)任何污染。太陽(yáng)能光伏發(fā)電作為一種新的能源利用形式，被認(rèn)為是當(dāng)今世界上最有發(fā)展前景的新技術(shù)，其推廣和使用對(duì)于“節(jié)能減排”、“綠色環(huán)保”、“低碳生活”意義重大。 

2、光伏發(fā)電原理及優(yōu)勢(shì) 

光伏發(fā)電是利用半導(dǎo)體界面的光生伏特效應(yīng)而將光能直接轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿囊环N技術(shù)。光伏效應(yīng)是指某些特殊的半導(dǎo)體材料如硅，在光線的照射下內(nèi)部能夠產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)的現(xiàn)象。從理論上來(lái)講，光伏發(fā)電技術(shù)可應(yīng)用于任何需要電源的場(chǎng)合。這種技術(shù)的關(guān)鍵元件是太陽(yáng)能電池，有單晶硅、多晶硅、非晶硅和薄膜電池等。無(wú)論是離網(wǎng)發(fā)電還是并網(wǎng)發(fā)電光伏發(fā)電系統(tǒng)主要由太陽(yáng)能電池板（組件）、控制器和逆變器三大部分組成，它們主要由電子元器件構(gòu)成，所以光伏發(fā)電設(shè)備極為精煉，可靠穩(wěn)定、壽命長(zhǎng)、安裝維護(hù)簡(jiǎn)便。 

其優(yōu)勢(shì)主要體現(xiàn)在： 

①取之不盡，用之不竭； 

②安全可靠，無(wú)噪聲，無(wú)污染，綠色環(huán)保； 

③不受資源分布地域的限制，可利用空地、建筑屋面的優(yōu)勢(shì)； 

④不需要架設(shè)輸電線路，安裝維護(hù)簡(jiǎn)單； 

⑤建設(shè)周期短，獲取能源花費(fèi)的時(shí)間短； 

3、太陽(yáng)能光伏電站系統(tǒng)設(shè)計(jì) 

3.1小區(qū)概況 

以瑞安東山經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)人才村為例。該小區(qū)為小高層封閉式住宅區(qū)，高11層，一共有6幢15個(gè)單元，總建筑面積4萬(wàn)多平方米。全小區(qū)公共照明用電負(fù)荷在15kw左右。考慮到冗余以及電池組件的分組等因素，我們這里按照總功率21kw并網(wǎng)發(fā)電方式進(jìn)行設(shè)計(jì)和安裝。 

3.2 可行性分析 

瑞安處于北緯27度48分， 東經(jīng)120度38分，屬于亞熱帶季風(fēng)性氣候，晴天多，陰雨天少，年平均氣溫18度，無(wú)霜期多達(dá)271天，年降水量1600毫米左右，太陽(yáng)能輻射量在4200-5400mj/㎡年，平均日照為3.5h/d，屬于太陽(yáng)能可利用地區(qū)。本項(xiàng)目所在小區(qū)四周無(wú)高層建筑遮擋，日照充分。樓頂平坦且有女兒墻，便于安放太陽(yáng)能光伏組件，具有良好的項(xiàng)目施工條件。 

3.3 設(shè)計(jì)依據(jù) 

3.3.1gb/t 19939-2005 光伏系統(tǒng)并網(wǎng)技術(shù)要求。 

3.3.2gb/t20046-2006光伏系統(tǒng)電網(wǎng)接口特性。 

3.3.3gb/z 19964-2005 光伏發(fā)電站接入電力系統(tǒng)技術(shù)規(guī)定。 

3.3.4當(dāng)?shù)氐臍庀筚Y料。 

3.4 設(shè)計(jì)原則 

光伏建筑一體化bipv（building integrated photovoltaic）是光伏系統(tǒng)構(gòu)成或依附于建筑的一種新能源利用形式，其主體是建筑，客體是光伏系統(tǒng)。因此其設(shè)計(jì)應(yīng)以不損害和影響建筑的效果、結(jié)構(gòu)安全、功能和使用壽命為基本原則。另外就是要遵循安全、高效、先進(jìn)、耐用及性價(jià)比高等原則。 

3.5 bipv系統(tǒng)設(shè)計(jì) 

3.5.1電池組件的選用及分組 

本系統(tǒng)擬選用天合tsm-pc01高效單晶硅電池組件，其技術(shù)參數(shù)為：峰值功率: pm= 175w; 開路電壓: uoc=43.9v; 最佳工作電壓: um=35.6v; 短路電流: isc=5.30a ; 最佳工作電流: im=4.65a; 重量: g =15.6kg; 尺寸: 長(zhǎng)×寬×厚=1581mmx809mmx40mm。選擇單晶硅電池組件的理由在于光電轉(zhuǎn)換效率高，可以達(dá)到17-18%，壽命長(zhǎng)可至25年。本方案需要安裝這樣的組件120塊，總的峰值功率可以達(dá)到175w×120，即21kw。為了將光伏組件串接后的熱斑效應(yīng)損耗降到最低,我們可以采用兩種方式。一種是安裝向日跟蹤系統(tǒng)。二是通過(guò)計(jì)算最佳傾角把受到不同方向建筑物影響的組件進(jìn)行分組，每組配備直流防雷配電柜進(jìn)行匯流。這里考慮到系統(tǒng)成本，采用分組的方式。 

3.5.2并網(wǎng)逆變器的選擇 

并網(wǎng)逆變器是重要的電氣設(shè)備，其主要功能是把太陽(yáng)能電池組件輸出的直流電轉(zhuǎn)換成220v，50hz的交流電。這里選用功率容量為40kw，具有過(guò)壓保護(hù)、對(duì)地故障保護(hù)、孤島效應(yīng)保護(hù)、過(guò)載保護(hù)、短路故障保護(hù)和具有最大功率跟蹤點(diǎn)技術(shù)等完善功能的無(wú)變壓器逆變器，保證系統(tǒng)的抗沖擊性和可靠性。 

其安裝簡(jiǎn)約示意圖如下。 

3.5.3防雷設(shè)計(jì) 

系統(tǒng)處于樓頂防雷保護(hù)范圍內(nèi)，只要把所有的電氣設(shè)備可靠接地就可以達(dá)到防雷目的，但是要考慮到浪涌保護(hù)。因此我們要在每路直流輸入回路中裝設(shè)浪涌保護(hù)裝置。選用的配電柜，逆變器都需要有防雷功能。 

3.5.4電纜與支架設(shè)計(jì) 

戶外電纜應(yīng)選擇耐氧化、耐高溫、耐紫外線，以保證系統(tǒng)可靠運(yùn)行。支架設(shè)計(jì)要考慮到項(xiàng)目所在地每年都有臺(tái)風(fēng)發(fā)生，除了必要的強(qiáng)度考慮外還要考慮到支架的抗風(fēng)壓和抗腐蝕性等問(wèn)題。 

為了供電的安全性，總體結(jié)構(gòu)以太陽(yáng)能光伏電源為主供電系統(tǒng)，另外用交流市電作為備用系統(tǒng)。這樣，即使在連續(xù)多日陰雨的氣象條件下，對(duì)負(fù)載的供電也不會(huì)中斷。 

4、運(yùn)營(yíng)估算 

光伏發(fā)電量的計(jì)算公式：發(fā)電量=系統(tǒng)總功率x平均日照小時(shí)數(shù)x轉(zhuǎn)化系數(shù)。其中系統(tǒng)總功率即為設(shè)計(jì)的21kw，平均日照小時(shí)數(shù)，瑞安地區(qū)取3.5h/d，轉(zhuǎn)化系數(shù)是指除開電路損耗，電氣設(shè)備的效率影響，一般取值0.7—0.8之間。這里按照0.75計(jì)算，因此日發(fā)電量為：w=21kwx3.5h/dx0.75=55.125kwh/d。每年按360天計(jì)算，年發(fā)電量為：55.125kwh/dx360d=19845kwh。按照國(guó)家規(guī)定上網(wǎng)電價(jià)，每年的產(chǎn)值是19845元。建設(shè)21kw光伏發(fā)電系統(tǒng)，根據(jù)目前市場(chǎng)每瓦11元人民幣左右的價(jià)格估算，需要23萬(wàn)元人民幣左右。那么最多12年就可以收回投資。 

所以從經(jīng)濟(jì)的角度來(lái)說(shuō)，建設(shè)這樣的發(fā)電系統(tǒng)也是可行的。如果從保護(hù)環(huán)境和可持續(xù)發(fā)展來(lái)說(shuō)，其意義更是不言而語(yǔ)。 

5、結(jié)語(yǔ)與展望 

bipv系統(tǒng)的推廣不但能緩解城市電網(wǎng)系統(tǒng)的壓力，而且能極大的保護(hù)環(huán)境。本文就太陽(yáng)能光伏發(fā)電技術(shù)在小區(qū)中的應(yīng)用來(lái)增加大家對(duì)太陽(yáng)能光伏發(fā)電技術(shù)的了解，引起重視，以微薄之力進(jìn)行應(yīng)用推廣。雖然建造太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)，成本較高，但是從可持續(xù)發(fā)展和環(huán)境保護(hù)的高度來(lái)審視，發(fā)展太陽(yáng)能光伏發(fā)電具有重大戰(zhàn)略意義，從無(wú)電偏遠(yuǎn)地區(qū)電網(wǎng)建設(shè)來(lái)說(shuō)還具有重大的現(xiàn)實(shí)意義。隨著“新能源法”、“上網(wǎng)電價(jià)法”等相關(guān)法規(guī)的進(jìn)一步實(shí)施，“金太陽(yáng)工程”的推進(jìn)，必將極大地推動(dòng)我國(guó)光伏產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。相信不久的將來(lái)太陽(yáng)能光伏發(fā)電技術(shù)會(huì)得到非常廣泛的應(yīng)用。 

參考文獻(xiàn) 

1、《太陽(yáng)能光伏發(fā)電應(yīng)用于公用建筑的探討》，作者：李逢元 

2、《太陽(yáng)能光伏發(fā)電應(yīng)用技術(shù)》，作者：楊金煥，于化叢，葛亮 

3、《新能源發(fā)電技術(shù)》，作者：王長(zhǎng)貴，崔容強(qiáng)，周篁 

4、《世界能源消費(fèi)現(xiàn)狀和可再生能源的發(fā)展趨勢(shì)》，作者：錢伯章 

注：文章內(nèi)所有公式及圖表請(qǐng)用pdf形式查看。