光伏发电与建筑一体化技术在住宅小区中的应用.pdf

Pwww.znjzdq.cn64hotovoltaic Generation光伏发电 February 2011 Vol.5 No.1雷电时引起的毁坏性电位差， 将电源线、 信号线、 金属管道等都通过过压保护器进行等电位连接， 并最终与等电位连接母排相连。（ 3） 屏蔽 ： 利用金属网、 箔、 壳或管子等导体把需要保护的对象包围起来， 将所有的屏蔽套、 壳等均接地， 截断全部雷电电磁脉冲波入侵的通道。（ 4） 接地 ： 本项目采用与原有建筑物防雷系统相连， 来达到良好接地的目的。4.2.2 感应雷防护感应雷由静电感应产生， 也可由电磁感应产生， 形成感应雷电压的几率很高， 对建筑物内的电子设备造成较大的威胁。 光伏发电系统的防感应雷工作重点是防止感应雷由外界线路侵入室内设备。（ 1） 对于雷电磁场的影响， 主要是直击雷击中房屋时， 雷电流在建筑物的内部分布直接影响到系统设备， 特别是对电磁干扰敏感的并网逆变设备及光伏系统监控设备。 合理选择机房的位置及机房内设备的合理布局可有效地减少雷害。（ 2） 在供电系统设备的每回路接口处安装电涌保护器 SPD， 并对出入机房缆线采取屏蔽、 接地， 实现等电位连接等措施。（ 3） 配电机房采用联合接地解决地电位升高的影响。4.2.3 系统其他常规保护本项目中对于常规的过压、 欠压、 过流、 短路等保护功能也均进行了充分考虑。 完善的保护功能将保证太阳能发电系统安全、 稳定的运行。（ 1） 过 / 欠电压保护 ： 当光伏系统与电网接口处电压超出规定的电压范围时（三相 ± 7%， 单相 +7%， -10%） ， 过／欠电压保护在 0.2 ? 2s内动作 , 将本光伏系统与电网断开。（ 2） 过 / 欠频率保护 ： 当本光伏系统与电网接口处频率超出规定的频率范围时（ ± 0.5Hz） ， 过／欠频率保护在 0.2 ? 2s 内动作， 将本光伏系统与电网断开。（ 3） 短路保护 ： 本光伏系统对电网设置了短路保护， 当电网短路时，逆变器的过电流在大于额定电流的 150% 时， 本光伏系统将在 0.1s 以内与电网断开。5 结语本系统以安全可靠性、 先进实用性、 可扩充性、 灵活性和示范性等特性为设计原则， 充分保证了系统的电能输出质量， 能量输出的最大化以及美观性。 自安装运行以来， 系统运行良好， 输出电能质量稳定， 充分缓解了本建筑单体在供电高峰期时的用电压力。参考文献 [1] 沈辉 , 曾祖勤 . 太阳能光伏发电技术 [M]. 北京 ： 化学工业出版社， 2005:79-106.[2] 王 长 贵 , 王 斯 成. 太 阳 能 光 伏 发 电 技 术 [M]. 北 京 ： 化 学 工 业 出 版 社，2005:222-234.E摘 要 本文通过对小区内一高层住宅公共照明太阳能供电系统的设计及造价估算， 增强大家对太阳能在新型节能小区内的应用的认识。关键词 光伏建筑一体化 太阳能发电技术 小区 高层住宅Abstract Through the introduction to design and cost assessment of solar power supply system for public lighting in a high-rise building, the paper makes people know the application of solar energy in a new energy-saving community.Ke y w o r d s bu i l di ng i n t egrated photovoltaic (BIPV), solar electric technology, community, high-rise residence1 前言太阳能光伏发电作为一种新的能源形式， 在近年来得到了长足的发展。 太阳能光伏发电不消耗煤炭、 石油等不可再生资源， 也不排放任何污染， 推广和使用太阳能光伏电源， 对于节能减排意义重大。众所周知， 我国面临的 “节能减排”的任务相当艰巨， 据估算， 每节电1kW 时 即 相 当 于 减 排 CO2 近 1kg。因此， 加大太阳能等新型能源的使用规模， 节能减排， 保护好人类赖以生存的环境意义重大。2 太阳能光伏发电的基本原理太阳能光伏发电是一种新型的 发 电 方 式， 它 所 依 据 的 原 理 是光伏效应。 光伏效应是指某些特殊的半导体材料， 在光线的照射下内部能够产生电动势的现象。 将这种半导体材料（目前主要是多晶硅、单晶硅以及非晶硅） 经过一定的工艺组装起来， 就成为太阳能电池组件。 太阳能光伏发电系统主要由太阳能电池组件、 蓄电池和控制逆变专辑智能建筑 电气 技术 652011 年 2 月 第 5 卷 第 1 期 山东同圆设计集团有限公司光伏发电与建筑一体化技术在住宅小区中的应用赵加勇 ( 山东同圆设计集团有限公司 , 山东 济南 250101）Application of BIPV Technology in a Residence Community器组成。 白天， 太阳能电池组件将太阳辐射出的光线转变为电能， 储存在蓄电池里 ； 在晚间或需要时， 从蓄电池里将电能释放出来， 用于照明等目的（图 1） 。太阳能电池组件是发电设备， 蓄电池是储能设备， 控制逆变器的作用有二 ： 其一是在蓄电池充放电时进行控制， 以免充电过度或放电过度而损坏蓄电池 ； 其二是将蓄电池提供的直流电转变为交流电， 满足各种负载的需要。图 1 太阳能光伏发电的原理3 普通住宅光伏发电系统利用的设计思路3.1 建筑概况该项目为一高层民用住宅设计， 一体 2 户， 高 11层， 建筑面积 7800m2， 共 2 个单元， 每个单元公共照明用电负荷约 1kW 左右。3.2 可行性分析太阳到达地面的能量达 80 万 kW/s ， 如果能把太阳光照射到地面 1h 的能量聚积起来， 就能满足人类一年的能源需求。 太阳能是取之不尽， 用之不竭的。 根据计算， 照射到地球上的太阳能比目前人类所消耗的总能量大 6000 倍。 我国的绝大多数地区， 都具有发展太阳能光伏发电的条件。 本项目所处的聊城地区太阳能资源相对丰富。 住宅楼南面无高层建筑遮挡， 根据公用部分照明计算， 需要建设 3kVA 电站就可以满足保护电路太阳能电池 蓄电池负荷逆变电路BZhao Jiayong需要。 大楼屋面平坦， 有女儿墙和花架横梁， 可安放太阳能光伏组件， 因而具有良好的项目实施条件。3.3 主要部件设计（ 1） 设计依据 采用的设计依据为本地太阳能资源情况和需带负载数据。聊城市全市光资源比较充足， 年平均日照时数为 2567h， 年太阳总辐射为 1 年太阳辐照量 1271kW · h/m2。拟 带 负 载 为 单 元 公 共 照 明 灯（ 1kW ） 。 负 载功 率 共 计 为 P=1kW ； 每 日 用 电 时 间 为 t=3h ； 平 均每 天 用 电 量 为 E0=Pt=3kW ·h 。 可 算 得 年 用 电 量 为H=365× E0=1095 kW ·h 。保障期（即在阴雨天气下可以连续供电的天数）定为 D=2。（ 2） 太阳能电池组件功率太阳能电池组件总容量的设计公式为 [1] ：W0=dH/QRh （ 1）式中： W0 ——太阳能电池组件总容量计算值， kWp；d——年用电同时率， 取 0.9 ；H——年用电量， kW ·h ；Q——水平面上太阳能年辐照量， kW · h/m2 ；R——太阳能电池组件表面接受到的太阳能年辐照量与水平面上太阳能年辐照量的比值， 一般取1.2 ； h 则是考虑了各种损失因素后的系统总效率， 取0.58。将具体数据代入公式（ 1） 后， 求得 W0=1.12kWp 。（ 3） 蓄电池容量蓄电池容量的计算公式为 [1] ：66hotovoltaic Generation光伏发电 February 2011 Vol.5 No.1C=E0D/Ddh4 （ 2）式中： C——蓄电池容量的计算值， kW·h ；E0——平均每天用电量， kW ·h ；D——保障期， 取为 3 天 ；Dd——蓄电池放电深度， 取 0.7 ；h4——为逆变器效率， 取 0.85。将具体数据带入公式（ 2） ， 得 C=10.1kW ·h 。 采用 12V 的蓄电池， 可得以 Ah （安时） 表示的蓄电池容量 C0=C/12=840.4Ah 。（ 4） 逆变器容量逆变器功率容量的计算公式为 [1] ：CN=KnP (3)式中： CN——逆变器的功率容量；K——安全系数， 取 1.2 ；n——考虑感性或容性负载启动时引起冲击电流而附加的因子， 取 1.2 ；P——负载功率， 为 1kW。由此可得逆变器的功率容量为 CN=1.2kW ， 取整数值为 2kW。3.4 光伏发电系统电气方案设计从安装太阳能电池组件的大楼楼面到安装蓄电池和控制逆变器的地下 1 层主配电室， 距离约为 20m。为减少线路损耗， 采用 220V 供电方式。根据计算， 实际采用 6 块标称电压 24V、 标称功率 200Wp 的太阳能电池组件， 总功率为 1.2kWp。 6 块组件 3 串联 2 并联， 输出电压为 72V。蓄电池实际采用 6 块标称电压 12V、 容量 200Ah的密封铅酸蓄电池， 总容量为 1200Ah。 12 块蓄电池全部串联使用， 总电压也为 72V， 正好与太阳能组件的输出电压匹配。控制逆变器的功率容量 2kW ， 设计为 96V DC 输入， 220V AC 输出， 转换效率不低于 85%。 除控制蓄电池的充放电和进行逆变外， 主机内还设有过载、 短路、防雷击、 防反接等多项保护功能。3.5 公共照明供电保障措施为了供电的安全性， 总体结构以太阳能光伏电源为主供电系统， 另外用交流市电作为备用系统。 这样， 即使在连续多日阴雨的气象条件下， 对负载的供电也不会中断。图 2 和图 3 分别是用太阳能供电和交流市电供电的示意图。3.6 造价估算太阳能电池板 24V、 标称功率 200Wp： 约 4000元；蓄电池 12V、 容量 200Ah: 约 1800 元 ; 逆变器 2kW ： 约3000 元 ；总造价 ： 2（ 4000x6+1800x6+3000 ） =75600 元4 小区里进一步利用太阳能光伏发电的构想随着现代科技的迅猛发展， 新型太阳能电池、 太阳能组件的广泛应用， 成本高、 能量转化率低、 形状受限制等影响太阳能全面发展的因素将会大大改观。4.1 小区的路灯在住宅小区建设中， 在一些采光较好且线路施工不便的地方用太阳能路灯代替常规路灯， 可以减少道路开挖量， 保持环境和施工投资。 在住宅， 利用太阳能路灯和普通路灯结合间隔安装， 实行分时照明， 这样， 既可节省能源， 也能保持夜间路灯的效果。4.2 地下停车场照明地下停车场的照度要求不高， 而其地面部分有相当空间， 在设计采光井的基础上增加太阳能板， 安装光伏发电， 实现地下停车场的太阳能照明。5 结语针对日益紧张的能源矛盾， 全面贯彻科学发展观， 以建设节约型社会为目标， 加快太阳能方面的技术开发、 应用和推广。 国家能在推广使用绿色能源的初期， 在太阳能发电使用政策上给予倾斜和鼓励， 推行太阳能与建筑一体化技术， 把太阳能用在更多更广的场所。参考文献[1] 刘宏 , 吴达成 , 杨志刚等 . 家用太阳能光伏电源系统 [M]. 北京 : 化学工业出版社 ,2007.[2] 崔容强 , 吴达成等 . 并网型太阳能光伏发电系统 [M]. 北京,化学工业出版社 ,2007.[3] （日） 太阳光发电协会. 太阳能光伏发电系统的设计与施工[M]. 刘树民， 宏伟, 译 . 北京: 科学出版社 , 2006.图 3 交流市电供电太 阳 能 光伏电源自动切换太 阳 能 光伏电源自动切换~220V 市电图 2 太阳能供电~220V 市电E