光伏發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)及應(yīng)用

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光伏發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)及應(yīng)用范文第1篇

〔關(guān)鍵詞） 屋頂光伏  供配電方式  綠色校園

一、    引言

近年來(lái)經(jīng)濟(jì)、社會(huì)快速發(fā)展的同時(shí)，我們也面臨著煤炭、石油等不可再生資源日益枯竭、環(huán)境不斷惡化的壓力。光伏能源將作為一種分散的電源輸入電網(wǎng)，取代部分常規(guī)能源。隨著綠色建筑、綠色校園的不斷發(fā)展，將太陽(yáng)能屋頂光伏發(fā)電與高校建筑物有機(jī)完美的結(jié)合，承擔(dān)建筑內(nèi)部分照明、空調(diào)等常規(guī)用電負(fù)荷，這也是綠色建筑的重要表現(xiàn)形式。

二、    屋頂光伏的供配電方式

高校因建筑屋頂四周無(wú)遮擋，遠(yuǎn)離污染源和腐蝕源（如煙氣、酸堿氣等），建筑產(chǎn)權(quán)清晰，電網(wǎng)接入條件較好，用戶經(jīng)營(yíng)狀況良好等一系列自身優(yōu)勢(shì)而十分適合發(fā)展、應(yīng)用屋頂光伏項(xiàng)目。目前屋頂光伏發(fā)電配電形式多樣，主要可分為獨(dú)立發(fā)電系統(tǒng)、市電并聯(lián)發(fā)電系統(tǒng)和市電并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)三類。考慮屋頂光伏發(fā)電容量有限、發(fā)電成本較高、可調(diào)可控性弱等因素，市電并網(wǎng)發(fā)電的形式一時(shí)還難以廣泛被應(yīng)用；相反，獨(dú)立發(fā)電或市電并聯(lián)發(fā)電的形式因其簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)、靈活，適用范圍廣泛等特點(diǎn)，已在非大規(guī)模、分散性大的用電負(fù)荷等場(chǎng)所得到一定的應(yīng)用和發(fā)展。

三、    總體技術(shù)方案

    學(xué)校在所有主要建筑向陽(yáng)側(cè)坡屋面、平屋面安裝高效率太陽(yáng)能光伏組件，總裝機(jī)容量達(dá)2MWp，年發(fā)電量207萬(wàn)kW﹒h，占整個(gè)學(xué)院總用電量的30%左右。現(xiàn)以圖書(shū)館屋頂為案例對(duì)于學(xué)校分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)加以研究與設(shè)計(jì)。

3.1光伏工藝及規(guī)模

考慮本地日曬條件，除去建筑屋頂生活水箱、電梯機(jī)房及風(fēng)道口，樓頂光伏組件可安裝面積約為1400平方米，總裝機(jī)容量約為100kW。本案列采用英利YL240P-29b組件400塊，逆變器SG-100K3 1臺(tái)及其配套設(shè)備，固定熱鍍鋅鋼支架。組件傾角28°，共20串每10串并入一處直流防雷匯流箱，共兩處，100kW光伏發(fā)電組件經(jīng)4處直流匯流盒匯流送至兩處直流防雷匯流箱，逆變后各段交流出線匯集成一路，經(jīng)總出線開(kāi)關(guān)連接至照明配電柜。

3.2主要設(shè)備選擇及布置

3.2.1光伏組件選擇

太陽(yáng)能電池板陣列是多個(gè)太陽(yáng)能電池板串并聯(lián)的結(jié)合，其合理設(shè)計(jì)應(yīng)結(jié)合負(fù)載用電規(guī)模、屋頂條件、電流電壓水平及用戶需求等多方因素綜合考慮。

3.2.2組件串聯(lián)設(shè)計(jì)

輸入同一臺(tái)逆變器的模組串，要通過(guò)對(duì)模組的參數(shù)分選、位置安排，使其電壓值之間的差別控制在5%以內(nèi)。

3.2.3 傾角選擇

利用PVSYST軟件計(jì)算最佳傾角的取值。從表3可以看出，傾角在26°~30°之間變化時(shí)，方陣面上捕獲的總輻射量最大。考慮到建筑、結(jié)構(gòu)專業(yè)樓頂鋼結(jié)構(gòu)柱網(wǎng)的間距、美觀、遮擋和安裝容量等因素，方案采用固定式支架的傾角為28°。在28°傾角時(shí)，光伏方陣接收到的年總輻射量最優(yōu)，外觀整體效果好。

四、    電氣設(shè)計(jì)

4.1 電氣主接線

因建筑單體屋頂可利用面積有限，光伏發(fā)電最大輸出容量為100kW，加之光伏發(fā)電本身的局限性，本案列考慮光伏電能作為建筑部分照明用電負(fù)荷的補(bǔ)充電源。   

4.2 匯流箱及逆變器

    光伏電池組采用分段連接，逐級(jí)匯流的方式將輸出的電力集中送往逆變器，再由逆變器將均衡的三相380V電源送至光伏電源進(jìn)線配電箱/柜，通過(guò)一總開(kāi)關(guān)同照明配電柜用電母線連接。

4.3 繼電保護(hù)及監(jiān)控

    1）保護(hù)

逆變器具備極性反接保護(hù)、短路保護(hù)、孤島效應(yīng)保護(hù)、過(guò)熱保護(hù)、過(guò)載保護(hù)、接地保護(hù)、防浪涌保護(hù)等。

本案列在照明配電柜進(jìn)線總開(kāi)關(guān)處裝設(shè)防逆流裝置，裝置通過(guò)檢測(cè)交流電網(wǎng)的三相電壓、電流，判斷功率方向、大小，有選擇地跳開(kāi)光伏發(fā)電單元。

    2) 計(jì)量

本案列設(shè)置電度表屏，光伏電源進(jìn)線配電箱處配置一塊0.2s級(jí)多功能雙向電度表，電度表配通訊接口，主要參數(shù)可上傳。

4.4 防雷及接地

1）防雷

一方面，光伏組件方陣采用金屬支架布置于建筑物頂部，在雷暴發(fā)生時(shí)，較易受到雷擊而損壞；另一方面，光伏組件、逆變器等也極易因雷電侵入波及浪涌而造成過(guò)電壓損壞，故有效的防雷和電涌保護(hù)是必要的。

2) 接地

    所有電氣設(shè)備外殼、開(kāi)關(guān)裝置和開(kāi)關(guān)柜接地母線、金屬架構(gòu)、電纜橋架和其它可能事故帶電的金屬物均接地。

光伏系統(tǒng)主接地網(wǎng)同建筑物接地網(wǎng)合一，不重復(fù)建設(shè)，僅根據(jù)需要作適當(dāng)補(bǔ)充。接地電阻滿足設(shè)備及人員安全。

五、    前景與展望

    充分利用高校向陽(yáng)坡屋面、平屋頂，在考慮各建筑屋面的設(shè)備安裝、通行量、屋面溫度、屋面防水及結(jié)構(gòu)荷載的條件下設(shè)計(jì)安裝屋頂光伏面板，與建筑完美結(jié)合的同時(shí)，為學(xué)校建筑單體內(nèi)的照明、空調(diào)及一般動(dòng)力負(fù)荷提供常規(guī)電源外的有效補(bǔ)充電源，是構(gòu)建綠色校園，綠色建筑，生態(tài)建筑的重要一環(huán)。同時(shí)也應(yīng)當(dāng)看到，高校屋頂光伏的發(fā)展也會(huì)因?qū)W校建筑的特殊性而遇到一些問(wèn)題：首先，高校一般為政府融資和財(cái)政撥款，屋頂光伏項(xiàng)目的應(yīng)用將會(huì)額外增加政府投入；其次，屋頂光伏發(fā)電高峰期與學(xué)校用電高峰期存在時(shí)間上明顯錯(cuò)位，大大降低光伏發(fā)電的效率和效益。但不管如何，高校作為用電大戶，充分利用學(xué)校較為廣闊的屋頂和較好的光發(fā)電環(huán)境，大力發(fā)展屋頂光伏，節(jié)能安排，建設(shè)綠色校園已是時(shí)展之必然。

參考文獻(xiàn)：

光伏發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)及應(yīng)用范文第2篇

關(guān)鍵詞：太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng) 太陽(yáng)能電池組件 逆變器 并網(wǎng)

1 前 言

在可再生能源里，太陽(yáng)能的穩(wěn)定性、可持久性、數(shù)量、設(shè)備成本、利用條件等諸多有利因素考使其將成為最為理想的可再生能源。

應(yīng)用太陽(yáng)能光伏發(fā)電突出了深圳軟件大廈發(fā)電工程綠色節(jié)能環(huán)保的理念。

2 設(shè)計(jì)實(shí)施

2.1 深圳地區(qū)的太陽(yáng)輻照量

深圳地處廣東南部沿海，年平均日照時(shí)數(shù)為2120.5小時(shí)，太陽(yáng)年輻射量5404.9 MJ /（m2.年）。軟件大廈位于深圳市（22°N，114°E），在軟件大廈屋頂安裝太陽(yáng)能光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng).太陽(yáng)能電池組件方陣采用正向朝南安裝，組件安裝傾角為10°。

2.2 深圳軟件大廈太陽(yáng)能光伏發(fā)電工程

深圳軟件大廈是新建項(xiàng)目，位于深圳市高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)園區(qū)中區(qū)。為深圳市綠色建筑試點(diǎn)示范工程。

軟件大廈太陽(yáng)能光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)總安裝容量為204KWp，系統(tǒng)年輸出電量約為229249 kWh/年。整個(gè)光伏系統(tǒng)的組成主要包括太陽(yáng)電池組件、并網(wǎng)逆變器、匯線盒、屋面交流控制箱、配電室交流配電柜、若干動(dòng)力電纜連接線、安裝鋼構(gòu)架及監(jiān)控系統(tǒng)。

2.2.1 系統(tǒng)要求

深圳軟件大廈太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)的建設(shè)必須滿足國(guó)際綠色建筑認(rèn)證體系（LEED）及國(guó)家建設(shè)部《綠色建筑評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》GBT50378-2006的要求。在不干擾屋頂設(shè)備及屋頂綠化的情況下，采用鋼構(gòu)架進(jìn)行安裝，最大限度的利用屋頂空間設(shè)置太陽(yáng)能電池方陣。

2.2.2 設(shè)計(jì)遵循的標(biāo)準(zhǔn)

1、IEC61646--2008 非晶薄膜光伏件（PV）設(shè)計(jì)鑒定和定型

2、SJ/T11127-1997 光伏（PV）發(fā)電系統(tǒng)的過(guò)電壓保護(hù)―導(dǎo)則

3、IEC1724：1998 光伏系統(tǒng)性能監(jiān)測(cè)，測(cè)量，數(shù)據(jù)交換和分析導(dǎo)則

4、GB/T19939-2005 并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)技術(shù)要求國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)

5、GB/T18479-2001 地面用光伏（PV）發(fā)電系統(tǒng)-概述和導(dǎo)則

6、GB/T13869-92 用電安全導(dǎo)則

7、GB/T50052-95 供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范

8、GB50217-94 電力工程電纜設(shè)計(jì)規(guī)范

9、GB50057-94 建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范（2000年版）

10、IEC61727：2004 光伏（PV）系統(tǒng)電網(wǎng)接口特性

2.2.3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

軟件大廈太陽(yáng)能光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)安裝在屋頂，在系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)中充分考慮整個(gè)光伏系統(tǒng)的荷重，抗風(fēng)能力和系統(tǒng)的發(fā)電效率等綜合因素。

在經(jīng)過(guò)繁雜的設(shè)計(jì)、論證、調(diào)整、修改后，最后確定在屋面安裝3000平方米的太陽(yáng)能電池組件方陣，整個(gè)光伏系統(tǒng)共采用2040塊100Wp的非晶薄膜太陽(yáng)電池組件，5串*408并，以及33臺(tái)太陽(yáng)能光伏并網(wǎng)逆變器，總安裝容量為204kWp。整個(gè)光伏系統(tǒng)分成33個(gè)子系統(tǒng)，每個(gè)子系統(tǒng)配置1臺(tái)并網(wǎng)逆變器，同時(shí)由1套數(shù)據(jù)采集監(jiān)控系統(tǒng)完成對(duì)整個(gè)軟件大廈光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集與遠(yuǎn)程監(jiān)控。

整個(gè)軟件大廈光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)采用多點(diǎn)并網(wǎng)的方式進(jìn)行運(yùn)行并網(wǎng)，分成四部分分別與配電室的4個(gè)市電聯(lián)絡(luò)點(diǎn)連接。光伏子系統(tǒng)通過(guò)與光伏專用匯線盒、并網(wǎng)逆變器、屋面交流控制箱連接后，最終與配電室的市電聯(lián)絡(luò)點(diǎn)連接，實(shí)現(xiàn)光伏系統(tǒng)的并網(wǎng)運(yùn)行。

整個(gè)光伏系統(tǒng)的安裝支架采用NLF系列支架.支架采用熱鍍鋅鋼材料，抗風(fēng)能力達(dá)到150kMPH。所用鋼材除了熱鍍鋅層外，外層又噴涂了醇酸紅丹防銹底漆和醇酸面漆以防鹽霧腐蝕。

在防雷設(shè)計(jì)上，屋面太陽(yáng)能鋼結(jié)構(gòu)與大廈防雷接地引下線進(jìn)行可靠的電氣連接，整個(gè)鋼結(jié)構(gòu)形成可靠的電氣通路，太陽(yáng)能電池組件金屬框、電池組件安裝支架和屋面鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行可靠的電氣連接。

2.2.4 系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)指標(biāo)

（一）、電能質(zhì)量要求

（1）并網(wǎng)電壓偏差：三相電壓的允許偏差為額定電壓的7%，單相電壓的允許偏差為額定電壓的+7%，-10%。

（2）并網(wǎng)頻率偏差：并網(wǎng)后的頻率允許偏差值為 0.2HZ。

（3）諧波和波形畸變：系統(tǒng)設(shè)計(jì)的總諧波電流小于4%。

（4）功率因數(shù)： 設(shè)計(jì)所選用SMA并網(wǎng)逆變器的功率因數(shù)為1。

（5）電壓不平衡度：并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)，三相電壓不平衡度小于2%，短時(shí)小于4%。

（6）直流分量：當(dāng)并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)，逆變器向電網(wǎng)饋送的直流電流分量小于其交流額定值的1%。

（二）、并網(wǎng)保護(hù)要求

（1）過(guò)/欠電壓保護(hù)：當(dāng)電網(wǎng)接口處的電壓超出偏差允許值時(shí)，并網(wǎng)逆變器進(jìn)入離網(wǎng)狀態(tài)，光伏系統(tǒng)停止向電網(wǎng)送電。

（2）過(guò)/欠頻率保護(hù)：當(dāng)電網(wǎng)接口處頻率超出頻率偏差允許值時(shí)，并網(wǎng)逆變器內(nèi)置的過(guò)/欠頻率保護(hù)將在0.2S內(nèi)動(dòng)作，將光伏系統(tǒng)與電網(wǎng)斷開(kāi)。

（3）防孤島效應(yīng)：當(dāng)電網(wǎng)出現(xiàn)失壓狀態(tài)，防孤島效應(yīng)保護(hù)將會(huì)在0.2S內(nèi)動(dòng)作，使光伏系統(tǒng)與電網(wǎng)斷開(kāi)。

（4）恢復(fù)并網(wǎng)：當(dāng)超限狀態(tài)導(dǎo)致光伏系統(tǒng)停止向電網(wǎng)送電后，系統(tǒng)在電網(wǎng)的電壓和頻率恢復(fù)正常范圍后（20S～5Min可調(diào)）向電網(wǎng)送電。

（5）防雷和接地：光伏系統(tǒng)和并網(wǎng)接口設(shè)備的防雷和接地，嚴(yán)格按照SJ/T11127中的規(guī)定執(zhí)行。

（6）短路保護(hù)：并網(wǎng)逆變器對(duì)電網(wǎng)設(shè)置有短路保護(hù)裝置，即當(dāng)電網(wǎng)短路時(shí)，逆變器的過(guò)電流小于額定電流的150%，并會(huì)在0.1S以內(nèi)將光伏系統(tǒng)與電網(wǎng)斷開(kāi)。

（7）隔離保護(hù)：光伏系統(tǒng)并網(wǎng)逆變器交流輸出與電網(wǎng)連接的配電柜內(nèi)，嚴(yán)格做好光伏系統(tǒng)與電網(wǎng)的隔離保護(hù)措施。

（8）逆向功率保護(hù)：系統(tǒng)在不可逆流的并網(wǎng)方式下工作，當(dāng)檢測(cè)到供電變壓器次級(jí)處的逆流為逆變器額定輸出的5%時(shí)，逆向功率保護(hù)將會(huì)在0.5～2S內(nèi)使光伏系統(tǒng)與電網(wǎng)斷開(kāi)。

3 實(shí)施經(jīng)驗(yàn)總結(jié)

軟件大廈太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)工程完成安裝調(diào)試，經(jīng)試運(yùn)行3個(gè)月后通過(guò)竣工驗(yàn)收。以下問(wèn)題需要總結(jié)：

（1）在設(shè)計(jì)過(guò)程中，應(yīng)對(duì)系統(tǒng)的運(yùn)行和維護(hù)做全面的考慮。在本項(xiàng)目中設(shè)計(jì)沒(méi)有考慮對(duì)電池組件的清潔維護(hù)通道，且電池組件的面積較大，這樣就給對(duì)電池組件的清潔工作帶來(lái)了很大的不便。

（2）加強(qiáng)對(duì)構(gòu)件加工單位和施工單位對(duì)太陽(yáng)能光伏發(fā)電技術(shù)的培訓(xùn)和制定相關(guān)的加工要求和工藝標(biāo)準(zhǔn)，以避免因?yàn)闃?gòu)件加工和安裝工藝對(duì)系統(tǒng)的性能產(chǎn)生很大的影響。

（3） 太陽(yáng)能專業(yè)人員和建筑專業(yè)人員應(yīng)經(jīng)常協(xié)調(diào)，建筑物的設(shè)計(jì)變更應(yīng)盡量避免對(duì)太陽(yáng)能電池方陣的影響，尤其是在太陽(yáng)能電池方陣周圍追加設(shè)備（暖通管道、空調(diào)室外機(jī)等） 時(shí)，應(yīng)注意設(shè)備陰影及排氣溫度對(duì)方陣的影響。

（4）由于并網(wǎng)光伏系統(tǒng)的運(yùn)行將會(huì)影響電網(wǎng)的正常運(yùn)行，因此并網(wǎng)方式需提前與相關(guān)供電部門溝通，并網(wǎng)的實(shí)施需在得到供電部門的許可后方可實(shí)施。

4 結(jié)束語(yǔ)

太陽(yáng)能光伏發(fā)電技術(shù)在深圳的應(yīng)用還剛起步，相信在國(guó)家和地方政府的大力支持下，這一事業(yè)一定會(huì)得到蓬勃發(fā)展。我們還將結(jié)合深圳這個(gè)大都市的環(huán)境和特點(diǎn)，發(fā)展建筑一體化太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)。

參考文獻(xiàn)

〔1〕王長(zhǎng)貴，崔容強(qiáng)，周篁等.新能源發(fā)電技術(shù)（第一版）〔M〕.中國(guó)電力出版社，2003.

光伏發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)及應(yīng)用范文第3篇

關(guān)鍵詞：獨(dú)立光伏系統(tǒng) 方陣容量 最佳傾角 蓄電池容量

獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)為獨(dú)立于公共電力網(wǎng)之外運(yùn)行的光伏發(fā)電系統(tǒng)，其特征為用蓄電池存儲(chǔ)電能，夜晚蓄電池釋放電能供用電器使用。近年來(lái)，隨著光伏電池組件成本的降低，光伏發(fā)電系統(tǒng)的應(yīng)用已成為一種趨勢(shì)。本文討論了獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)電池方陣傾角選擇、方陣前后距離、日峰值日照時(shí)數(shù)、光伏電池容量、蓄電池組容量計(jì)算，并評(píng)估了電池的經(jīng)濟(jì)效益。

一、光伏電池方陣傾斜角

光伏電池方陣的傾斜角指光伏電池方陣平面與水平面的夾角。合理設(shè)計(jì)光伏電池方陣的傾斜角有利于降低系統(tǒng)成本。因此，確定光伏電池方陣的最優(yōu)傾斜角是系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一個(gè)重要環(huán)節(jié) 。一般來(lái)說(shuō)，我國(guó)南方地區(qū)（緯度低于30°），方陣的傾斜角可取當(dāng)?shù)鼐暥仍黾?0°～15°。北方地區(qū)，方陣的傾斜角可在當(dāng)?shù)鼐暥鹊幕A(chǔ)上增加5°～10°，較高緯度地區(qū)，增加的角度可小一些；海拔較高地區(qū)，傾斜角一般等于當(dāng)?shù)鼐暥取?/p>

二、光伏電池方陣前后距離

合理計(jì)算太陽(yáng)能光伏電池方陣前后距離，可以有效節(jié)省用地，提高光能利用率。光伏電池方陣前后距離為：

D=0.707H/tan[arcsin（0.648cosф-0.399sinф）]

式中：ф為緯度，H為光伏電池方陣或遮擋物與可能被遮擋組件底邊的高度差。

三、每日峰值日照時(shí)數(shù)

在系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，我們要詳細(xì)了解當(dāng)?shù)氐拿咳辗逯等照諘r(shí)數(shù)，據(jù)此數(shù)據(jù)來(lái)設(shè)計(jì)光伏電池方陣的大小。假設(shè)光伏電池方陣安裝點(diǎn)太陽(yáng)能年輻射量為5404.9 MJ/m2，且方陣上的輻射量比水平面的輻射量高5%～15%不等，故方陣上的年平均輻射量大概為5945.4MJ/m2。

則年峰值日照小時(shí)數(shù)為：5945.4/（3.6×365）=4.5h

四、光伏電池容量

光伏電池容量設(shè)計(jì)應(yīng)按近期負(fù)載負(fù)荷的容量配置，在設(shè)計(jì)時(shí)我們應(yīng)收集光伏電池組件特性和安裝點(diǎn)的經(jīng)度、緯度、標(biāo)高及近十年來(lái)的氣象參數(shù)，還有安裝點(diǎn)要求的電流、電壓和每日用電時(shí)數(shù)。

在光伏電池容量設(shè)計(jì)時(shí)，組件串聯(lián)數(shù)為，并取整數(shù)。

式中：為蓄電池組的浮充電壓，取值應(yīng)符合表1。

表1 蓄電池組浮充最小電壓

蓄電池組 6V 12V 24V

7V 14V 28V

為線路壓降和防反充二極管的壓降總和；

?Vt為光伏電池由溫升引起的壓降；

為標(biāo)準(zhǔn)光強(qiáng)下單個(gè)組件的輸出電壓。

組件并聯(lián)數(shù)為，并取整數(shù)。

式中：為負(fù)載日平均耗電容量；

為標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)光時(shí)單個(gè)組件的輸出電流；

為年平均日照時(shí)數(shù)；

為蓄電池組充電效率的溫度修正系數(shù)，取值應(yīng)符合表2。

表2 蓄電池組充電效率的溫度修正系數(shù)

環(huán)境溫度（℃） 充電效率（%）

0 90 1.11

-5 70 1.43

-10 62 1.62

光伏電池方陣組件數(shù)為，

其總功率為。

五、蓄電池容量

獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)需保證在連續(xù)多天無(wú)日光照射時(shí)，仍然可向負(fù)載持續(xù)供電一段時(shí)間，因此應(yīng)選用耐過(guò)充、過(guò)放性能良好的蓄電池，并合理計(jì)算其容量：

式中：為蓄電池組附加容量，按光伏電池方陣年發(fā)電總量低于負(fù)載耗電量月份的累加值計(jì)算；

為最長(zhǎng)連續(xù)無(wú)日照天數(shù)（d）；

為負(fù)載的日用電量（Ah/d）；

為環(huán)境溫度的修正系數(shù)，取值應(yīng)符合表3。

表3 蓄電池充電修正系數(shù)表

環(huán)境溫度（℃） 40 25 10 0 -10 -20

1 1 1.02 1.05 1.09 1.2

六、經(jīng)濟(jì)效應(yīng)評(píng)估

光伏電池的光電轉(zhuǎn)換效率約為15%，電池組件衰減方陣組合損失等綜合效率為90%，逆變器轉(zhuǎn)化效率為95%。以英利TCYL-180WP為例，一塊電池組件面積為：

S1=1.58×0.806=1.27m2

四個(gè)組件組成的光伏方陣面積為：S=S1×4=5.09m2，則電池的年總功率為：

Q=5.09×5945.4×15%×95%×90%=3881.1MJ

=1078.1kWh。

參考文獻(xiàn)：

光伏發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)及應(yīng)用范文第4篇

Abstract: describ that how Building Integrated Photovoltaic(BIPV) works in building energy efficiency field, including applied technology, design principles, and benefits and necessity in future building field.

關(guān)鍵詞：BIPV 幕墻 能源 太陽(yáng)能

Keywords: BIPV, curtain wall, energy source, solar energy

中圖分類號(hào)： TK511 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)：

前言

面對(duì)全球能源環(huán)境問(wèn)題，不少全新的設(shè)計(jì)理念應(yīng)運(yùn)而生，光伏建筑一體化（BIPV）就是應(yīng)時(shí)代的召喚，油然而生的新生軍。

光伏建筑一體化BIPV（building integrated photovoltaic）就是將光伏發(fā)電系統(tǒng)和建筑幕墻、屋頂?shù)冉ㄖo(hù)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)有機(jī)的結(jié)合成一個(gè)整體結(jié)構(gòu)。不但具有圍護(hù)結(jié)構(gòu)的功能，同時(shí)又能產(chǎn)生電能，供建筑使用；是一種可以集發(fā)電、隔音、隔熱、安全和裝飾功能為一體的新型功能性建筑結(jié)構(gòu)形式。

一、工程概況：

沈陽(yáng)恒隆中街廣場(chǎng)工程位于沈陽(yáng)市沈河區(qū)中街路，總建筑面積約18萬(wàn)平方米，光伏系統(tǒng)總安裝面積約1750平方米，整個(gè)光伏系統(tǒng)共安裝有9900塊光伏組件，系統(tǒng)總安裝容量為147.4千瓦,是目前東北地區(qū)最大的光伏建筑一體化（BIPV）項(xiàng)目,也是國(guó)內(nèi)第一個(gè)完全由地產(chǎn)商投資建設(shè)的光伏建筑一體化項(xiàng)目。

二、BIPV系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則

BIPV系統(tǒng)主要由建筑護(hù)系統(tǒng)和光伏電氣系統(tǒng)兩部分組成。設(shè)計(jì)中需要參照以下原則：

1、護(hù)結(jié)構(gòu)：屋面、幕墻

a、必須考慮美觀、耐用；

b、必須具備基本的建筑圍護(hù)功能；

c、必須滿足建筑及幕墻設(shè)計(jì)規(guī)范（載荷、受力）。

2、太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)：電力生產(chǎn)及分配

a、盡可能多地為建筑提供清潔的綠色能源；

b、作為電力系統(tǒng)，必須安全、穩(wěn)定、可靠。

3、設(shè)計(jì)中著重考慮的因素

a、氣候條件：當(dāng)?shù)氐臍庀笠蛩厥翘?yáng)能系統(tǒng)今后發(fā)揮效能的最重要影響因素；我國(guó)幅原遼闊，各地的氣象條件，尤其是輻照強(qiáng)度差別很大，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，應(yīng)充分考慮這種差異。

b、建筑圍護(hù)系統(tǒng)：由于工程所在地的氣象條件不同，包括不同的基本風(fēng)壓、雪壓；安裝的位置不同，如屋面、立面、雨蓬等，都會(huì)使圍護(hù)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)不同；光伏組件的規(guī)格必須充分考慮建筑外觀效果；

三、產(chǎn)品優(yōu)勢(shì)特點(diǎn)

光伏建筑一體化具有以下一些優(yōu)勢(shì)：

（1）建筑物能為光伏系統(tǒng)提供足夠的面積，不需要另占土地，直接利用幕墻的支撐結(jié)構(gòu)，節(jié)省材料費(fèi)，不會(huì)重復(fù)建設(shè)；太陽(yáng)電池是固態(tài)半導(dǎo)體器件，發(fā)電時(shí)無(wú)轉(zhuǎn)動(dòng)部件、無(wú)噪聲，對(duì)環(huán)境不造成污染；

（2）可就地發(fā)電、就地使用，減少電力輸送過(guò)程的費(fèi)用和能耗，省去輸電費(fèi)用；自發(fā)自用，有削峰的作用，帶儲(chǔ)能可以用作備用電源。分散發(fā)電，避免傳輸和分電損失（5-10%），降低輸電和分電投資和維修成本；并使建筑物的外觀更有魅力。

（3）因日照強(qiáng)時(shí)恰好是用電高峰期，BIPV系統(tǒng)除可以保證自身建筑內(nèi)用電外，在一定條件下還可能向電網(wǎng)供電，舒緩了高峰電力需求，解決電網(wǎng)峰谷供需矛盾，具有極大的社會(huì)效益；

（4）杜絕了由一般化石燃料發(fā)電所帶來(lái)的嚴(yán)重空氣污染，這對(duì)于環(huán)保要求更高的今天和未來(lái)極為重要。

四、效益分析、采用BIVP的必要性

本光伏系統(tǒng)總安裝功率為：147.4KW，預(yù)計(jì)年平均發(fā)電量約為26萬(wàn) kWh。使用太陽(yáng)能光伏發(fā)電將減少火力發(fā)電所導(dǎo)致的環(huán)境污染，從而減少國(guó)家治理污染的支出，具有難以估量的間接收益。

1、經(jīng)濟(jì)效益分析

25年內(nèi)節(jié)電量為650萬(wàn)kWh，25年至少可節(jié)約電費(fèi)￥1300萬(wàn)元。

25年共節(jié)約一次性能源量：2340噸標(biāo)準(zhǔn)煤；

節(jié)約國(guó)家火電建設(shè)成本：88.5萬(wàn)元；

節(jié)約25年火電運(yùn)營(yíng)成本：247萬(wàn)元；

減少25年環(huán)境綜合治理費(fèi)用292.5萬(wàn)元。

2、環(huán)境效益分析

每年可減排CO2、SO2、NOX、等的量如下：

3、社會(huì)效益分析

1）本項(xiàng)目單純按發(fā)電量來(lái)算，其經(jīng)濟(jì)值是較低的；與常規(guī)能源相比，費(fèi)用仍然比較高，這也是制約太陽(yáng)能光伏應(yīng)用的主要因素。然而，我們也應(yīng)看到，治理常規(guī)能源所造成的污染是一項(xiàng)很大的“隱蔽”費(fèi)用，一些國(guó)家對(duì)化石燃料的價(jià)格也進(jìn)行了補(bǔ)貼。

2）太陽(yáng)能光伏發(fā)電雖一次性投資較大，但其運(yùn)行費(fèi)用很低。

3）太陽(yáng)能光伏與建筑相結(jié)合是一個(gè)方興未艾的領(lǐng)域，有著巨大的市場(chǎng)潛力。

五、結(jié)束語(yǔ)

BIPV技術(shù)是直接將光伏發(fā)電技術(shù)應(yīng)用于建筑之上，可節(jié)省大量的占地面積，今后必將成為太陽(yáng)能領(lǐng)域的生力軍，為我國(guó)的太陽(yáng)能發(fā)展做出重要貢獻(xiàn)。同時(shí)，通過(guò)科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，通過(guò)大力推廣和應(yīng)用BIPV技術(shù)，使BIPV技術(shù)大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化，不斷降低成本，該技術(shù)一定會(huì)成為新能源應(yīng)用領(lǐng)域的重要方向。沈陽(yáng)恒隆中街廣場(chǎng)光伏項(xiàng)目的建設(shè)，積極響應(yīng)國(guó)家大力推廣可再生能源的號(hào)召，不僅在東北地區(qū)起到了積極的示范效應(yīng)，也為地產(chǎn)界成功運(yùn)用新技術(shù)新能源起到了良好的榜樣作用。

參考文獻(xiàn)：

光伏發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)及應(yīng)用范文第5篇

關(guān)鍵詞：光伏發(fā)電；并網(wǎng)；逆變；家用電站

引 言

太陽(yáng)能光伏發(fā)電占據(jù)21世紀(jì)世界能源消費(fèi)的重要席位，不但替代部分常規(guī)能源，而且將成為世界能源供應(yīng)的主體。隨著新生能源開(kāi)發(fā)利用，光伏并網(wǎng)的市場(chǎng)前景將更加廣闊，光伏發(fā)電也將朝著普及化的方向發(fā)展，分布式并網(wǎng)發(fā)電即將成為光伏發(fā)電的主流，因此一種真正適用家庭用電的太陽(yáng)能發(fā)電設(shè)備也將成為更多用戶的選擇。

目前我國(guó)并網(wǎng)光伏一般應(yīng)用在較大型的系統(tǒng)上，在小功率并網(wǎng)逆變器的研究上投入較少，技術(shù)并不完善，缺少較好的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，很多并網(wǎng)逆變器都需要專業(yè)技能才能操作和管理，因此很難使光伏發(fā)電得到普及化的推廣使用。在光伏發(fā)電領(lǐng)域，并網(wǎng)逆變算法、孤島檢測(cè)及保護(hù)、最大功率跟蹤等技術(shù)研究較早，也比較成熟。但是對(duì)帶蓄電池并網(wǎng)系統(tǒng)能量?jī)?yōu)化管理，系統(tǒng)智能化運(yùn)行控制，以及光伏發(fā)電與新型不間斷供電的結(jié)合這些方面研究較少，而做為一款家用光伏發(fā)電系統(tǒng)，這些技術(shù)非常重要。

家用光伏并網(wǎng)逆變器應(yīng)定位為一款適合家庭用電的發(fā)電設(shè)備，因此系統(tǒng)可集成家庭用電網(wǎng)絡(luò)的智能管理及控制，高性能不間斷供電方案，也可以利用多個(gè)的發(fā)電設(shè)備組建分布式發(fā)電網(wǎng)絡(luò)。同時(shí)系統(tǒng)應(yīng)具備智能化自動(dòng)運(yùn)行能力，無(wú)需專業(yè)操作技能，管理方便，性能穩(wěn)定。

1、系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)

整個(gè)光伏發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)圖如圖1，采用FPGA作為核心控制器。系統(tǒng)外設(shè)模塊包括DC/DC、DC/AC功率變換電路、濾波與并網(wǎng)控制電路、檢測(cè)與通信電路、人機(jī)交互界面、蓄電池充放電控制模塊。

圖 1系統(tǒng)框圖

功率主電路結(jié)構(gòu)如圖2所示，由太陽(yáng)能電池板輸出的直流電首先經(jīng)過(guò)DC/DC升壓變換。經(jīng)高頻變換器隔離送入工頻變換器，工頻逆變器由FPGA直接控制，產(chǎn)生與電網(wǎng)一樣的交流電壓并通過(guò)濾波和并網(wǎng)電路并入電網(wǎng)。

圖 2主電路結(jié)構(gòu)圖

檢測(cè)電路，將電網(wǎng)電壓經(jīng)過(guò)濾波器整形，通過(guò)電壓比較器產(chǎn)生與電網(wǎng)電壓同頻率同相的方波信號(hào)，控制FPGA產(chǎn)生SPWM驅(qū)動(dòng)信號(hào)。孤島檢測(cè)電路的設(shè)計(jì)采用被動(dòng)與主動(dòng)檢測(cè)相結(jié)合的辦法，使用多種檢測(cè)手段，減少檢測(cè)盲區(qū)，提高反應(yīng)速度，以達(dá)到反孤島效應(yīng)的目的。電流的采集通過(guò)ACS712霍爾傳感器將電流轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)，并使用運(yùn)算放大器對(duì)輸出電壓變化進(jìn)行放大，圖4是傳感器輸出信號(hào)的濾波和變換電路，傳感器檢測(cè)電網(wǎng)信號(hào)通過(guò)濾波、變換處理，送入A/D轉(zhuǎn)換芯片。

圖 3信號(hào)采樣原理圖

通信電路，應(yīng)用電力線載波半雙工通信方式，系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)可通過(guò)電力線對(duì)其遠(yuǎn)程控制，只需要一臺(tái)控制設(shè)備便可對(duì)所有連接在同一輸電線網(wǎng)絡(luò)的設(shè)備進(jìn)行統(tǒng)一調(diào)度，組成大容量的分布式發(fā)電系統(tǒng)；

不間斷供電方案，通過(guò)分離并網(wǎng)接口與負(fù)載接口，應(yīng)用繼電器能夠獨(dú)立控制并網(wǎng)和負(fù)載供電，在裝置斷電時(shí)常閉繼電器將負(fù)載與電網(wǎng)連接，不影響家庭網(wǎng)絡(luò)用電。系統(tǒng)在檢測(cè)孤島效應(yīng)時(shí)控制并網(wǎng)繼電器動(dòng)作斷開(kāi)與電網(wǎng)的連接，同時(shí)系統(tǒng)自動(dòng)過(guò)度到50hz逆變工作方式，持續(xù)向負(fù)載供電，實(shí)現(xiàn)對(duì)家庭用電網(wǎng)絡(luò)的不間斷供電。在孤島保護(hù)狀態(tài)，系統(tǒng)檢測(cè)到電網(wǎng)恢復(fù)供電時(shí)，應(yīng)用二次并網(wǎng)策略，使系統(tǒng)在不影響負(fù)載供電質(zhì)量條件（微小相位、頻率及幅值調(diào)節(jié)）下快速恢復(fù)與電網(wǎng)并網(wǎng)連接，實(shí)現(xiàn)二次過(guò)度保護(hù)。

2、重要算法軟件結(jié)構(gòu)

電網(wǎng)電壓幅值和相位的準(zhǔn)確獲得對(duì)于并網(wǎng)系統(tǒng)來(lái)說(shuō)顯得尤為重要， 因此以電網(wǎng)線電壓uab = Uin （t） = Umsin t 為例， 通過(guò)軟件鎖相環(huán)可獲得其有效值和相位，在此基礎(chǔ)上， 通過(guò)逆變電流幅值相位的雙閉環(huán)來(lái)實(shí)現(xiàn)逆變電流的跟蹤控制， 如圖4 所示 圖中上部分實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)幅值的跟蹤控制；下部實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)電流的跟蹤控制，圖5為該閉環(huán)控制信號(hào)圖。該算法通過(guò)VHDL語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)，采樣周期短，運(yùn)算速度快，運(yùn)行穩(wěn)定。

圖4：雙閉環(huán)控制算法

圖5：閉環(huán)控制信號(hào)圖

系統(tǒng)以FPGA為處理單元，在FPGA內(nèi)嵌入Nios II 32位單片機(jī)內(nèi)核作為控制器，實(shí)現(xiàn)鍵盤輸入、LCD顯示及無(wú)線通信控制。FPGA內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖7所示，模塊其包括信號(hào)處理、電網(wǎng)幅值相位檢測(cè)及SVPWM運(yùn)算部分。

圖6：FPGA內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖

控制器軟件設(shè)計(jì)流程如下圖所示，編程實(shí)現(xiàn)自尋優(yōu)MPPT控制，及家庭用電管方方案，結(jié)構(gòu)圖如下。

圖：7：軟件流程圖

3、搭建基本系統(tǒng)

按圖1 所示搭建實(shí)驗(yàn)平臺(tái)， FPGA控制電路芯片采用EP2C8Q208， 使用杭州綠楊公司的100M示波器及功率信號(hào)分析儀來(lái)完成實(shí)驗(yàn)中交流電壓、電流的測(cè)量以及 THD 的測(cè)量控制的實(shí)驗(yàn)設(shè)置單相220v并網(wǎng)實(shí)驗(yàn)，輸出功率設(shè)置75w。通過(guò)功率信號(hào)分析儀得到電流有效值均穩(wěn)定在0.34 A 左右， THD

也穩(wěn)定在 1 % ～ 2 % 以內(nèi)，相位跟蹤誤差小于1°，轉(zhuǎn)換效率可達(dá)91.5%。其輸出波形如圖9所示：通道1為并網(wǎng)電壓波形，通道2為經(jīng)過(guò)2歐姆取樣電阻的并網(wǎng)電流波形：

圖8：并網(wǎng)波形圖

4、結(jié)果分析

采用以上技術(shù)設(shè)計(jì)的家用多功能光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)是一款集光伏并網(wǎng)發(fā)電、遠(yuǎn)程通信控制、家庭用電管理、不間斷電技術(shù)及智能控制為一體的家用并網(wǎng)發(fā)電裝置。系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，轉(zhuǎn)換效率較高，輸出電能諧波少，畸變率低，該系統(tǒng)以并網(wǎng)逆變器為基礎(chǔ)，嵌入微處理器軟核，能實(shí)現(xiàn)對(duì)光伏并網(wǎng)發(fā)電的多方案、全自動(dòng)及智能化控制。系統(tǒng)擁有并網(wǎng)、離網(wǎng)及不間斷供電多種工作方式，改變了以往光伏并網(wǎng)發(fā)電的單一工作模式。同時(shí)系統(tǒng)能夠自動(dòng)管理運(yùn)行和人性化管理界面，無(wú)需專業(yè)操作人員，這極大提高了該系統(tǒng)的應(yīng)用人群，促進(jìn)光伏發(fā)電事業(yè)的發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

[1] 李華德，白晶，李志民等.交流調(diào)速控制系統(tǒng)[M].北京：電子工業(yè)出版社，2003