建筑供配電中光伏發(fā)電系統(tǒng)的應(yīng)用

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【摘要】文章針對(duì)小型分散式光伏發(fā)電系統(tǒng)在建筑供配電系統(tǒng)中的應(yīng)用進(jìn)行研究，介紹了光伏發(fā)電系統(tǒng)的分類(lèi)、系統(tǒng)的組成，并結(jié)合工程案例，分別從并網(wǎng)模式、太陽(yáng)能電池選擇、逆變器選擇、并網(wǎng)配電箱設(shè)置、防雷接地技術(shù)等方面介紹了實(shí)際應(yīng)用中的關(guān)鍵技術(shù)，還通過(guò)理論計(jì)算，測(cè)算了實(shí)際項(xiàng)目中光伏發(fā)電系統(tǒng)應(yīng)用產(chǎn)生的良好經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

【關(guān)鍵詞】建筑供配電；光伏發(fā)電系統(tǒng)；太陽(yáng)能電池；并網(wǎng)光伏發(fā)電；逆變器選擇

1引言

據(jù)調(diào)查，我國(guó)建筑物耗電量占社會(huì)總耗電量的50%以上，如何實(shí)現(xiàn)建筑物節(jié)能是我們迫切需要解決的問(wèn)題。光伏發(fā)電是將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換成電能的一種技術(shù)，這種技術(shù)實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵是太陽(yáng)能電池組件。光伏發(fā)電具有受地域影響較小、安全可靠、無(wú)噪聲、低污染等優(yōu)點(diǎn)，特別是在建筑供配電中有廣闊的應(yīng)用前景，在建筑中，光伏發(fā)電系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)就近發(fā)電、并網(wǎng)、使用，減少電能在升壓及遠(yuǎn)距離輸送的損耗，充分利用太陽(yáng)能，減少化石能源消耗。

2光伏發(fā)電系統(tǒng)分類(lèi)及組成

2.1光伏發(fā)電系統(tǒng)分類(lèi)

光伏發(fā)電系統(tǒng)根據(jù)是否與電網(wǎng)連接，目前可以將太陽(yáng)能發(fā)電分為獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)方式、并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)方式兩種。獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)方式就是獨(dú)立于電網(wǎng)之外設(shè)置的光伏發(fā)電系統(tǒng)，自發(fā)自用模式，該模式適用于遠(yuǎn)離電網(wǎng)的偏遠(yuǎn)地區(qū)；并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)方式是指太陽(yáng)能板產(chǎn)生的直流電源經(jīng)逆變器轉(zhuǎn)換成交流電之后，接入公共電網(wǎng)，系統(tǒng)概要圖詳見(jiàn)圖1。根據(jù)項(xiàng)目規(guī)模分為大型集中式并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)和小型分散式并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)兩種，其中，小型分散式并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)具有投資額小、建設(shè)周期短、可利用屋面安裝等優(yōu)點(diǎn)，廣泛用于建筑項(xiàng)目中，是并網(wǎng)光伏發(fā)電的主要模式。

2.2光伏發(fā)電系統(tǒng)組成

并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)主要包括太陽(yáng)能電池方陣、匯流箱、直流配電柜、逆變器、交流配電柜、變壓器及配電柜等控制系統(tǒng)與設(shè)備組成，還可以根據(jù)實(shí)際項(xiàng)目需求，設(shè)置供電系統(tǒng)監(jiān)控裝置和環(huán)境監(jiān)測(cè)裝置。分散式并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)的運(yùn)行模式是太陽(yáng)能電池板將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換成電能，經(jīng)直流匯流箱匯集，通過(guò)并網(wǎng)逆變器轉(zhuǎn)換成交流電為建筑自身設(shè)備供電，多余或不足的電力通過(guò)電網(wǎng)來(lái)調(diào)節(jié)輸出/供給。

3光伏發(fā)電系統(tǒng)在建筑供配電中的應(yīng)用研究

3.1項(xiàng)目情況介紹

該工程處于廣東地區(qū)，光照時(shí)間較長(zhǎng)，地理?xiàng)l件優(yōu)越，太陽(yáng)能電池板理想斜面安裝，年輻射量可達(dá)1400kW•h/㎡～1800kW•h/㎡，很適合發(fā)展光伏項(xiàng)目產(chǎn)業(yè)。該工程作為辦公場(chǎng)所，白天主要用電負(fù)荷為各樓層辦公區(qū)域的計(jì)算機(jī)、打印機(jī)等設(shè)備、照明燈具和空調(diào)，以及一樓餐廳的廚房、冷藏室、冷庫(kù)用電設(shè)備等。為減少對(duì)其他設(shè)備的影響，本項(xiàng)目前期僅考慮將三級(jí)負(fù)荷納入光伏發(fā)電的供配電體系中。該工程光伏發(fā)電系統(tǒng)供電對(duì)象選取為餐廳的冷藏室、冷庫(kù)，及二樓至六樓辦公區(qū)域的空調(diào)等用電設(shè)備，這些負(fù)荷均為三級(jí)負(fù)荷，短暫的停電不會(huì)對(duì)大樓員工正常的工作和生活造成較大影響。上述部分用電設(shè)備總裝機(jī)功率為33kW，計(jì)算負(fù)荷為31.4kW。參照相關(guān)規(guī)范，該工程光伏發(fā)電系統(tǒng)總裝機(jī)容量為35kW。

3.2光伏發(fā)電系統(tǒng)關(guān)鍵問(wèn)題分析

1）系統(tǒng)并網(wǎng)模式分析在系統(tǒng)組成方面，需考慮是否設(shè)置蓄電池組，采用儲(chǔ)能系統(tǒng)還是采用即發(fā)即用并網(wǎng)系統(tǒng)?？紤]到該工程發(fā)電量不大，增加蓄電池后在投資和管理各方面成本都會(huì)有所增加，在系統(tǒng)設(shè)置上采用即發(fā)即用模式發(fā)電，就地使用，并網(wǎng)而不上網(wǎng)。該工程太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)選擇為不含蓄電池環(huán)節(jié)的不可調(diào)度式并網(wǎng)太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)。2）太陽(yáng)能電池選擇分析目前太陽(yáng)能電池主要有以下幾種類(lèi)型：?jiǎn)尉Ч杼?yáng)能電池、多晶硅太陽(yáng)能電池、非晶硅太陽(yáng)能電池（含薄膜太陽(yáng)能電池）、碲化鎘電池、銅銦硒電池等。結(jié)合工程的具體特點(diǎn)，從工程投資、占地及土地利用效率等多方面綜合考慮，進(jìn)行最優(yōu)選擇，達(dá)到太陽(yáng)能電池的最優(yōu)方案。該工程選用單晶硅太陽(yáng)能電池組件，該電池主要技術(shù)參數(shù)見(jiàn)表1。該工程光伏發(fā)電系統(tǒng)安裝容量為35kW，需要安裝280Wp單晶硅組件125塊。共設(shè)計(jì)5串太陽(yáng)能電池組件，每串25片，其功率為25×0.28kW=7kW。工程太陽(yáng)能電池組件方陣布置方案為：0.28kW×25片/串×5串。為了減少光伏陣列到逆變器之間的連接線(xiàn)及方便日后維護(hù)，在室外配置1臺(tái)光伏陣列防雷匯流箱，整個(gè)系統(tǒng)5路光伏陣列接入?yún)R流箱內(nèi)，該匯流箱直接安裝在電池支架上。該工程太陽(yáng)能電池板陣列安裝方式為屋頂支架安裝。3）逆變器的選擇分析太陽(yáng)能電池產(chǎn)生的直流電需轉(zhuǎn)換成交流電后，才能為普通的交流設(shè)備供電，因此需增加逆變器來(lái)實(shí)現(xiàn)直流—交流轉(zhuǎn)換。對(duì)于逆變器的選用，不僅需要從輸入直流電壓的范圍、輸出波形、輸出效率、輸出特性等方面考慮，也要兼顧其性?xún)r(jià)比和安全穩(wěn)定可靠性，逆變器應(yīng)具有抗干擾能力、環(huán)境適應(yīng)能力、順勢(shì)過(guò)載能力及各種保護(hù)功能。該工程采用單臺(tái)40kW帶隔離變壓器的三相并網(wǎng)逆變器，其防護(hù)等級(jí)為IP65，安裝在室外屋頂墻體上。40KW組串式逆變器的基本參數(shù)見(jiàn)表2。4）并網(wǎng)低壓配電箱的設(shè)置小型分散式光伏發(fā)電系統(tǒng)經(jīng)過(guò)逆變器整流后，轉(zhuǎn)換成AC380V50Hz電源，光伏電源需與正常電網(wǎng)之間設(shè)置合理的并網(wǎng)方式，保證電源的可靠運(yùn)行。小規(guī)模建筑用光伏發(fā)電系統(tǒng)并網(wǎng)接入點(diǎn)一般選擇在低壓配電箱，在設(shè)備配電箱進(jìn)線(xiàn)處設(shè)置雙電源轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)，當(dāng)光伏發(fā)電系統(tǒng)的電量充足的情況下完全由光伏電源為該系統(tǒng)下的負(fù)荷供電，當(dāng)陰雨天氣太陽(yáng)能發(fā)電量不足或者光伏電路發(fā)生故障不能正常供電時(shí)，將供電電源切換到市電電源。該項(xiàng)目并網(wǎng)低壓配電箱安裝在樓頂機(jī)房外墻上，配電箱一路進(jìn)線(xiàn)引自光伏發(fā)電系統(tǒng)逆變器，另一路進(jìn)線(xiàn)引自市電。當(dāng)光伏系統(tǒng)發(fā)電量充足的情況下，引自光伏系統(tǒng)回路的進(jìn)線(xiàn)開(kāi)關(guān)處于閉合狀態(tài)，否則投切到市電回路，使進(jìn)線(xiàn)開(kāi)關(guān)閉合，確保該配電箱進(jìn)線(xiàn)母排一直處于通電狀態(tài)。將配電箱低壓出線(xiàn)分別引至一樓冷藏室、冷庫(kù)低壓供電回路和二至六樓室內(nèi)空調(diào)機(jī)各供電回路為其供電。5）防雷接地設(shè)計(jì)一般建筑物光伏發(fā)電設(shè)施均設(shè)置在屋頂位置，所處的環(huán)境比較特殊，需要著重考慮發(fā)電設(shè)施的直擊雷、感應(yīng)雷的防護(hù)問(wèn)題。該工程在直擊雷防護(hù)方面，充分利用現(xiàn)有建筑物屋面裝設(shè)的接閃帶及避雷網(wǎng)，將光伏發(fā)電系統(tǒng)太陽(yáng)能電池板、匯流箱、逆變器的金屬邊框、金屬支架等金屬構(gòu)件與屋面接閃帶可靠連接。在感應(yīng)雷防護(hù)方面，對(duì)于感應(yīng)雷引起的過(guò)電壓保護(hù)，主要采用在直流側(cè)和交流側(cè)分別裝設(shè)電涌保護(hù)器，以防護(hù)過(guò)電壓對(duì)設(shè)備的損壞。

4結(jié)語(yǔ)

該工程中光伏發(fā)電系統(tǒng)總裝機(jī)容量?jī)H為35kW，按運(yùn)行期年平均發(fā)電量約2.9萬(wàn)kW•h、運(yùn)行期25a計(jì)算，共可發(fā)電72.5萬(wàn)kW•h，可節(jié)省燃煤245.9t，可減少排放二氧化碳644.3t、二氧化硫5.4t、氮氧化物1.8t、粉塵3.6t，可見(jiàn)光伏發(fā)電項(xiàng)目的建設(shè)對(duì)于環(huán)境保護(hù)、減少大氣污染具有積極的作用，并有明顯的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。太陽(yáng)能是開(kāi)發(fā)潛力最大但已開(kāi)發(fā)比例最低的能源類(lèi)型，是取之不盡、用之不竭的，作為一種新型能源具有儲(chǔ)量無(wú)限、普遍存在、使用經(jīng)濟(jì)等優(yōu)點(diǎn)，逐步成為各國(guó)爭(zhēng)相研究發(fā)展的重點(diǎn)對(duì)象。隨著太陽(yáng)能的深度開(kāi)發(fā)，我們會(huì)繼續(xù)減少甚至消除資源匱乏的情況。

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作者：葉小冬 單位：廣東廣筑工程設(shè)計(jì)有限公司