? 以某場館實(shí)際進(jìn)行光伏發(fā)電系統(tǒng)改造為例，從設(shè)計(jì)角度對太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)進(jìn)行分析，介紹了該類項(xiàng)目設(shè)計(jì)的一般步驟及要點(diǎn)，對集中光伏發(fā)電系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用方案進(jìn)行探討。
當(dāng)今全球能源十分緊缺，節(jié)約能源已成為大勢所趨，各國都在倡導(dǎo)節(jié)能減排。我國正處于工業(yè)化中期階段，加快發(fā)展戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)是我國轉(zhuǎn)變經(jīng)濟(jì)發(fā)展方式，引領(lǐng)未來經(jīng)濟(jì)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的重大戰(zhàn)略選擇。
集中光伏發(fā)電系統(tǒng)利用光伏組件半導(dǎo)體材料的“光伏效應(yīng)”，將太陽光輻射能直接轉(zhuǎn)換為電能的一種新型發(fā)電系統(tǒng)，是一個(gè)戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)。其具有資源的廣泛性、充足性以及清潔性等優(yōu)點(diǎn)，是21世紀(jì)最重要的新能源。
本文通過對某民用建筑場館進(jìn)行集中光伏發(fā)電系統(tǒng)并網(wǎng)改造，淺談了該類建筑進(jìn)行太陽能集中光伏系統(tǒng)設(shè)計(jì)的步驟和要點(diǎn)，對光伏系統(tǒng)劃分、光伏組件要求及其監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)進(jìn)行探討。
1.工程設(shè)計(jì)
1.1工程概況
本工程進(jìn)行改造設(shè)計(jì)的場館為某展貿(mào)中心，其建筑樓頂屋面較為空曠，整體建筑為正南向，建筑群南向無高大建筑物，整體日照條件良好，比較適合光伏發(fā)電系統(tǒng)建設(shè)。本項(xiàng)目選擇該場館部分樓梯建筑的屋頂閑置區(qū)域安裝太陽能電池板。本項(xiàng)目設(shè)計(jì)范圍主要為光伏發(fā)電及監(jiān)控系統(tǒng)，建成后將達(dá)到裝機(jī)容量為1.002MWp。
1.2現(xiàn)狀用電情況分析
該場館現(xiàn)有1個(gè)高壓室和2個(gè)低壓室，共有15臺(tái)配電變壓器。展館用電時(shí)間集中在8：00-20：00，其中絕大部分用電負(fù)荷為照明及插座用電，照明用電量450萬千瓦時(shí)。
該場館作為商業(yè)用電項(xiàng)目，用電主要集中在白天，而光伏發(fā)電系統(tǒng)的工作時(shí)間亦為日間有良好日照條件的時(shí)段，本項(xiàng)目特別適合安裝太陽能發(fā)電系統(tǒng)，即始發(fā)點(diǎn)可消耗，供應(yīng)各樓館的日常照明負(fù)載，不足部分由市電補(bǔ)充，不向電網(wǎng)倒送電。
1.3設(shè)計(jì)思路
設(shè)計(jì)過程按照“節(jié)能環(huán)保，技術(shù)先進(jìn)，經(jīng)濟(jì)合理”的設(shè)計(jì)原則，結(jié)合類似項(xiàng)目的成功經(jīng)驗(yàn)提出本項(xiàng)目的設(shè)計(jì)思路：
1）了解現(xiàn)狀場館用電情況，合理選擇方案和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)；
2）結(jié)合現(xiàn)狀場館結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，進(jìn)行光伏組件陣列布置；
3）積極采用新技術(shù)、新材料和新工藝；
4）重視建筑美觀，盡量避免屋面光伏組件對現(xiàn)有建筑外觀的破壞。
1.4工程設(shè)計(jì)方案
1.4.1光伏發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)
集中光伏發(fā)電系統(tǒng)主要有四種架構(gòu)，即獨(dú)立離網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)、多能源離網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)、市電為備用離網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)及直接并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)。本工程采用直接并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)。
1.4.1.1光伏子系統(tǒng)劃分
根據(jù)場館屋面現(xiàn)狀地理位置，將整個(gè)系統(tǒng)劃分為多個(gè)子系統(tǒng)。本工程將系統(tǒng)分為13各子系統(tǒng)，每個(gè)子系統(tǒng)設(shè)置一個(gè)并網(wǎng)點(diǎn)，根據(jù)各子系統(tǒng)安裝屋面的安裝光伏組件數(shù)量不同，各子系統(tǒng)裝機(jī)容量也不同。
1.4.1.2光伏組件陣列設(shè)計(jì)
太陽能板能夠最大限度的接收太陽光照，需要對太陽能板的傾角進(jìn)行確定。一般確定原則：冬至當(dāng)天早9：00至下午3：00 ，電池方陣不應(yīng)被遮擋。其最佳傾角應(yīng)能使處于該傾角下的方陣全年能獲得最多太陽輻射。經(jīng)計(jì)算軟件計(jì)算，本系統(tǒng)中固定式太陽能板的最佳傾角為20°。在這一傾角下，太陽方陣全年將獲得最多太陽輻射量。
1.4.1.3光伏發(fā)電系統(tǒng)配置：
系統(tǒng)類型：分布式低壓并網(wǎng)型；
安裝方式：20°傾角，正向朝南安裝，采用鋼結(jié)構(gòu)支架配重安裝；
安裝組件：4179塊240Wp多晶硅光伏組件；
并網(wǎng)逆變器：6臺(tái)50kW并網(wǎng)逆變器、7臺(tái)100kW并網(wǎng)逆變器；
裝機(jī)容量：1.0MWp；
1.4.2 監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)
為更好地把握光伏陣列現(xiàn)場的環(huán)境氣候情況及更準(zhǔn)確得知光伏發(fā)電系統(tǒng)運(yùn)行情況，需要對光伏系統(tǒng)運(yùn)行及周圍環(huán)境指標(biāo)進(jìn)行監(jiān)視。監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)傳至現(xiàn)狀樓宇控制中心，由相關(guān)人員進(jìn)行該數(shù)據(jù)采集、查看。
監(jiān)控系統(tǒng)要求實(shí)現(xiàn)以下基本功能：
?。?）監(jiān)控軟件能實(shí)現(xiàn)環(huán)境監(jiān)測功能、逆變器和防逆流監(jiān)控功能，主要包括日照強(qiáng)度、風(fēng)速、風(fēng)向和環(huán)境溫度、電池組件溫度等參數(shù)；
（2）每隔一定時(shí)間存儲(chǔ)一次系統(tǒng)所有運(yùn)行數(shù)據(jù)，包括環(huán)境數(shù)據(jù)。故障數(shù)據(jù)需要實(shí)時(shí)存儲(chǔ)。
?。?）能夠分別以日、月、年為單位記錄和存儲(chǔ)數(shù)據(jù)、警告、故障信息等；如實(shí)時(shí)發(fā)電總功率、當(dāng)日發(fā)電量、當(dāng)月發(fā)電量累計(jì)總發(fā)電量、風(fēng)向、溫度數(shù)據(jù)等。
（4）可通過監(jiān)控軟件對逆變器進(jìn)行控制，可以用表格的形式存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，并可以圖表的形式顯示系統(tǒng)運(yùn)行情況。
1.4.3防雷接地系統(tǒng)設(shè)計(jì)
利用建筑現(xiàn)有接地系統(tǒng)，光伏組件與建筑接地系統(tǒng)連接；直流匯流箱內(nèi)置高壓直流斷路器、直流匯流排及防雷元件；并網(wǎng)逆變器自身具有防雷保護(hù)裝置；交流配電柜內(nèi)部設(shè)置防雷元件；系統(tǒng)接地電阻不大于1歐。
1.4.4主要設(shè)備參數(shù)要求
1.4.4.1太陽能電池板組件
本項(xiàng)目設(shè)計(jì)選用高光電轉(zhuǎn)換效率的多晶硅太陽能電池組件，轉(zhuǎn)換效率為15%，單塊峰值功率為 240Wp。組件滿足國際標(biāo)準(zhǔn)光伏組件標(biāo)準(zhǔn) IEC61215，獲得經(jīng)過ISO25導(dǎo)則認(rèn)可的專業(yè)產(chǎn)品檢驗(yàn)實(shí)驗(yàn)室依據(jù)IEC61215標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行的檢驗(yàn)認(rèn)證。
1.4.4.2 并網(wǎng)逆變器組件
本設(shè)計(jì)采用光伏組件分散布置，并網(wǎng)逆變器集中管理，根據(jù)各棟樓樓面的安裝面積選擇合適的并網(wǎng)逆變器，所有種并網(wǎng)逆變器皆為組串型并網(wǎng)逆變器。
并網(wǎng)逆變器需有MPPT功率跟蹤方式，保證轉(zhuǎn)換效率始終工作在最佳狀態(tài)。當(dāng)日照強(qiáng)度和環(huán)境溫度變化，光伏電池輸出電壓和電流呈非線性關(guān)系變化時(shí)，其輸出功率也隨之改變。逆變器可調(diào)節(jié)光伏組件的發(fā)電電流、電壓，能使整個(gè)光伏系統(tǒng)始終保持在最大功率輸出。
2.結(jié)束語
太陽能集中光伏具有很大優(yōu)越性，是符合未來發(fā)展需要的能源，本文通過某場館的集中光伏發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)例，闡述了該系統(tǒng)應(yīng)用于民用建筑工程的可行性。隨著科技發(fā)展，相信在不久的將來會(huì)有更多的光伏發(fā)電項(xiàng)目應(yīng)用于民用建筑領(lǐng)域。
