深圳软件大厦BIPV并网光伏发电系统介绍

深圳南玻幕墙及光伏工程有限公司 ■ 冯超 徐宁 邱泉

一 深圳软件大厦BIPV工程介绍

本项目为绿色建筑示范工程和可再生能源规模化应用国家示范项目，设计及施工对象为深圳高新区软件大厦。位于深圳市高新区中区高新中一道南侧与科技中二路交汇处，占地面积14167m2，建筑面积62535.29m2(其中地上部分建筑面积为47246.36m2，11层；地下建筑面积为15288.93m2，地下2层)，建筑物总高度42.15m。软件大厦主要使用功能为软件测试、开发平台、出口服务、信息服务平台、软件企业孵化场所、数据中心、培训中心、演示及展览厅、管理办公、餐厅、停车等。工程建成后将为深圳市中小软件企业提供良好的孵化场地，为软件开发和出口提供专业技术支撑和服务平台，是国家软件出口基地、国家火炬计划软件产业基地重要载体。

为贯彻落实深圳市市委、市政府《关于全面推进循环经济发展的决定》及市政府《关于研究协调按照绿色环保示范建筑标准建设软件大厦有关问题的会议决定》精神，软件大厦建设在常规目标的基础上，重点体现了保护生态、节能降耗和循环经济理念，在建筑屋面顶层安装光伏并网系统，全面按照国内先进、国际公认的绿色建筑标准和循环经济理念进行规划、设计、施工、运行。并同时申报三项绿色建筑示范和认证：中国绿色建筑创新奖(定位三星级)；美国LEED标准认证；可再生能源规模化应用国家示范项目(成功完成申报)。光伏并网系统在试运行3个月后，国家发改委能源研究所专家组亲临现场进行鉴定，给予较高的评价。

二 软件大厦BIPV光伏并网设计

1 系统设计思路

光伏发电系统可有效利用建筑物屋顶和幕墙，无需占用宝贵的土地资源，这对于土地稀缺的城市尤为重要。光伏发电系统可原地发电、原地使用，减少了电力输送的线路损耗。太阳电池阵列一般安装在屋顶及墙面上直接吸收太阳能，发电的同时还降低了墙面及屋顶的温升，减轻了建筑的空调负荷，降低了空调的能耗。光伏发电有两种利用方式，一种是传统的依靠蓄电池进行能量存储，即独立光伏系统，蓄电池的存储容量有限，工程造价较高，且蓄电池使用寿命一般为3～5年，维护费用较高。另一种利用方式为光伏并网系统，当地的电网可看作是一个庞大的储能系统，将太阳能发电系统所发出的电力输送到电网中供其他负载使用，而需要用电的负载则从电网中获取电能，电网起到蓄电池的作用。这就可以完全解决太阳能发电储能问题。根据太阳能应用技术发展方向，软件大厦太阳能系统设计思路为光伏并网系统，系统工作原理图见图1。

图1 光伏并网系统工作原理图

2 系统设计概要

软件大厦屋顶安装光伏并网发电系统，系统的设计方案充分考虑了整个光伏系统的荷重、抗风压能力、楼宇的避雷接地系统、系统的负载变化曲率和系统的发电效率等综合因素。整个屋面光伏系统共采用2040块100WP的非晶薄膜太阳电池组件，安装于屋面钢结构支撑架构之上(图2)。

屋面钢结构工程，立面造型简洁美观，由3跨单层组成，总安装面积为3337.65m2。总长154.872m，总宽21.551m，柱距为8.1m，安装于标高42.15m的11层楼屋面。钢柱采用HW400×400×13×21和HW300×300×10×15(用于梯间顶层屋面)，钢梁采用HN500×200×10×16、HW200×200×8×12及CL(T型钢)1/2H198×99×4.5×7，材质均为Q235，主钢梁及钢柱安装量为115t，共163根，钢柱采用预埋地脚锚栓连接；次钢梁66t，共计176根，钢柱与钢梁、钢梁与钢梁之间采用10.9s级高强螺栓连接，CL梁与钢梁之间采用M12普通螺栓连接；部分悬挑钢梁HN500×200×10×16与钢梁HN500×200×10×16之间采用10.9s级高强螺栓连接后，翼缘板打坡口焊接加强；檩条安装21t，共计548根。工程中所用钢构件均由专业钢结构厂家加工生产，运输到施工现场，经自检及报监理公司检查合格后，通过塔吊二次搬运至42.15m标高屋面，分开单层堆放，再按安装图各就各位吊装到位，经调平调直后固定。

图2 软件大厦屋顶阵列效果

本工程在结构设计阶段，经过反复结构计算，充分采用螺栓连接代替焊接，减少了现场发生火灾事故的可能性。为减少油漆的二次污染，全部油漆喷涂工作在工厂进行，安全文明施工、绿色施工贯穿于整个施工过程。

光伏并网发电系统共采用2040块100Wp的非晶薄膜太阳电池组件，5串×408并，33台由德国SMA公司生产的光伏并网逆变器(包括3台SB3000和30台SMC6000A带变压器型并网逆变器)，总安装容量为204kWp，系统年输出电量为229249kWh/a。整个光伏系统分成33个子系统，每个子系统配置1台并网逆变器，同时由1套数据采集监控系统完成对整个软件大厦光伏并网发电系统的数据采集与远程监控。整个软件大厦光伏并网发电系统采用多点并网的方式进行运行并网，分成4部分分别与配电室的4个市电联络点连接。

三 软件大厦变配电系统及负荷分析

1 工程负荷等级及负荷计算

本工程IDC机房、电话光纤机房及计算机网络机房等弱电机房用电，消防用电设备及应急照明等消防负荷属一级负荷；客梯，生活给水泵，食堂，大报告厅，演示厅，软件信息服务平台，软件出口服务平台，软件开发务平台，1、2、4、11层办公室属二级负荷；其他负荷属三级负荷。

本工程负荷计算采用需要系数法，其主要用电指标见表1。

表1 主要用电指标

2 供电电源及电压

本工程采用双电源供电，由城市不同降压站引来两路10kV线路，两路同时工作，互为备用(若供电有难度，也可一用一备，备用自投)。电源拟从高新中一道引入。

3 高、低压变配电系统

(1)高压配电室及10kV配电系统

在地下二层设高压配电室。10kV配电系统采用单母线分段型式。根据供电局要求，高压配电室内10kV配电装置采用高压真空开关柜。

(2)变配电所设置及低压配电系统

在地下二层设变配电所，和高压配电室相邻，内设1250kVA变压器2台(TM1、TM2)、800kVA变压器2台(TM3、TM4)及630kVA变压器1台(TM5)。TM1、TM2主要供大厦照明及办公用电，TM3、TM4主要供空调末端设备、通风、给排水及厨房动力用电，TM5专供冰蓄冷主机设备。

TM1和TM2、TM3和TM4设联络，正常情况下变压器分列运行，特殊情况下可由1台变压器向2段母线供电。另设应急母线段，由TM1、TM2双电源供电，自投自复，向给水泵、应急照明等重要负荷供电。消防水泵、消防风机、消防电梯等消防用电设备由双电源供电，并于末级配电箱处切换。

TM3和TM4变压器计算负荷为1162kW。所带负荷中，IDC机房空调设备一期为133kW，远期217kW，为一年四季连续负荷；厨房用电(冷库为连续负荷除外)、地下室通风设备，湖水处理设备等负荷为一年四季周期性负荷。从以上负荷情况可看出，即便是节假日，TM3、TM4变压器负荷基本上不会小于200kW。

四 软件大厦光伏系统介绍

1 光伏系统规模

光伏并网发电系统规模确定由深圳市高新办委托的软件大厦绿色建筑咨询单位深圳市建筑科学研究院提供。

(1)光伏系统装机容量确定原则

满足绿色建筑标准要求的光伏系统发电量占大厦年用电量2.5%的要求(美国LEED绿色建筑标准)。

(2)软件大厦年用电量预测

计算公式：

式中，An为年平均有功负荷系数；Pjs为计算有功功率；Tn为年实际工作时间，h。

Wn=0.64×3293.4kW×3750h(考虑IT企业工作特点)+0.7×123kW(IDC房空调机)×8760h＝7904160+754236＝8658396kWh

(3)光伏系统装机功率及年发电量要求

光伏系统装机功率204.00kWp，年发电量约22.08万kWh，占软件大厦年用电量的2.55%。

(4)光伏系统装机功率及年发电量要求

本方案太阳电池组件总安装容量为204kWp，系统年输出电量为229249kWh/a。

2 光伏系统设备介绍

整个光伏系统的组成主要包括太阳电池组件、并网逆变器、汇线盒、屋面交流控制箱、配电室交流配电柜、若干动力电缆连接线、安装支架及监控系统。

(1)太阳电池组件：采用100Wp非晶薄膜太阳电池组件共2040块。

(2)并网逆变器：采用SMA公司生产的光伏并网逆变器共33台，包括3台SB3000和30台SMC6000A。

(3)汇线盒：采用CSC-PVCB-13和CSCPVCB-06两种型号的光伏专用汇线盒，汇线盒内置接线端子、直流断路器、直流防雷模块及相关附件。

(4)屋面交流控制箱：采用ACC型号的交流控制箱，交流控制箱内置交流断路器、接触器、交流防雷模块、接地端子及相关附件。

(5)屋顶交流配电柜：交流配电柜内置交流断路器、交流防雷模块、电能计量仪及其他相关附件，安装于11层楼屋面配电室内，交流配电柜专用回路用于光伏系统的并网连接。

(6)动力电缆连接线：考虑到电缆的使用场所等因素，光伏系统的动力电缆连接线采用ZR-YJV交联聚乙烯绝缘交联聚烯烃护套阻燃电力电缆(0.6/1kV)。

(7)支撑结构：整个光伏组件的支撑结构均采用Q235钢材，热镀锌处理，风荷载按《建筑结构荷载规范》，按深圳50年一遇的基本风压0.75kN/m2考虑，该基本风压相当于12级以上的台风。

(8)监控系统：采用1套监控系统完成对整个软件大厦光伏发电系统的数据采集与实时远程监控。监控系统主要包括数据采集控制器、数据采集传感器、风速传感器、监控电脑及其他相关附件。

(9)智能电力测控仪表PSA-E共6台，其中4台安装于屋顶设备房，对交流配电柜进行测控，2台安装在地下二层对光伏系统所并入的低压母线进行测量监视。

(10)数据采集器/通讯管理机PowerSA 1台，负责采集光伏系统所有设备的数据，包括并网逆变器、环境数据传感器、智能电力测控仪表等。

3 发电量分析

软件大厦屋顶安装光伏并网发电系统，在系统的方案设计中必须充分考虑整个光伏系统的荷重、抗风能力和系统的发电效率等综合因素。采用瑞士专业的光伏设计软件，对整个光伏发电系统进行了详细的分析与设计。系统年输出电量为229249kWh/a。

4 监控系统

整个软件大厦光伏并网发电系统的监控系统安装在图3所示的电气值班室内，监控系统主要包括SBC数据采集控制器、Sunny Sensor Box数据采集传感器、PT100U环境温度探头、风速传感器、通讯管理机、监控电脑及其他监控辅料。

整个软件大厦光伏并网发电系统通过1套监控系统来完成数据的采集及实时远程监控，方便维护人员对光伏系统进行维护与检修。整个监控系统的通讯连接主要包括数据传感器、并网逆变器、电力测控仪表与数据采集控制器及监控电脑的连接。除数据采集控制器与监控电脑之间的连接是通过以太网接口实现外，其他设备之间的通讯连接均通过柔性带屏蔽2×2×0.34的数据传输线缆实现。

数据采集控制器可直接与大厦的网络内部局域网进行连接，使此局域网内的任何1台电脑均可通过输入特定的IP地址，实时了解整个光伏发电系统的运行状态及发电量等相关数据，并且可通过Internet进行远程监视及故障分析功能。

五 社会经济效益分析

深圳高新区软件大厦并网光伏发电系统工程建设在深圳高新科技园区软件大厦屋顶。该光伏系统装机容量204kW，每年提供超过23万kWh的绿色电力。对于打造软件大厦乃至整个高科技园区的整体形象具有重要的示范意义。在宏观层面，光伏发电示范项目还将带来很多有益的社会影响。

图3 监控系统示意图

1 发展绿色能源

深圳高新区软件大厦并网光伏发电系统工程是在深圳高新科技园区软件大厦屋顶上建设的用户侧并网光伏发电系统，是扩宽商业用电大户能源供应渠道，提高能源供应保障能力的有力实践。同时，光伏发电系统运营过程不产生污染物和噪声污染，起到了节煤增电的良好环境效应。

2 节能减排效益

经过对系统的优化配置，使系统工作效率最大化并减小系统因各种可控制因素而造成的损失。每年可节约煤炭83t，减排CO2约215t。为周边环境带来积极改善作用。

3 避开用电高峰，缓解电网压力

众所周知，用电高峰期多处于夏季午间，而此时的光照最强，是一天中光伏系统输出功率最大的时段。深圳5～8月份的平均辐射强度为5.08kWh，深圳高新区软件大厦并网光伏发电系统在夏季用电高峰时段的输出功率超过900kW，将大大降低大厦用电对电网供电的需求，较大程度的缓解高峰时段的电网压力。

4 彰显示范效应

软件大厦位于深圳高新科技园中区，在软件大厦屋顶安装太阳能并网光伏发电工程，既可为大厦办公提供新型清洁能源供应方式，又能够充分利用既有空间资源提升传统办公写字楼的科技形象，能够为类似工程储备积累技术和数据；对于周边科技园区的改造具有显著的示范和带动作用，也符合科技园区向高新技术产业孵化基地升级的规划目标，对于打造国际化高新科技园区的整体形象乃至深圳创新之都城市都具有极为重要的示范意义。

与此同时，在备受国内外关注的改革前沿阵地——深圳面临产业升级的契机下建设光伏发电项目，节能减排科普、教育、宣传意义深远。

六 结语

对以上方案进行总结，本光伏并网发电系统主要特点概括如下：

(1)本项目从设计阶段开始就已将光伏系统作为建筑的一部分融入到建筑的整体设计当中，实现了真正意义的光伏与建筑一体化(BIPV)设计。

(2)所发电能以自用为原则，在不可逆流的并网方式下工作，不向市政电网输出电能。通过各种保护措施确保光伏并网发电系统和市政电网的安全运行。

(3)光伏并网发电系统并网点和负荷配电箱共箱，最接近负荷，所发电能以最短路径送至负荷，最大限度减少了电能损耗，充分利用珍贵的光伏电能。

(4)光伏发电系统运营过程不产生气、水、固体废弃物等方面的污染物和噪声污染，起到了节煤增电的良好环境效应。

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