太阳能光伏建筑一体化的研究设计

2013-09-06张雷

科学时代·上半月 2013年8期

张雷

【摘要】本文介绍了关于太阳能光伏建筑一体化的研究设计，从我国发展光伏建筑一体化的现状，讨论了光伏建筑一体化的设计要素，并依据相关的规范，探讨研究设计中的有关事项，为我国太阳能光伏建筑一体化的发展前景提供更好的条件。

【关键词】太阳能；光伏建筑一体化；研究设计；孤岛效应

随着社会经济的发展，全球的能源也在日益的短缺中，故此我国也更加注重再生能源的开发。因此，太阳能光伏建筑一体化也应运而生，它不仅是一种新能源的利用方式，更是直接把太阳能对建筑的辐射能直接转化为电能的发电方式，不仅可以满足该建筑的用电需求，还是节约能源的好办法。以下本篇来就来研究太阳能光伏建筑一体化的设计方法。

1.太阳能光伏建筑一体化原理和发展前景

1.1光伏建筑一体化的设计原理

太阳能光伏建筑一体化其实就是一个发电系统，其原理也就是将光伏电池（太阳能电池）安装在建筑物中或是与建筑物相结合的方式，从而会产生光电效应，此时就可以直接将太阳能的可再生辐射能源直接转化成电能，电能再经过配套的逆变控制器转换，从而使这种发电方式产生的电能可以直接满足该建筑的用电量。当然，如果用电量富余的情况下，还可以将其送给市政电网中，以此来满足对于可再生电能的开发和利用。

1.2光伏建筑一体化系统的发展前景

光伏建筑一体化系统不仅能提高经济效益，还能实现低碳、环保、绿色、可持续发展的社会理念，对于部分电量短缺的地区也是很有益处的，还可以提高我国的电力水平。在建筑物的外围使用光伏发电的一体化系统，设置光伏阵列来产生电力，不仅可以满足建筑的用电需求，还可以增加建筑的经济效益，带来更好的经济收益。在我国开展光伏建筑一体化的发电项目，不仅清洁环保，而且低成本高效益，作为一种新的发电能源，不仅可以改善我国目前的用电状态，还能减少我国的资源浪费，使得再生的太阳能发电得到充分的使用，增强我国的电力开发水平。

2.太阳能光伏建筑一体化的设计需求

2.1光伏建筑一体化的设计步骤

在研究太阳能光伏建筑一体化的开发中，应该遵循一定的设计步骤，不仅包括对当地资源的可行性研究，还应该对太阳能光伏组件和电池的容量进行科学的判断和研究计算，保证光伏建筑一体化在设计阶段的完整性。其设计步骤如下图所示：

1 确定太阳能电池安装的可行性

2 计算太阳能电池的安装面积

3 计算所需太阳能电池的容量

4 计算用户的用电量

5 系统设计完成

2.2 太阳能光伏建筑一体化建设中要点

在光伏建筑的一体化设计中，应该注重与周边建筑环境的协调，要在保持建筑环境的基础上进行设计操作；对于建筑的光伏发电设计中，还应该不影响建筑的结构，而且还要在工程造价允许的范围之内设置太阳能电池板；而且，在实际的施工当中，如果太阳能电池的发电容量小就应该结合逆变器和控制器，使得电量资源得到充分的应用。

2.3设置光伏一体化的建筑位置

在太阳能光伏建筑一体化的建设中，对于地点的选择也有依据，应该根据实际的情况去决定可以铺设太阳能电池的数量，并且还要确定好太阳能电池板的安装位置。并且还要在不影响建筑美观的情况下，结合建筑内用电的实际状况，计算出最佳的太阳能电池板数量，以确保一体化的光伏建筑可以满足人们的用电需求。

3.光伏建筑中太阳能光伏方阵的设计需求

3.1系统中的光伏组件技术

太阳能光伏方阵中的设计中，应该考虑到天气的因素，尽可能的加大光伏方阵的面积，并且还要提高光伏方阵的使用寿命。光伏组件的选择，应该选取寿命在大于20年的组件，并且工作环境中应该经受住45度的温度，光伏组件应该以相同颜色，且无外表损伤的方式放置，组件中电池的排列也应该整齐无斑，还应做好防冰雹、防沙尘等措施。

3.2如何确定太阳能光伏方阵的最佳倾角

在太阳能光伏建筑一体化的设计中，应该考虑到光伏方阵角度对光伏系统的影响，太阳辐射的多少直接影响发电量，故此可以设置相对的倾角来提高光伏建筑的发电率。由于我国是在北半球，故此可以选择30度的倾角来进行太阳能光伏方阵的安装，提高一体化光伏建筑的发电量。

3.3太阳能光伏电路的设计

一体化的太阳能光伏建筑发电系统，就是利用太阳的辐射来进行发电的，因此在设计光伏电路的时候，需要考虑到太阳照射的因素，因此可以设计一个等效电路来实现对太阳能量的连接和转换。具体的电路设计如下：

3.4太阳能光伏建筑中电池组件的大小

在太阳能光伏建筑一体化设计中，应该考虑到电池组件的大小，并参照电池组件的技术要求来制定设和系统需求的电池组件规格，并将其安装在太阳能的光伏组件中。只有将电池组件的大小设置成功，才可以提高太阳能光伏建筑的发电量，提高我国对再生能源的利用率。

4.设计光伏建筑一体化中的附属设施

在光伏建筑一体化的设计中，还应该对交流配线系统和直流配线系统的运行进行监控和检测，还有确保系统的防雷、以及接地系统的安全，因此对于系统中的附属设施也应该有明确的设计目标才行。

4.1设计交、直流配电系统

太阳能光伏建筑一体化设计中，交流配电系统的安全也关系到整个系统的正常运行，因此可以设置漏电保护、电隔离等装置，方便对交流配电系统的故障维护。在光伏建筑一体化中对于直流配电系统的设计，使用不同线径的电缆，用串联和并联的方式分别满足电网对电压的需求和负载对发电功率的需求，建设外部环境对系统的影响，从而提高光伏建筑一体化发电系统的运行安全。

4.2辅助配套设施的设计需求

光伏建筑一体化建设中，对于辅助的配套设施，应该对其进行设计和选型，不仅要满足系统的使用需求，还应该有体积小、使用简便、寿命长，并具有防雷电、冰霜等一系列恶劣气象条件，以此来提高用电的安全，并确保光伏建筑一体化系统的安全运行。

5.设计光伏建筑一体化中逆变控制器

在太阳能光伏建筑一体化中，逆变控制器就是负责逆变、保护与控制的功能，可以将直流电转化为交流电，也可以将交流电的电压、频率等同时进行控制，在整个光伏建筑一体化中还有与防治“孤岛效应”的功能，保证了光伏系统的安全。

5.1逆变控制器的设计需求

在对逆变控制器的设计中，应该保证其使用的寿命在20年以上，而且逆变控制器还应该满足光伏方阵的最大使用功率，不管是光照、电压、温度怎么变化波动，都要确保逆变控制器可以正常运行。还需要具有防雷、防短路、防电压异常的功能，必须确保其对电流转换率在90%，确保电能质量及电网和建筑的安全运行。

5.2防孤岛效应设计

在光伏建筑一体化的设计中，应该做好一切的保护措施，因此逆变控制器还应该有防孤岛效应的功能。在孤岛效应发生时，应该及时断开电网，确保光伏建筑一体化发电系统的安全，减少对供电质量的影响，提高光伏发电的安全性，为我国太阳能光伏建筑一体化的建设提供有力的保障。

6.结论

由上可知，太阳能光伏建筑一体化不仅是将太阳能充分的利用，更是将发电产品集成到建筑应用上的新技术，利用太阳能光伏建筑一体化不仅具有经济效益，还具有能源效益，可以节省我国的用电资源，提升我国对再生能源利用的形象，值得在实际的建筑开发中应用推广。

参考文献：

[1]陈维.户用光伏建筑一体化发电系统及太阳能半导体照明技术研究[D].中国科学技术大学.2006，（09）.