并网光伏系统在建筑电气节能设计中的类型选择分析

宋世勇

中建二局第三建筑工程有限公司，北京 100070

0 引言

随着不可再生能源的不断消耗，其拥有量也在大幅减少。同时，消耗其过程中，对空气、水和土壤等人类赖以生存的资源带来了严重的污染。建筑作为一个对能源资源需求量很大的领域，开发新能源，成为一个新的重要课题，受到了人们越来越多关注。太阳能以其不竭性和环保优势已成为当前国内外最具有发展前景的新能源之一。光伏（PV）发电技术在国外已得到深入研究和推广，我国在技术上也已基本成熟，并进入推广应用阶段，受到广泛的响应和赞成。本文就并网光伏系统概念、优势及类型进行阐述，进而对两种类型的系统进行对比并深入分析，得出并网光伏系统的类型选择的一般原则。

1 并网光伏系统概念及优势

并网系统，通常称为与公共电力系统相连接型系统或线性连接型系统，是安装在房顶或商业建筑顶端，与公共电力系统相连接的太阳能发电系统。它通常用来满足某建筑物的全部或部分电气负载需求。太阳能电力电子器件的快速发展使得太阳能系统与公共电力系统之间的连接相对便捷。这种并网系统产生的电能将首先应用于家用系统本身，然后其盈余电量将通过公共电缆输送至电网之中。

与公共电力系统相连接的电力系统所具有的优势如下：

1）改善经济效益。对于一个气候多变的地区，其冬季的日适量可能会比夏季的少两到三倍。若仅采用光伏系统供电，则需要设计一个很大的系统，其建设成本非常之高。因此与公共电力系统相连接的光伏系统更为经济。2）初始成本低廉。在安装初期，与公共电力系统相连的系统仅需要逆变器和光伏方阵，其花费是相对较少的。3）可靠性更高。由于它含有两个独立的供电系统，系统内部会产生能量冗余，且大大增加了整个系统的可靠性。如果再为系统增加一个蓄电池，那么它可作为不间断电源（UPS）使用。4）系统设计更灵活。由于公共电力系统可作为永久性电源，光伏系统可用来消减家庭用户的电费开支或满足家庭用户的各种需求。5）实用性高。逆变技术的发展系统的互连成为可能。逆变器可实现光伏方阵产生的直流电与标准交流电的转换，同时还能使其与公共电网中的电能频率同步。这种人性化的并网型逆变器与所有必要组件一起，使与公共电网互连的安装变得更加简便。

2 并网光伏系统的类型

与公共电力系统相连的光伏系统有两种类型，一种是没有蓄电池作为后备电源的系统，另一种是有蓄电池作为后备电源的系统。

1）不含蓄电池作后备电源的并网系统

不含蓄电池后备电源的并网系统主要由两部分组成，即为光伏方阵和并网型逆变器。当公共电网出现故障时，系统将无法提供电能。只要光伏方阵产生的电能多余用户所消耗的电能，光伏发电产生的电能将会反馈至公共电网。当负载需求较高或者在夜间，电网则又会协助为负载供电。系统构成图见图1所示。

图1 无蓄电池作后备电源的并网系统图

2 有蓄电池作后备电源的并网系统

2）含蓄电池作后备电源的并网系统

带有蓄电池作为后备电源的并网系统除了含有光伏方阵及并网型逆变器外，还有蓄电池组和充电控制器，可在公用电网出现故障时提供后备电源。一些带有蓄电池的逆变器还可以进行能源管理。在正常运行条件下，蓄电池不进行充放电循环，仅由光伏方阵向蓄电池充电。在发生电力中断故障时，逆变器立刻从电网中分断连接，并利用蓄电池中存储的能量为后备负载配电板供电。系统构成图见图2所示。

图2

3）两种类型系统的对比

不含蓄电池作后备电源的并网系统和含蓄电池做后备电源的并网系统均具有各自的优缺点，两种类型系统的对比见表1。

表1 两种类型系统对比

环保性能 较高 较低

其中：

1）含蓄电池作后备电源的并网系统的成本较不含蓄电池做后备电源的并网系统低，主要在于铅蓄电池和铅蓄电池相应管理设备的花费方面。铅蓄电池通常要占到光伏系统初始设备投资的很大部分。再加上蓄电池使用寿命较光伏板短，因此，更换电池又会增加系统的运行成本。另一方面，增加储能装置会使系统变得复杂，不但增加了蓄电池相应管理设备的投资，而且增加管理和维护费用。2）环保性能方面，含蓄电池作后备电源的并网系统的环保性能较不含蓄电池做后备电源的并网系统低，主要在于报废的蓄电池处置不当，还会对环境造成二次污染。3）效率方面，不含蓄电池组的并网系统因没有蓄电池效率方面的损失，将比含蓄电池组的并网系统效率更高。

3 并网光伏系统的类型选择原则

一般民用建筑中安装的光伏系统的发电量远小于工程的总电力需求量，光伏系统产生的电能均能被建筑负载即时全部利用，故无须增加储能设备。根据以上两种类型的并网光伏系统的工作原理及优缺点对比，可以得出民用建筑中选择并网光伏系统类型的原则：一般情况下建筑均有电网接入，为达到建筑节能这一目的，采用不含蓄电池后备电源的并网系统为建筑供电；仅在电网不可靠，需要由光伏系统保证供电的情况下，才考虑采用含蓄电池后备电源的并网系统。光伏系统与电网并网运行为建筑的负载提供电能：在光伏系统发电时，将太阳能转化的电能输送至建筑的负载，达到利用太阳能的目的；在光伏系统停止发电时，由电网向建筑的负载供电，保证设备正常运行。

4 结论

作为绿色可再生能源的重要组成部分，光伏发电系统具有很大的发展空间，是世界各国可持续发展的大势所趋。随着其技术的飞速发展，在民用建筑工程中利用太阳能光伏发电技术已成为建筑节能的新趋势。本文对并网光伏系统的概念、优势、类型及实际过程中类型选择原则方面进行了介绍阐述，为既有建筑安装并网光伏系统提供了一定的思路和方法，以达到建筑本身和光伏系统更好的和谐统一。

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