建筑工程光伏发电一体化（BIPV）技术的应用研究

2014-09-20

建筑施工 2014年12期

中国中铁建工集团安装工程有限公司北京 100070

1 工程概况

镇湖游客咨询服务中心项目位于江苏省苏州市高新区镇湖贡山路与太湖大堤交叉口东南侧，总建筑面积0.95万 m2，主体结构形式为钢框架结构，铝合金金属屋面，南楼地上1 层，北楼地上4 层、地下1 层，建筑高度23.4 m（图1）。光伏发电系统中的太阳能多晶硅组件就安装在铝合金金属屋面上。

图1 屋面深蓝色光伏板组串效果图鸟瞰

2 光伏发电系统介绍

光伏发电系统主要由光伏发电组件、直流汇流箱、光伏并网逆变器、监控装置、交流汇流防逆流并网配电柜组成。本工程屋面依据设计采用平衡荷载分布式安装936 块光伏多晶电池组件，系统汇流逆变后标称发电总容量为215.28 kW，可满足建筑正常日间照明、动力系统用电负荷，发电负荷与市网供电采用自动检测，优先切换光伏发电并网的模式供应服务中心各系统供电。

建筑工程光伏发电一体化（BIPV）主要研究内容有光伏发电系统的组成及施工安装技术，全面掌握光伏发电系统安装流程和工艺，其技术重点在于掌握发电单元系统组串、固定、分接、汇流、并网设备安装及不同线缆敷设工艺。

本工程光伏并网发电系统太阳能多晶硅组件和气象监测装置通过高强度铝合金轨道和固定件固定安装在铝合金屋面上，直流汇流箱、光伏并网逆变器挂墙安装在建筑第4层的设备间内。设备间设置发电监控装置终端一套，可智能监控发电系统运行。交流汇流防逆流配电柜则落地安装放置在地面1 层的户外变配电室内。

本工程铝合金屋面整体面积较大且周围无高大建筑物，采光带面积为1 328 m2，具备安装太阳能光伏系统的条件。设计要求在确保发电功能的前提下，做到排布有序、美观。我们通过优化固定支架安装方式、组串模式、连接方案，使光伏安装紧密配合装饰观感，确保与建筑一体化施工。

3 关键技术及创新点[1-3]

3.1 光伏组件轨道安装及固定

工程屋面采用厚1.2 mm铝镁锰合金金属屋面，该材料具有良好的刚度和强度，屈服强度达185 MPa，延伸率大于4%，重度仅为2 700 kg/m³，具有轻质高强、机械加工性能好的特点，同时具有很好的防腐能力，特别适合用于建筑屋面。在本工程中，我们根据屋面材质、拼版工艺的特点项目多方案选择，最终确定采用定制铝型材轨道、夹具安装来固定936 块光伏组件。

3.2 直流汇流箱安装

屋面光伏组件分接为78 个组串，按区划分每6 组串中先将其中2 对进线用防水三通并联为1 对，以满足直流汇流箱4 路进线要求，接驳汇流箱后输出2 对直流电源馈线接至对应逆变器。

3.3 逆变器安装

系统设置13 台逆变器，17 kW被动式逆变器将光伏发电直流电逆变成三相交流电，自反馈闭环检测确保逆变器输出逆变电压、频率波形稳定，并可检测市网电压，如市网断电或电压波动较大，逆变器停止发电逆变输出，整个光伏系统断电，实现设备电气保护隔离；该逆变器还具有防逆流的功能，如市网电压瞬时过高，防逆流系统迅速阻断电流逆流，防止安全事故的发生。逆变器人机对话窗口还可实现实时参数状态显示、输入直流、输出交流端口参数、故障信息、实时功率显示、输出累积、发电量计量、当日、月度、年度发电量的柱状显示累计值、集成并网安全规范参数显示设置，便于发电合规并网。

3.4 监测装置的安装

项目设置有并网发电监测装置1 套，主要监控气象环境和逆变器运行状态。气象环境监测温度、风速、风向、辐照度四项参数，通过装于屋面支架上的采集传感器将数据集中到箱内的数据采集仪上，再通过RS485通讯线将数据传输到监控装置终端，显示屋面环境的气象参数。逆变器状态监控包括逆变器、前端各组件的工作状态、当天发电量、累积发电量、运行状态曲线、市网供电状态、光伏发电系统的工作运行情况。监控系统中设置气象参数便于系统进行发电监控分析，尤其是阳光辐照度和多晶硅组件运行曲线对比，如各组串运行正常时两曲线的曲率一致，而且和辐照度的曲线完全吻合，以便于对组件整体的运行情况进行监控分析，及时发现系统运行问题。