建筑光伏电气一体化系统的研究与设计

周杰

摘 要：本文将对建筑光伏一体化的电气设计进行详细分析，所构建的建筑光伏电气一体化系统能够实时掌握光伏一体化建筑内各个设备的工作状态和运行参数，以及光伏阵列现场的环境参数（含风速、风向、日照强度及环境温度等），并能以日、月、年为单位记录和存储和打印数据、运行事件及故障报警信息等，从而减少安全隐患。

关键词：建筑光伏电气一体化系统；Microsoft Access小型数据库；C/S网络通信模式

中图分类号：TU18-5 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2017）08-0090-01

1 建筑光伏电气一体化系统的总体结构和功能需求

1.1 建筑光伏电气一体化系统的总体结构

本系统采用集散控制设计，九台汇流箱、九台逆变器、两台配电柜、一套太阳能双轴跟踪系统和一套太阳能辐射测量系统的实时数据都通过RS-485总线和上位机相连，上位机除了正常的在线监测功能外，还需要将采集到的数据进行统计分析，将数据以图和表的形式显示出来，并储存所有数据，当相关数据偏离正常值时，还需给出报警提示。按照模块化编程的设计思想，整个系统可以划分为如下四个子模块：

第一是数据采集模块，其又包含串口通讯和数据保护两个模块，串口通讯模块主要是按照各个设备协议利用串口进行通讯，数据保护是解决多线程中的数据共享和冲突问题。第二是人机界面显示模块，其又可分为数据信息界面、状态信息界面、人机交互界面和触发事件界面，其中数据信息用于显示采集的各种数字信息，利用表或者文本框的形式来显示；状态信息主要是用于设备故障报警等信息的显示；人机交互界面主要是一些控件按钮，用于人机间的信息交流；触发事件主要是指人员操作触发的子界面，例如绘图和报表界面。第三是数据存储报表模块，其又可分為数据库连接断开、数据存储、报表打印三个子模块，其中数据库连接断开模块用于Labwindows/CVI与Microsoft Access数据库之间的连接和断开，数据存储模块是进行数据的存储和读写操作，报表打印模块用于数据或表格的制表打印。第四是数据处理模块，其又可分为专用数据处理模块和通用数据处理模块，其中通用数据处理模块用于一些通用数据的算法，比如十六进制转换十进制模块；专用数据模块主要指的是某些设备某种功能所需的特殊算法。

1.2 建筑光伏电气一体化系统的功能需求

（1）监测功能。通过串口采集的各个设备的数据，实时显示在计算机上，能够直观的表示出各个设备的运行状态。该部分主要采集以下几个设备数据：太阳能辐射测量系统（日照强度、大气气温、大气气压、大气湿度等）、双轴系统（太阳高位角、太阳高度角等）、汇流箱（汇流箱中电压，汇流箱中电流等）、配电箱（配电箱中电压、配电箱中电流等）、变频器（直流电压、直流功率、交流电压、交流功率、日发电量等）。

（2）存储和报表功能。将采集到的数据在数据库进行存储，并且以图表的形式表示出来，显示出某一段时间内设备各项参数随时间变化的曲线图，将采集的各项数据按照标准要求，自动进行处理后，然后生成报表并能够打印报表。该部分主要存储和打印（但不限于）以下几个设备数据：太阳能辐射测量系统（日照辐射总量、月太阳辐射总量、年辐射总量等）、变频器（日发电量、月发电量等）。

（3）报警功能。判断采集到的各个设备的数据是否处于正常范围之内，当出现异常情况的时候可以发出报警信号，通知管理员采取必要措施。该部分主要涉及（但不限于）以下几个设备：双轴跟踪系统（传感器数据报警、恶劣天气报警等）、变频器（电网电压过高过低，电网频率过高过低等）。

（4）远程通信功能。本地主机作为服务器外，还有一台远程客户机用于展示，能够通过TCP/IP协议进行连接，并将需要的数据的实时传输和显示。

（5）系统管理维护功能。能够对系统登录信息进行管理，必要数据的备份等。

2 建筑光伏电气一体化系统的数据库和远程通信技术

首先，数据库。建筑光伏电气一体化系统需要对大量数据进行管理，比如数据的存储、数据的报表和打印、历史记录的查询等，如果使用Word进行管理，那么可能就要有上千个Word文档，显然这样做是非常不方便的。而如果利用数据库存放和管理这些数据，将使这个繁琐的过程大为简化。由于系统设计中的数据存储数量比较大但结构却不复杂，综合考虑成本性能各方面因素，决定采用Microsoft Access小型数据库，并利用SQL For CVI工具包对其进行访问。

其次，远程通信技术。建筑光伏电气一体化系统除了有本地服务器外，还在其一楼大厅安置了一台客户机，用以显示累计发电量等信息，所以在设计中需要考虑到数据的远程通信问题，由于系统相对简单，决定采用C/S（Client/Server）网络通信模式，通过TCP/IP网络通信协议进行服务器和客户机间通信。

3 结语

建筑光伏一体化内各设备数量多，远离监控中心，易受恶劣的天气环境的影响，太阳能电池板和执行机构等设备很容易遭受破坏，因此必须提高其可靠性，高效率及设备的寿命。而通过建筑光伏电气一体化系统，则可以实时反映系统的运行状态和故障程度，减少安全隐患，进而优化建筑光伏一体化的运行和使用。

参考文献

[1]许洄锋.海宁市光伏建筑一体化电气设计的初步尝试[J].科技创新与应用，2012（3）.

[2]张拓.我国民用建筑光伏系统电气设计的研究[D].吉林建筑大学，2014.