建筑公共设施供配电中光伏发电的运用分析

陈毅强

（福建省八闽建设工程有限公司，福建 泉州 362000）

1 太阳能光伏发电的技术概述

太阳能光伏发电技术主要是通过光伏电池板、控制器、蓄电设备以及电能转换装置共同组成。在这种新式的发电系统中太阳能电池具有重要的转换调节作用，系统中的太阳能电池又被称为光伏电池。在太阳能发电系统中，光生伏特效应是太阳能电池产生电源的根本原因，借助太阳光或者其他光线的照射，光伏电池可以将其光线吸收进体内，并形成光生电子——空穴对。经过特殊的化学反应后，光生电子个空穴就可以在反应的过程中出现相互离散的情况，异号电荷就会不断的累计在两端，形成“光生电压”，这样的过程被称为太阳能发电的“光生伏特效应”。

在太阳能光伏发电系统中主要包含以下几个方面：一是在太阳光的照射下，电池板吸收过阳光之后在太阳能电池板的内部就会产生电子——空穴对，也就是“光生负载电子”，这两者的区别在于电子带正电荷、空穴带负电荷；二是在半导体节中生成的具有特殊性的电场在化学反应的作用下将光生电流的的不同性质区别分开；三是在光伏太阳能电池板的正、负两极分别收集光生载流子和空穴，从而在电路中形成电流，转换为日常生活中我们使用的交流电。

2 建筑公共设施供配电中光伏发电的运用分析

2.1 建筑公共设施供配电中光伏发电系统的组成

在建筑供配电的太阳能光伏发电系统中主要有以下几方面组成（图1）。

图1 光伏发电系统构成

（1）太阳能光伏发电板。在太阳能光伏发电系统中最重要的组成部分就是光伏发电板，在进行发电的过程中首先就是铜鼓光伏发电板将太阳光进行采集，在光伏发电系统中光伏板的作用主要就是采集阳光。通过光伏板对阳光的采集吸收，然后再经聚集后进行转化，从而提高太阳能在发电过程中的效率。到目前为止，常用的光伏电板主要有以下几种类型：一是晶体硅电池。

这种电池单晶硅或者多晶硅为基体材料组成的光伏电池，在理想实验室条件下其光能转换电能效率可以达到17%～20%左右；二是非晶硅光伏电池。非晶硅光伏电池是一种薄膜光伏电池，通常经过辉光高频放电分解硅烷气体后沉积在玻璃、陶瓷、以及不锈钢等非半导体衬底上形成，也被业界称之为无定型硅太阳电池。这种非晶硅光伏电池在实验室条件下的电能转换率通常在12%左右。

（2）DC/DC交换器。在光伏太阳能发电系统中DC/DC交换器的作用在于计算回路中电流的流量，从而通过计算分析后实时调节，以达到提升太阳能在发电过程中的转化效率。通过将太阳光进行装换为电能以后供日常生活供电使用，与此同时，通过交换器的计算分析与记录后，可以方便以后对太阳能转换速率的计算调研。

（3）储能电池设备。在太阳能光伏发电系统中，储能电池设备是重要的组成部分，它能够将征程回路中多余的电能进行转换储存，同时在阴雨恶劣天气将电量释放以供正常使用，并通过分析数据计算控制系统中的转化效率，提升储能电池利用率，延长使用寿命。在对回路中电池的使用过程以及数据进行记录分析的过程中，可以根据电流的实时情况对电池的进行合理的调整控制，优化电池的利用效率。

（4）PWM控制模块与DC/AC变换器。PWM控制模块在光伏发电系统中的主要作用在于通过对回路中的电流进行监控，并根据电流的实际情况进行合理的控制。当回路中电流过大时，对回路中的电流进行分流，电压进行分压，并严密监控使用过程，对各项数据信息进行记录，为以后的检修提供数据参考。DC/AC交换器的主要作用在于将用电过程中与用电不相符的电流进行改造，从而提供更适合的电压与电流，完善使用过程中的供电。

（5）双电源自动切换开关。由于光伏发电系统的利用情况在很大程度上受天气影响，太阳光较强的时候利用转换率高，阴雨天气转换率较低。为了能够平衡太阳能光伏发电的正常工作及供电，双电源自动切换开关就可以完善使用过程，提高电源的有效利用率，在一定程度上起到了延长电源寿命的作用。

2.2 太阳能光伏发电分类

根据现阶段我国供电的实际情况和特点，将太阳能光伏发电系统分为不用公用电网发生电连接的独立广发发电系统和与公用电网发生紧密电连接的并网光伏发电系统。其中，前者是我国最主要应用的形式，被普遍用于小容量用户以及偏远的无电地区、特殊领域供电。但是后者主要用于大型集中式太阳能光伏发电站、分散式太阳能屋顶光伏发电系统。一般情况下，白天，尤其是光照强度较强阶段，都是使用独立太阳能光伏发电系统，将收集到太阳能通过电池阵直接转化为电能，其输出的直流功率直接供给给直流负载，与此同时，将不需要的多余的电能直接转化为化学能的形式存储在蓄电池中。这样做是为了解决在阴天或是日照不足的情况下，电能不够用的问题。只需要利用蓄电池中的电能直接对负载进行供电即可。需要注意，由于负荷电压会经常发生波动，因此，技术人员必须在系统中设置控制器，从而对电压进行调控。并发光伏发电系统特点主要是一旦太阳能电池阵列发出的电功率比实际负荷需求大时，其可以通过自动控制向交流市电网进行输送。如果出现光照不足或是太阳能发电量无法满足实际需求时，则可以通过市区电网进行供电，这样的方式可以保障整个区域不会出现停电的状态，提高服务质量。

2.3 蓄电池容量的设计

根据独立光伏发电系统的特点而言，由于受到时间、环境和其他因素的影响，太阳能发电和设备用电量会经常出现波动，因此，这种不确定的情况要求供需两端的电量必须达到一个动态的平衡。这就是蓄电池作用的体现，它可以更好地调节供需两端电量的平衡，因此保障连续供电的关键就是蓄电池容量是否合适。在白天的时候，技术人员可以根据太阳能电池阵提供的电量满足设备所需的电量。而在遇到阴雨天或者晚上时，技术人员可以根据系统发电并存储在蓄电池中的电能保障设备所需要的电量，通过两种方式的相互作用可以保障整个设备的正常运行，不会出现电量不足停止工作的问题。

2.4 联网逆变器回路方式

根据当前我国并网光伏发电系统的实际情况而言，逆变器的设计以及并网带来的一系列控制问题成为我国技术人员研究和需要攻破的技术难关。现阶段，我国主要存在3种联网逆变器的回路方式：电网频率变压器绝缘方式、高频变压器绝缘方式以及无变压器方式。不同的是，高频变压器绝缘方式和无变压器方式两种方式都具有检测直接电流输送的功能，这一功能可以更全面地提高设备运行的安全。无变压器方式是目前市场应用最为广泛的方式，其原因是该种方式成本较低、尺寸、重量小，但是工作效率较高。此种回路是直接由升压器将太阳能电池方阵的质押电流提升到无变压器逆变器所需要的电压，然后通过逆变器将电流直接转换为交流，在此过程中，技术人员可以通过控制器实现对联网保护继电器，一旦出现异常情况，也可以通过手动开关直接将逆变器与电网进行隔离，从而大大保障了电网的运行安全和工作人员的生命安全。

3 结语

综上所述，国家经济发展造成环境的严重破坏，可持续发展已经刻不容缓。将太阳能光伏发电系统应用到公共建筑设施中去，一方面给公共建筑提供清洁能源，一方面又符合我国可持续发展的战略要求，加强对环境的保护。因此，在未来国家发展过程中，相关部门要加强对太阳能光伏发电系统的重视和推广，从而拖动我国太阳能发电事业健康快速的发展，实现对环境的有效保护。