新型太阳能光伏车棚的研究及应用

刘颖

杭州华鼎新能源有限公司 浙江杭州 310000

随着人类用电需求越来越高，原有的化石能源发电产生的污染也越来越大，节能和使用清洁能源变得越来越重要。清洁能源发电走进了我们的日常生活。光伏车棚方便建设，外形美观，可充分利用太阳能形成电力供应[1]。将停车棚与光伏发电技术相结合，使停车棚不仅能为车辆遮风挡雨，又能利用太阳能进行发电，供电动车充电、停车棚的照明和向电网供电。

1 阳能光伏车棚系统组成

太阳能光伏车棚系统主要由光伏支架、太阳能电池方阵、逆变升压系统、充电装置系统和防雷及接地系统组成（图1）。光伏支架：作为直接支撑太阳能电池板的核心结构，根据当地基本风、雪压，满足抗风抗雪载能力，并按照最佳安装倾角，设计出支架各个构件所需截面尺寸。太阳能电池方阵：是光伏系统主要部件，也是收集太阳光的核心组件，将接收到的太阳光能直接转换成电能，大量的太阳能电池板经过若干组串联合在一起构成光伏组件的方阵。逆变升压系统：包括智能汇流箱、直流配电柜、并网逆变器、升压变压器等，最终并网汇集。智能汇流箱是用于连接光伏方阵和逆变器，具备防雷功能和监测电流、电压。直流配电柜是对直流电能进行分配、监控、以及保护功能。并网逆变器是将直流电转换成交流电的电力装置，并具有系统故障保护功能。升压变压器主要是将低压交流电升压到10kV或35kV。充电装置系统包括充电桩及充电装置，防雷及接地系统：包括防雷器、引下线和接地网等[2]。支架通过钢柱接地与水平接地体之间采用热镀锌扁钢连接，形成避雷接地网。防止或减少雷击建筑物所发生的人身伤亡以及电气系统损坏。

图1 光伏车棚侧视图

2 太阳能光伏车棚布置原则

为了能让光伏车棚中的太阳电池组件阵列更多地获取太阳辐射的能量，接收充分的日照时间，太阳能光伏车棚选址一般位于横向朝南、周围对太阳光无遮挡的地方。但在实际实施过程中，可能不一定能完全满足此条件，因此只能尽量做到各种环境因素兼顾。

3 太阳能光伏车棚发电系统设计

本次设计的并网型光伏车棚发电系统，包括太阳能光伏发电系统及相应的配套上网设施，本次设计利用停车棚顶部，完全不占用土地。该系统没有电池储能装置，利用逆变器将直流电转换成交流电后，按并网规范要求安全并入所在厂区低压0．4KV用电系统。光伏系统为自发自用，余电上网模式。

3.1 厂区光伏车棚的位置及建筑平面设计

本次设计中光伏车棚的位置位于厂区的北侧大门入口两侧，每个汽车停车位按照长为6m，宽为3m设计，249个车位。每2个车位中间安装一个充电桩，可以给电动车充电使用。

3.2 厂区光伏车棚的结构设计

本次设计中光伏车棚每个汽车的停车位对应的电池板顶棚长为6m，宽为3m，高为3．312m。

3.3 光伏车棚发电系统电气设计

本次设计将光伏组件及支架按光伏车棚顶部实际条件进行合理布置，形成车棚顶部光伏阵列，用于太阳能的获取及光电转换，然后将光伏组件进行合理串并联后接入汇流箱，，对汇流箱进行防雷保护，根据并网型光伏逆变器的容量配置分路接入直流配电柜。直流配电柜的出口按额定功率匹配接入并网逆变器，经过逆变器将直流电流转换为满足并入电网要求的交流电流并入电网。

3.4 光伏车棚发电系统电路和防雷设计

（1）设计电路。选用太阳能发电并网技术，并利用信息网络管理系统对此并网发电过程和数据的采集和传输进行监控，只有这样才能应对厂家对逆变器数据不完全开放的缺点。

（2）分析系统安全性。首先要对各种配件进行检测，确保质量的稳定性，然后要保障系统避免遭遇外部因素影响。系统元件受外部因素的影响很大，对元件造成很大影响的外部因素通常有浪涌和雷击等[3]。浪涌和雷击会对光伏并网发电系统造成影响，所以为了避免外部等破坏性因素，通过安装防雷设备对其系统进行保护。对于产生的交流电，逆变器产生的交流电要想和电网连接，必须经过配电柜才能实现。为了防止产生电涌浪网、雷电影响，已主动采取防雷保护措施。对于产生的直流电，首先太阳能光伏结构要具备接地性能，然后通过安装防雷配电柜和防雷汇流箱可有效对光伏并网系统进行保护。

本次厂区光伏停车棚的设计，为工厂厂房屋顶太阳能并网发电系统的研究、设计积累了经验。但光伏停车棚发电并网对于工厂配电系统产生的问题，还需要在具体实施后进行深入的研究和分析。太阳能发电的应用前景十分广阔，分布式太阳能发电系统将成为太阳能发电的重要组成部分。

4 结语

总而言之，太阳能光伏车棚适用于社区、学校、商业广场、工厂、政府机构和旅游景区，可停放各种类型的车辆，并且能给电动车、电动汽车提供充电功能。除了能为车辆遮风挡雨，还能利用太阳能创造出清洁的光伏能源供给电动车充电和灯光照明，起到了良好的节能减排作用。随着新能源的不断发展和城市节能减排、绿色环保的需求，太阳能光伏建筑一体化越来越成为太阳能应用发电的新潮流，太阳能光伏车棚使光伏系统与车棚实现完美结合，是光伏与建筑一体化探索的一次成功示范。