分布式光伏发电技术在绿色城市中的应用研究

闫建国 康顺

摘要：随着我国绿色城市规划建设技术的不断发展，光伏建筑作为绿色建筑的一种形式，在实践过程中，充分显示了其在减排温室气体、节约城市土地资源、提高用电可靠性等方面发挥了越来越大的作用，本文提出了分布式光伏发电系统与城市规划建设的应用方式，目的是在建设光伏绿色建筑、光伏储能建筑等方面给予帮助。

关键词：分布式光伏发电系统;光伏储能;光伏建筑

引言

随着传统能源的不断开采，如煤、天然气等传统能源，终将消耗殆尽，而城市的发展离不开能源，因此寻找可再生能源，是目前能源开发问题的当务之急。当下，太阳能技术的应用方式主要有两种，一种是光热转换技术，另一种是光电转换技术，而本文重点讲述分布式光伏发电技术，即光电转换技术，并且由于分布式光伏发电技术的不断发展，建设成本不断降低，将分布式光伏发电系统与城市建设相结合创造了条件，从而在一定程度上减轻日益严重的环境和能源压力。因此，研究分布式光伏发电技术在绿色城市中的应用研究具有跨时代的重大意义。

一、太阳能光伏发电系统在城市规划建设中的优势

将分布式光伏发电系统与城市建设结合有许多优势，如无需占用额外的土地，一般情况下，大部分分布式光伏发电系统通常是安装在建筑物的屋顶，并且可以根据用户负载的耗电量或者建筑面积的大小来选择装机容量。其次，分布式光伏发电系统通常自发自用，降低了因远距离输送电所造成的电量损耗。尤其在秋冬两季，分布式光伏发电系统出力最大，可保证建筑物负载用电，提高了供电可靠性。所以，将分布式光伏发电系统与城市建设相结合，有利于国家绿色建筑的开发。

二、研究思路及方法

1、提前安排部署，同时改善电网设施

将太阳能光伏发电技术与城市规划建设相结合，建议大型公用设施、市政建筑结合光伏发电技术进行设计，使其在设计阶段就使其满足光伏应用的要求。同时加强地方电网设施的建设，提高电网对分布式光伏发电系统的接收能力。

2、建立光伏投融资体系，同时利用政策优势

建立与分布式光伏系统建设有关的贷款政策，为其提供金融服务，同时要充分了解政府对光伏产业的各项政策，充分利用政策优势，为光伏建筑的建设提供有利的发展条件。

三、太阳能光伏建筑设计概述

1、光伏建筑的定义

光伏建筑是一种随光伏技术发展应运而生的新型建筑模式。它将分布式光伏发电系统与建筑物完美融合的同时，兼顾美学观点，在建筑物的外围结构表面，通常是屋顶，布设光伏发电设备或者直接通过运用光伏材料代替原有建筑材料的方式，使建筑物产生绿色能源，这就是太阳能光伏建筑。

2、光伏设备和建筑的结合方式

传统方式：将光伏系统直接覆盖在建筑屋顶上，组成光伏发电系统，比如屋顶的光伏电站。

新型模式：将光伏设备直接代替建筑材料，比如将太阳光伏组件与玻璃幕墙、窗户玻璃、屋瓦等集成在一起，这是今后光伏应用发展发展的趋势。

3、设计思路及方法

（1）太阳能光伏系统分类

一般来说，目前分布式光伏系统以并网光伏系统居多，以不带储能装置的居多，部分重要建筑可考虑安装储能系统;小型系统装机容量小于20kW，中型系统20kW≤装机容量≤100kW，大型系统装机容量大于100kW。

（2）項目所在地太阳能辐射资料收集

在方案设计之前应该收集当地太阳能辐射数据资料以及气候资料，一般可根据项目所在地以往10至20年的太阳能辐射平均值作为设计依据，可利用行业内主流的气象软件模拟计算当地辐射值，例如Meteonorm、Solargis等，若想更加精确地计算项目所在地太阳能辐射值，可找有资质的气象研究单位出具太阳能辐射计算书，或根据行业类认可的辐射计算方法，如卫星遥感计算法、气候学计算法等方法进行计算。

（3）光伏组件最佳斜角确定

一般可根据项目所在地的经纬度来确定，最佳倾斜角通常是使太阳能组件在该倾斜角下，组件倾斜面上所接受的太阳能辐射最大，在粗略估算时，可取当地纬度作为光伏系统最佳倾角，或在当地纬度的基础上加上几度（通常可加5度）做为光伏发电系统安装的倾斜角，或根据光伏电站设计规范附录B，光伏阵列最佳倾角参考值粗略确定。若想更加精确地计算组件安装的最佳倾角，可采用光伏计算软件，如PVsyst等。

（4）光伏支架设计

太阳能光伏支架是分布式光伏发电系统最重要的部件之一，它是直接承载光伏组件的装配部件，其最重要的特征之一是要满足耐用性，结构必须牢固可靠，能承受风荷载、雪荷载等其它外部效应。安装成本要小，安装方便可靠，免维护，可维修，这些都是光伏支架方案设计时所需要考虑的重要因素。为了达到上述要求，可利用高耐磨材料抵抗风荷载、雪荷载和其它腐蚀作用，同时可综合利用超厚热镀锌、不锈钢等抗老化等技术工艺来保证太阳能支架使用寿命。

同时还需对光伏系统的其他安装结构进行结构设计。结构设计还需与其他专业配合进行，使光伏发电系统各部分在建筑物中的位置合理，并且设计依据应满足国家发布的各项结构设计规范。

（5）储能设计

光伏储能，即光伏组件发出的电能，利用蓄电池作为储能装置，将电能进行储存，就是光伏储能系统。由于光伏发电系统的的特点，中午短时出力大，其余时段出力较小，晚间无出力的特点，对电网冲击较大，储能技术可将光伏系统的午间出力转移至其他时段，减少光伏系统对电网的冲击，同时可降低弃光现象。在电池储能系统工作过程中，为了延长储能系统的寿命，要尽可能减少储能系统的充放电次数。在午间光伏发电出力高峰时期，储能系统充电，对光伏发电系统出力进行削峰;在光伏系统出力高峰期后，储能系统放电。因此，储能系统可分为为三种工作模式，分别如下：

模式一：对光伏系统进行削峰

光伏系统在午间出力高峰时期，通过对光伏系统进行削峰的方式对储能系统进行充电，在光伏系统午间出力高峰时期后，并且在光伏系统夜间无出力时，控制储能系统方电，放电至储能系统工作电压范围下限值时，储能系统停止工作。储能系统的工作时间须在光伏电站的发电时间内，且不可光伏电站工作产生任何不利影响。

模式二：对光伏系统进行削峰+平抑

光伏系统在午间出力高峰时期，通过对光伏系统进行削峰的方式对储能系统进行充电。一般说来，光伏系统的出力波动有两大类，一类是光伏系统出力缓慢变化，另一类是光伏系统出力突然变化，第一类变化缓慢，如光伏系统出力的周期性变化;第二类变化具有不可预见性和突然性，如某些自然因素遮挡导致的光伏系统出力的突然下降。在光伏系统午间出力高峰时期后，光伏系统出力下降，储能系统放电，放电至储能系统工作电压范围下限值，当光伏系统无出力时，储能系统以额定恒功率放电至系统工作电压后，控制储能系统停止工作。

模式三：对光伏系统进行削峰+转移

在光伏系统在午间出力高峰时期，通过对光伏系统进行削峰的方式对储能系统进行充电。通常，光伏系统的出力时段为8：30～18：30，出力高峰期为午间12点至下午14点，但上午9点至下午15点时间段内，光伏系统应保持无任何遮挡的状态，负荷的晚高峰一般出现在18：00～22：00之间，在负荷的晚高峰时期内，光伏系统无任何出力，这时储能系统可以以恒定功率放电，当放电至储能系统工作电压范围下限值时，储能系统停止工作。

在实际运用过程中，为了计算储能系统电池容量，可先调查负载类型并对负载进行分类，确认重要负载功率及不断电时间，计算出需要的电池容量。再根据所建分布式光伏系统的装机容量，对储能电池容量进行二次调整。

（6）光伏建筑设计要求

安装光伏组件的建筑部位在冬至日全天日照应保证上午9点至下午3点无遮挡，同时在安装光伏组件的部位要满足建筑防水、排水、雨水、隔热及节能等功能要求。

四、结束语

太阳能光伏建筑作为一种全新的建筑方式，是未来城市建设规划的一种趋势，不仅可以緩解传统能源压力，而且对环境的污染也很小。因此，发展分布式光伏发电技术结合城市规划，具有跨时代重要意义。

参考文献

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