光伏发电系统在建筑供配电中的应用研究

陈陶然 李璐

1.江苏林洋新能源科技有限公司 江苏 南京 210019

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面对全球能源危机,人们认为应该利用清洁和可再生的新能源,使这些新能源不仅实现自身利用价值而又能得到合理推广应用。众所周知，太阳能是一种可再生的清洁能源，具有一定的经济可持续性和社会经济性。光伏发电储能系统将光伏太阳能发电作为太阳能综合储存的重要技术支撑，能够合理高效地传输和综合利用太阳能。在开展绿色环保建筑设计工作过程中,我们首先应该从环保节能的基本原则高度出发,注意节能保护环境,让现代人们永远停留在一个良好的生活氛围中。在开展绿色节能建筑设计应用过程中,光伏混合发电集成系统二者应合理设计利用,将绿色建筑与光伏混合发电系统二者之间深入发展融合运用起来。

一、太阳能发电系统应用规律

在光伏发电系统的实际运行过程中，太阳能电池可以将能量转化为电能来完成工作。其中利用的原理主要是在有阳光的地方，将光能电池主板中的光能转化成电能，给电池供电。显而易见，只要有阳光这种充分的必要条件，就能更好地提供电力。光伏发电系统发生交流负载时，应合理利应用适合的逆变器更换电流。一般来说，光伏发电系统主要包括控制器、电池、光伏组件以及逆变器等。其中控制器是为了确保电池使用时间和使用寿命，避免电池因为频繁使用而损坏的现象。光伏发电组件用户可以轻易将其与太阳能和其他电能之间关系进行热能转换。逆变器主要是将低频直流电经过转化转变为高频交流电。蓄电池就是一种用来储存大量电能的,发挥在各种紧急情况下供电的重要作用。

二、现代民用建筑电路系统特征

在短距离现代化发展的同时，全国民用建筑住宅还具有以下特点:面积大，楼层高度大，电动自动水平标准高。他们为建筑供应系统提出了新的标准：（1）安全可靠性，供电电路规定必须设置主次两种电路，按照一主一辅助的形式进行电源供应；（2）供配电位置要根据楼层自身的实际情况变化。一般处于高层的建筑物中的供配电变压器需要设置在负荷的核心位置；（3）消防标准高，高楼层建筑设置多个消防出口，每个通道中配备灭火器，防止突发情况的发生。

三、太阳能光伏系统构筑一体化优点

要使光电池和构筑物二者相辅相成有两种方法：第一，建筑与光伏系统的结合;第二，建筑与光伏设备的结合。建筑与光伏系统相结合，是在住宅楼顶安装密封光伏组件，形成逆变器、电池、控制器和负荷的发电系统。光伏组件的用户可以轻松地相对于太阳能和其他能源转换热量。变频器主要将低频直流电源转换为高频交流电源。蓄电池就是一种用来给水储存大量电能的,在各种紧急情况下发挥给水供电的重要作用。当然，光伏设备还必须具备良好的建筑材料所需的隔热性、绝缘性、防水防潮性、强度和刚性以及易碎等性能。作为窗户材料要能透光。此外，还要满足安全实用、美观大方、方便施工等需求。

为了将太阳能引入建筑光伏体系能源中，必须将太阳能发电系统集成到建筑配电系统中。其次，首先要满足建筑供电的基本要求:必须达到满足建筑电力设备的电能质量标准。此系统根据民用建筑不同等级电力负荷标准进行设计;并网系统可与城市电网深度集成，可自由切换。

从建筑结构、技术手段、经济效益等方面来看，从建筑供配电系统引入太阳能发电系统，并与建筑完美融合，从而获得多方面的效益。例如：(1)节省土地，便于安装太阳能并网系统。太阳能并网系统的光伏阵列一般设置在建筑物的屋顶或周围墙壁上，不需要占用额外的土地资源或增加其他设施。适用于一线繁华城市人口密集的建筑和办公区域；(2)减少资金投入，稳定电力供应，就地发电。在一定传输距离内,电厂建设可以大大减少其对输电网络的投资。光伏电力阵列与智能电网技术结合，提高光伏电力的安全可靠性和技术实用性；(3)为了便于节能，太阳能光伏阵列可以安装在节能设施的结构上，如大型建筑的室内屋顶或外墙，将剩余太阳能能源转化为其他电能，降低室外空调综合使用温度，从而大大减少室内中央空调使用负荷。既能有效节约能源，减少电能浪费，又好还能有效净化室内空气，保证厨房室内空气清新质量，避免由于传统工业化学生物燃料生产开发过程造成的室内环境严重污染的问题发生。

四、建筑供配电利用光伏发电系统的技术研究

（一）太阳能光伏发电的工作原理

太阳能电池将光转换为电能的基本原理是：太阳能电池接受能量的光子后，半导体会生产出称为“光生载流子”的电子-空穴对。二者电性相反，电子带负电荷，空穴带正电。电性相反时被半导体P-N结产生的静电场分离。电子和空穴分别由太阳能电池的阳极和阴极收集，在外部电路中产生电流，因此产生电力。这样,光能便成功地被转变成作为一种电能。

（二）太阳能光伏发电种类划分

从光伏综合供电系统特征学的角度进行分析,光伏综合发电配套系统大致可以划分为两下三大类。一种类型是独立的公共太阳能风力发电机组系统(stand-alonepvsystem),它不需要使用公共热力电网所能连接到的电力。这种形式现在是主流，主要用于小容量用户、偏远无电区域和特殊领域的电力供应。其次,与公共能源网格紧密连接的公共网格紧密连接系统太阳能光伏发电屋顶系统(gridconnectedpvsystem)如今,大型地区集中式综合太阳能发电站、零散式小型太阳能发电屋顶站和太阳能光伏发电站等系统，均普遍采用公共网格紧密连接系统形式。在夜间或者日照总量不足、多云的天气、雨雾多的天气时,蓄电池直接向主要负载设备供电。负载输入电压经常都会发生频率波动,因此我们需要在电控系统上直接安装电压控制器软件来自动调节负载电压。并网光伏发电系统，当太阳能电池板产生的电能超过负荷需求时，可以通过自动控制，即“逆流”传输到交流电网，相反，当阴雨天没有阳光或太阳能供电达不到标准时，可以由城市电网供电。俗称“电销”。就是“积极潮流”，通常被称为“购买电力”。

（三）备用电池谷量的统计

对于单独光伏发电系统，太阳能发电和设备电力可能会受时间、环境和其他外界因素而的影响，因此这种不确定性要求供需两端的电力实现动态平衡。蓄电池是维持这种平衡的“调节器”，其容量是否充足对确保持续的电力供应极为重要。在白天，太阳电池组直接提供设备所需电力；而在傍晚和雨季，如果白天阳光充足，系统就会发电，提供电池中储存的电力。如办公楼负荷日均用电量为22000w，相当于48V、458.3ah。根据当地梅雨日情况，以5天平均最大梅雨日为例，电池容量为48V、2750ah，使用24节2V、2750ah电池。

（四）逆变器联网回路方法

光伏并网发电系统的主要技术设计难点是网络变频电路设计和安装复合网过程带来的一系列成本控制系统问题。目前,网络电源逆变器的绝缘主要和电路绝缘模式主要类型有三种:在我国电网中，中高频驱动变压器电网绝缘装置模式、高频变压器电网绝缘装置模式和电网无线电变压器绝缘模式。除第一种检测方法外,后两种检测方法中还可以直接同时检测直流输出电流和入输出,进一步提高了系统安全性。无直流变压器工作方式由于其在制造成本、体积、重量、效率等诸多方面的巨大优势,得到了广泛的实际应用。在该电路中，通过升压电路将太阳能电池板的直流电压提高到无变压器转换器所需的电压。变频器将直流电转换为交流电。控制器具备网络保护继电器的性能和网络所需的手动开关，在发生突发事件时，可以立即分离变频器和电网。

（五）建筑与光伏构件深入融合

光伏发电系统可以满足建筑物的供配电功能。同时，与建筑结合的进一步目标是以光伏屋顶等形式实现光伏器件与建筑材料的一体化。鉴于这些形式，建筑外墙一般采用涂料、马赛克等材料。有的甚至使用昂贵的玻璃幕墙，其作用是保护室内和装饰。如果用光伏器件代替屋顶、外墙、遮阳棚甚至窗户等材料，那么光伏器件可以用作建筑和装饰材料，也可以用于发电。然后这些普通的技术并不能满足现代社会的要需求，设备又提出了更高更新的要求。它需要具有耐热性、阻断电流、燃点低、防水防潮性能、抗风雪性能、重量轻、有一定的强度和刚度、不易开裂等性能。还应具有与建筑材料、同步使用寿命、安全可靠、美观大方，易于施工等特点。如果用作窗户材料，应该能透光。美国、日本、德国等发达国家的一些公司和大学，在政府的支持下，经过几年的努力，研发出了很多集光伏器件和建筑材料于一体的产品。部分技术已经应用在现实生活中，有的正在测试论证中。目前，公司开发的光伏产品主要有双层透明玻璃大中小尺寸光伏电池幕墙、透明半透明光伏电池模块、隔热节能隔音内外壁光伏电池模块、光伏电池屋顶玻璃瓦、大中小尺寸、无框、双透明玻璃瓦屋顶光伏电池模块，来替代位于源和屋顶玻璃表皮的光伏电池模块，包括迥然不同材料的着色、不一样的材料形状和排列在不同高度的光伏电池柔性模块等。

五、结论

工业太阳能光伏一体化发电技术体系将逐步引入工业与民用建筑的光伏供配电，工业太阳能光伏作为绿色生态可再生能源和清洁能源为民用建筑供电。不仅有效缓解了建筑能源危机,而且十分符合国家绿色环保的发展要求。在未来的发展中，我们应该根据实际国情，使太阳能光伏发电技术在公共建筑中得到广泛应用，促进太阳能发电技术在中国的快速发展。