浅谈一种光伏外遮阳发电系统的设计

浅谈一种光伏外遮阳发电系统的设计

黎焕光

广州华森建筑与工程设计顾问有限公司

【摘要】利用太阳能电池板、建筑的遮阳百叶，做成一体化建筑光伏材料、运用到实际的建筑工程上来，设计成并网型太阳能光伏发电系统，发电用于推动自身百叶的旋转。多余电量用于公共走道的照明使用，使用再生能源，对三星级绿色建筑评级增加节能绿色措施。

【关键词】光伏组件；光伏控制器；逆变器；光伏百叶；发电效率；防雷接地

最近几年，随着国家经济的发展及转型，绿色经济、环保经济也运用而生，可再生能源的也开始慢慢开始光伏使用在建筑中，如光伏太阳能发电等，笔者通过实际工程经验，简单描述了光伏外遮阳发电并网系统的设计。

1.光伏百叶发电系统主要构架原理

2.光伏电池组件

光伏电池组件是太阳能光伏发电系统的核心部件，直接将太阳能转化成电能。本项目光伏组件需要贴敷在遮阳百叶表面，需要根据百叶的尺寸定制太阳能组件，根据综合评价及考察，选用了英利太阳能电池板：组件规格如下：

3.汇流接线配电箱

本设计中的汇流接线配电箱设置了每组光伏组件串接发电回路的端子排、防反充二极管，保护开关、直流浪涌保护器等组合而成。是该系统一个核心设备之一。为了便于检修、测量和采集数据，光伏组件的串并联是在汇流箱中完成，每个光伏组件及光伏电缆均有相应的编号。为了满足串联后光伏组件直流电压，端子排采用耐压1KV的工业级接线端子排（详见图3）。由于汇流接线配电箱不是市面常用的配电箱，在设计时，增加设计了配电箱的深化图纸，在制造过程也要参与。以便配电盘厂家建造。

4.光伏并网逆变器

4.1在光伏供电系统中，光伏逆变器为核心设备之一，也是是光伏发电系统的设计关键。设如用户终端为交流负荷，则须使用逆变器设备，将太阳能电池板产生的直流电，或蓄电池释放的直流电转化为负荷需要的交流电。如为直流负荷，则不需逆变器转换。

4.2根据光伏组件的发电参数，光伏组件的数量或者面积，估算出大概的发电量，再根据发电量大小选择逆变器的数量及相应的用电参数。光伏组件的串并联数量则需要根据每台逆变器的用电参来确定设计。在逆变器中增加了若干保护功能的整体又叫功率调节器，不仅可以直接转化成交流，也具有是太能电池最大限度的发挥其性能，以及出现异常和故障时保护系统的功能。

4.3光伏并网逆变器的通常具备以下功能：

◆将光伏组件产生的直流电能转换成符合公共电网要求的交流电能，并馈送至公共电网，这也是光伏并网逆变器的首要基本功能。

◆监控功能，可以监控公共电网和光伏组件的状态，一旦公共电网出现异常，逆变器会立即检测出来，并断开向公共电网的能量馈送，以确保电网和人身的安全，当公共电网恢复正常后，逆变器再重新将电能馈送到电网。

◆自动开关机功能：早上，当光照强度满足逆变器开机要求后，逆变器自动开机运行，当光照强度足够强，逆变器自动并网输出，向公共电网馈送交流电能；晚上，当光照强度降低到不能满足逆变器运行要求，逆变器自动断开与公共电网的连接，并自动关机。满足无人值守的要求

◆MPPT功能：逆变器可以根据光照强度的变化，自动跟踪光伏组件的最大输出功率点，确保每时每刻将光伏组件的最大功率转换成交流电能，并馈送至电网。

◆故障自动检测功能：逆变器从开机运行开始，时刻对光伏组件、公共电网以及逆变器本身进行检测，若出现任何故障，逆变器会马上给出相应的信息，供用户查看，并针对故障，自动进行处理和保护动作。

◆高频隔离功能：逆变器采用高频变压器，将直流侧与交流侧进行隔离保护，确保设备和人身安全。并且可以大大提高逆变器的转换效率，保证光伏发电系统发出更多的电能。

◆显示和通信功能：逆变器可以实时显示各种运行数据和历史记录，用户可以通过显示屏进行查看；逆变器也可以与上位监控电脑或其它设备进行通信，传送光伏系统的各项数据，满足远程监测管理的需求。

4.5项目逆变器采用了志成冠军集团的CPPV-2030P型号逆变器，详见参数：

5.光伏百叶推动系统

5.1垂直光伏百叶需要电动推杆来转动，关于推到百叶的电气参数如下：

工作电压：AC220V±%5，50Hz。防护等级：IP65温度：-10~75℃

5.2项目对电动百叶控制要求：

主要是根据单位时间控制器来控制电动百叶的转动。从早上9：00开始，每30分钟转动15度，光伏电池板尽量让太阳光充分照射，提供发动效率，同时对于室内，利用百叶尽量将太阳热量遮挡，较少室内外温差，达到空调的节能效果。到下午6点，光伏电池组件完全向西后自动归位。对百叶电机控制器要求具由手动、自动遥控的功能。控制转动要求整体一致。

5.3光伏电缆：

光伏电缆由于是载直流电流，串联后电压达到450V，而且大部分敷设在室外，经过经受阳光暴晒和雨水冲洗，有别于普通的配电线缆，项目采用了专用的光伏电缆，除了电缆以为，还需要配置用于驳接的正极光伏连接器及负极光伏连接器。项目采用了思普太阳能公司代理生产的光伏电缆，具有欧美的TUV、UL认证。详见图6

6.防雷接地系统设计

防雷接地系统设计主要设计规范要求，参考相关书籍和规程。

太阳能光伏发电系统（BIPV）接地与建筑物公网电气共用接地系统，接地电阻≤1欧姆。

利用遮阳百叶本身的金属外框和支撑钢构骨架或其他金属物与建筑物防雷接地系统融为一体。利用屋顶玻璃幕墙金属外框和金属钢构骨架连接成避雷网格。

保护接地-光伏电池组件机架、接线箱（连接器）、太阳能控制器、配电屏外壳、电缆外皮、穿线金属管道外皮接地。

屏蔽接地-电子设备的金属屏蔽接地。

防感应雷-在主要的线路上安装浪涌保护器。直流线路采用了共模保护和差模保护。太阳能组件出线回路安装浪涌保护器；太阳能阵列主回路安装浪涌保护器。保护器其测试波形为8/20uS，极限容量为20kA，残压小于±950V。

线路敷设的金属导管、金属线槽应可靠接地。金属电缆桥架（线槽）接地措施说明：金属电缆桥架（线槽）及其支架和引入或引出的金属电缆导管必须接地（PE）可靠，且必须符合下列规定：（1）金属电缆桥架（线槽）及其支架全长应不少于2处与接地（PE）干线相连接；（2）非镀锌电缆桥架（线槽）间连接板的两端跨接铜芯接地线，接地线最小允许截面积不小于4mm2；（3）镀锌电缆桥架（线槽）间连接板的两端不跨接接地线，但连接板两端不少于2个有防松螺帽或防松垫圈的连接固定螺栓.

凡正常不带电，而当绝缘破坏有可能呈现电压的一切电气设备金属外壳均应可靠接地。

本工程发电

7.光伏外遮阳百叶发电系统的发电效率

根据光伏百叶中电池组件参数，百叶面积约为121m2。根据文章前面所述计算方式，（在日照强度为1kW/m、单元温度为25C的标准条件下）可算出发动功率约为5KW。

结合厂家提供电能转化效率＝0.8。按每天发电8小时计算，估算全年的发电量为11680度（kWh）。本工程比较遗憾的时，在施工工程中，由于施工单位的疏忽，未设置好电缆编号及端子编号，测量数据不能精细到每个电池组件，次项目由于长期未投入使用。光伏百叶发电系统建成后，一直处于未运用状态，不能正确数据采集。

结束语

光伏外遮阳百叶发电系统的应用，是建筑光伏建筑一体化的一种创新，是一种非常节能的措施。可以帮助到其他建筑空间及设备的节能，比如，像建筑材料节能及通风空调系筒的节能。光伏外遮阳发电系统也可以广泛应用在各种建筑物，大型并网发电系统。可以运用在高档别墅，洋楼。办公楼，酒店等。具有非常广泛的运用空间。

参考文献：

[1]《光伏系统功率调节器效率测量程序》（GB/T20514-2006）

[2]《太阳能并网发电系统功率调节器防孤岛检测方法》（IEC62116）

[3]《太阳能发电系统与住宅连接操作规程》（IEEE929）

[4]《太阳能发电系统过电压保护导则》（GB/Z19964-2005）

[5]《太阳能光伏电源系统安装工程设计规范》（CECS84：96）

[6]《太阳能光伏电源系统安装工程施工及验收技术规范》（CECS85：96）

[7]《民用建筑电气设计规范》（JGJ16-2008）

[8]《建筑物防雷设计规范》GB50057-2010