光伏发电系统在建筑供配电中的应用研究

光伏发电系统在建筑供配电中的应用研究

杨亦晨

中国市政工程华北设计研究总院有限公司 天津 300000

摘要：据调查，我国建筑物耗电量占社会总耗电量的50%以上，如何实现建筑物节能是我们迫切需要解决的问题。光伏发电是将太阳能转换成电能的一种技术，这种技术实现的关键是太阳能电池组件。光伏发电具有受地域影响较小、安全可靠、无噪声、低污染等优点，特别是在建筑供配电中有广阔的应用前景，在建筑中，光伏发电系统可以实现就近发电、并网、使用，减少电能在升压及远距离输送的损耗，充分利用太阳能，减少化石能源消耗。

关键词：光伏发电系统；建筑；供配电；应用

1光伏发电系统概述

光伏发电系统是利用太阳能资源进行发电的电力系统，是一种利用光生伏特效应的发电系统。太阳能发电主要由光伏方阵、逆变器装置以及跟踪系统等组成，光伏发电系统对于整个电力行业发展都有重要意义。同时光伏发电系统生产过程中，不产生振动噪音，使用的能源也是可再生太阳能，提升电力生产效率，具有节能环保性。光伏发电系统建设过程中，对于其各部分组件进行合理的配置设计非常关键，决定了光伏发电系统的建设效果。其中光伏方阵是光伏电力系统的核心组件，光伏电网发电过程中，起到吸收光能的作用。逆变装置是整个光伏带电系统的电流转换装置，主要完成直流电和交流电的核心转换，确保电流控制更加合理，最大程度提升光伏发电效果。跟踪系统主要对太阳能进行跟踪分析，确保太阳能光伏发电系统能够吸收最有效的太阳能，提升电力发电系统效率。

1.1光伏发电系统分类

根据是否与公共电网连接，目前可以将光伏发电系统分为独立光伏发电系统方式、并网光伏发电系统方式两种。独立光伏发电系统方式就是独立于电网之外设置的光伏发电系统，自发自用模式，该模式适用于远离电网的偏远地区；并网光伏发电系统方式是指由太阳能板产生的直流电经逆变器转换成交流电之后，接入公共电网。并网光伏发电系统根据项目规模又可以分为大型集中式并网光伏发电系统和小型分散式并网光伏发电系统两种，其中，小型分散式并网光伏发电系统具有投资额小、建设周期短、可利用屋面安装等优点，广泛用于建筑项目中，是并网光伏发电的主要模式。

1.2光伏发电系统组成

并网光伏发电系统主要包括太阳能电池方阵、汇流箱、直流配电柜、逆变器、交流配电柜、变压器及配电柜等控制系统与设备组成，还可以根据实际项目需求，设置供电系统监控装置和环境监测装置。分散式并网光伏发电系统的运行模式是太阳能电池板将太阳能转换成电能，经直流汇流箱汇集，通过并网逆变器转换成交流电为建筑自身设备供电，多余或不足的电力通过电网来调节输出/供给。

2光伏发电系统在建筑供配电中的应用

2.1混合光伏发电系统

所谓“混合光伏和风力发电系统”，是指将几种不同的发电模式全部引入并融合到光伏发电系统中使用，并且通过不同发电模式的相互配合，使得电力的供应更加安全稳定。混合光伏发电系统能够在实际使用中将各种不同发电技术所具备的优势进行有效的综合应用，比如光伏系统可以不用过多地进行维修，但大部分依赖于天气因素，在冬天日照较差且风力较大的地区，存在运行稳定性较差的问题。针对此，可以将光伏发电系统和风力发电系统加以组合，混合发电，这就不用过多依赖天气，从而实现对负载缺电率的有效控制。

2.2蓄电池容量设计

太阳能光伏发电设备独立的光伏发电系统，整体的备用电量会受到周围环境，气候，时间段，其他原因等问题造成影响。这种容易受影响的缺陷会影响太阳能光伏发电系统的推广使用。为了实现光伏发电系统的供需和需求两端数量达到平衡。蓄电池的存在意义就是调节平衡，实现对系统的持续供电设计安排。要结合建筑的日常电量使用情况设计型号合适，储电充足的蓄电池。考虑蓄电池容量时，应按照使用后衰减的情况进行设计，避免设备老化带来的设备整体运行影响。

2.3联网逆变器回路方式

光伏发电系统中的联网逆变器的回路构成有三种，分别是高频变压器绝缘方式，无变压器，电网频率变压器绝缘方式。

2.4光伏发电系统的防雷设计

光伏发电的防雷系统设计主要是利用接地的方式。当雷雨天气出现雷电直击的现象的时候会瞬间产生大量的电流，处理这些电流的方式是利用接闪器将多余的电流引入大地。电流流经接地装置呈现半球面形状经引下线和接地体分散的进入地下。远端地同室内直流负荷设备会留有一定的寄生电容，再同工作接地位置相连接的时候，无流远端地同工作接地之间会存在电位差异这是造成差模脉冲电压的原因，当脉冲电压值在设备的容许限度之上时会给设备造成毁灭性的破坏。当雷电产生的巨大电流顺着引下线排入地线进行释放的时候，变压器交流地以及交流重复接地的电压数值也会增长，由此可见单相交流设备中也需要注意对地电压反击的隐患。

2.5并网光伏发电系统

所谓“并网光伏发电系统”，是指它能够在实际运行过程中与公共电网有效连接，进行功能的协调和发挥，通过逆变器加上直流电变成交流电，然后向整个电力系统再次传输。在这个过程中，公共电网将很自然地充分发挥在储能各个环节中的功能，不用再在整个并网的系统中安装专门的蓄电池，所以整个并网光伏发电系统运用的供电方式和运行方法成本都比较低，而且具有较强的供电稳定性。与此同时，并网光伏发电系统的供电和能源替换效率明显高于独立光伏的发电方式，所以其逐渐成为了当前太阳能光伏发电的一种主要发展方向，如何提升并网光伏发电系统向公共电网传输的电能质量将是未来值得关注与提升的技术重点。

2.6独立光伏发电系统

独立光伏发电系统是指没有与公共电网并网，独立运行的发电系统，一般设立在较为偏远的地区，或者通过便携式的移动电源进行使用，比如边防哨所或者农村地区等。与太阳能的发电特点相结合，独立光伏发电系统能够在白天集中发电，整个发电系统中，还需要注意使用储能元件，虽然一般情况下周围的气象环境或者其他因素都可能对供电的可靠性造成影响，存在稳定性较差的问题，但是其系统建设的简易性在个别边缘地区却依然有适合的使用场景。

2.7光伏建筑一体化

光伏建筑一体化早在20世纪90年代就被提出，且随着世界范围光伏发电研究的不断深入而受到了越来越多的重视。光伏建筑一体化有2种形式，一种是将光伏器件和建筑物进行集成化的发展；另一种则是在建筑物的屋顶安装平板光伏器件，将光伏与电网并联进行电力的供应。第一种方式主要利用光伏电池板取代普通的玻璃幕墙，直接吸收太阳能。这种材料不仅能够作为建材使用，还能够进行有效供电，使光伏发电的成本得到有效控制。第二种方式则能够形成一个联网光伏系统，若是市场上出现彩色光伏模块，能够以此代替墙体外的装饰材料，从而在发挥电作用的同时提高建筑物的美观性。

2.8发电监控系统设计中的运用

光伏发电监控系统的优劣能够在一定程度上决定整个系统是否能够安全运行，保障生产电能的质量。通过对系统总功能的分析，能够使通信功能在接收监控器采集的时候进行实时记录，实现对各个参数的实际控制；数据的处理记录功能则能够对必要的实时数据或历史数据进行计算处理；安全监控功能则能够通过收集到的数据进行监控，若是在实际运行的时候出现了意外，则能够及时发现和维护，记录相关的信息数据供工作人员进行数据分析；报表功能，则是通过报表的形式保存主要的设备运行信息，减少了人工劳动力的投入，解决了出错率较大的问题。

3结束语

总之，太阳能是开发潜力最大但已开发比例最低的能源类型，是取之不尽、用之不竭的，作为一种新型能源具有储量无限、普遍存在、使用经济等优点，逐步成为各国争相研究发展的重点对象。随着太阳能的深度开发，我们会继续减少甚至消除资源匮乏的情况。

参考文献

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