公共建筑光伏发电系统设计要点及应用分析

公共建筑光伏发电系统设计要点及应用分析

田伟

广西西江集团投资股份有限公司，广西南宁市，531000，

摘要：建筑绿色化和低碳化是今后一段时期内建筑发展的主旋律，也是破解全球能源危机和实现长期可持续发展的必由之路。中国是全球能源消耗大国，单位GDP对应的能耗指标始终居高不下，国内能源供需矛盾时有显现，能源可持续和安全问题逐渐凸显。基于此，优化调整中国的能源结构和组成，大力推广新能源对于中国今后一段时期的发展具有深远意义；而太阳能光伏发电系统能够将太阳能转换为电能，同时不产生任何温室气体，是不折不扣的绿色能源生产方式，真正实现了能源生产过程中的零排放、零污染。目前，太阳能已成为中国大力推广使用的新能源之一，在未来必将拥有更加广阔的前景。

关键词：公共建筑；光伏发电系统；设计要点；应用；

引言

随着人类社会的高速发展，能源需求量不断增长。根据能源消耗调研数据发现，现今位居消耗量第一的是化石能源，其具有不可再生特点，若是对其进行持续性的开采与使用，其储备量只会越来越少，无法支撑人类生产与生活的需要。另一方面，化石能源在使用过程中会生成有害气体，破坏生态系统的平衡，严重的话直接影响人类的生存。面向环境污染与能源匮乏两大问题，人们开始将研究方向转向新能源开发与应用。在上述背景下，太阳能成为了全球公认的理想能源，其具有无污染、储能丰富等优势，对其进行充分的应用，不但能够节省化石能源的消耗，也对环境保护具有一定作用。在此背景下光伏发电技术应运而生，并得到快速发展，目前该技术已经趋于成熟。

1光伏发电系统的工作原理

太阳能光伏发电系统是能够吸收太阳能，并将太阳能转化为电能的一种发电系统。在白天光照充足时，光伏发电系统中的半导体组件会吸收太阳能，并在组件中形成拥有两极性质的载流子；载流子可以在静电场的内部完成基本分离，并聚集在正负极，从而在外电路中形成稳定的电流。产生的部分电能会用作系统的驱动能量，剩下的电能可以储存在蓄电池组件中，完成充电。当光照不足时，蓄电池可以代替光伏电池为负载提供电力，避免对日常供电产生影响。

2光伏发电系统技术要求

在光伏发电系统的设计过程中，为了保证系统的正常、高效运行，设计应充分考虑闭网控制、运行安全、系统保护、输出功率监测等参数，现进行简要阐述。做好系统电压、相位、频率等参数的实时采集，做好与并网参数的对比，确保逆变器输出参数与电网参数一致；合理布置逆变器，并做好参数调试，以最大程度提高光伏发电系统的生产效率；光伏系统应具备自动停启功能，一旦系统出现输出异常，应能够自动切断交流输出，系统进入自我保护状态；当故障排除后，系统达到延迟时间后，自动恢复运行；为了保证光伏发电系统在极端条件下的安全性，系统应具备过载保护、失压预警、频率监控、防雷保护、短路保护等功能；光伏发电系统直流侧设计电压值必须大于光伏组件在极端气温条件下的开路电压最大值，光伏发电系统中使用的各种元器件的最大容许电压值不能低于设计电压。

3光伏发电系统的基本特点

（1）稳定。光伏发电系统输出的直流电经过逆变器可以转变为交流电。电能通过交流负载后会有一定的消耗，但是大部分的电力资源都能够被重新输送到电网中。光伏发电系统能够为城市的生产和生活提供稳定的电力，即便在市电出现故障的情况下，也不会受到影响。（2）绿色、清洁。相较于化石能源发电，太阳能光伏发电更加绿色、清洁，不会导致能源枯竭，同时也更加安全。（3）受自然环境影响，成本较高。在自然光充足的地区，太阳能光伏发电能够达到最佳的发电效果；在太阳能不充足的地区，太阳能光伏发电系统可以作为电力系统的补充。因为太阳能光伏发电十分依赖太阳能，所以在一些特殊的地理位置以及四季交替时的特殊天气条件下，太阳能光伏发电的生产效率不能保持稳定，而且太阳能光伏发电系统的设计、应用成本较高。

4光伏发电系统设计要点

4.1风、光、水的互补发电系统建设

在利用风力、光伏和水力发电技术前，必须全方位建设互补发电系统，确保其科学性和合理性，确保可再生能源能够实现互补，建立和完善互补的发电系统。同时，充分利用点评制度的严谨性及其使用价值进行系统检验，使互补发电系统运作的科学性、合理性得到一定保障。网络时代的背景下，有关人员必须充分结合大数据技术，运用云计算技术融合发电技术开展科学的研究，实现信息统计数据的高度统一。除此以外，部分产业基地也逐步建立起互补发电系统，实现发电系统的自主创新。

4.2施工图纸设计

设计人员需要结合施工标准以及相关规范的基本要求设计施工图纸，保障其可靠性。在允许范围内，设计人员应该尽量使用最新的技术、设备、材料和施工工艺等；设计人员需要确保资料的准确性，并且结合多方的评审意见仔细修改施工图纸；设计人员应该了解质检的基本情况、系统所需设备的规格及电网接入系统的质量问题等，以提高施工图纸的设计质量；施工图纸中出现的主要问题包括画图比例不正确、标注不全面、支架的设计过于死板等，这些问题会严重影响施工图纸的设计质量，设计人员需要加强重视。

4.3用子系统指标值评价体系剖析互补系统运作特点

创建指标值评价体系需要先建立科学合理互补的发电体系，因此必须利用目前的分系统指标值，依据具体互补状况调节指标值，保证分系统指标值与互补系统建成后的指标值高度统一。与此同时，既要减少输出功率预测分析的偏差，又要在确保偏差指标的基础上用科技手段完成预测分析精密度考核。选用分系统指标值积累概率曲线图，确保可再生资源的功率平衡，提升互补系统指标值的准确性。

4.4光伏组件设计

光伏发电板的材质和有效触光面积决定了系统的发电功率，为了最大程度提高光伏发电系统的效率，光伏板布设应综合考虑当地的光照条件、建筑物朝向等因素，光伏板面积设计应以建筑结构屋面、幕墙面积及光伏板布置形式确定。此外，还应做好光伏发电系统与建筑结构的协同设计，在满足功能性的前提下，还应注重设计的美观性和协调性。除了完成组件布置和初步设计外，为了保证光伏发电系统的正常运行，还应做好组件的细部详细设计，设计原则强调装卸便捷、功能完备。考虑到光伏发电系统布置于室外，对光伏系统的基础设施要求较高，为了保证光伏发电系统在恶劣环境下的耐久性和可靠性，除了做好基础设计外，应重点加强结构支撑系、加固檩条、面板组件的设计优化。此外，还应做好光伏发电系统各组件的安装设计。

结束语

当今社会正处于急剧变革的时期，太阳能代替化石能源作为主要的电力资源成为社会发展的基本趋势，太阳能光伏发电已经在多年的尝试、应用中获得了长足的进步，我国在太阳能研究应用领域已经位于国际前列。但是太阳能光伏发电系统的设计、研发需要大量成本投入，并且设计核心材料大部分掌握在发达国家手中。对此，相关企业需要在长时间的摸索中，基于国家政策及资金的大力支持，逐渐提升自主研发能力，不断地优化有关技术。相信在不久的将来，光伏发电系统将会涵盖社会各个领域，推动全社会的绿色、环保、节能发展。

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