光伏建筑一体化技术在住宅小区中的应用

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摘要：本文通过对小高层住宅小区公共照明用电改造为太阳能供电系统进行可行性研究、设计及造价估算，提高大家对太阳能在新型节能小区内的应用认识。 

关键词:太阳能光伏电站小区 建设 展望  abstract: this article through to the small high-rise residential district public illume to transform for the solar power system for feasibility research, design and cost estimation, improve everyone to the solar energy in the new energy saving in the community know application.  keywords: solar photovoltaic power station village construction prospect    中图分类号：th-39文献标识码：a文章编号：  1、前言  太阳能量来源于其内部高温核聚变反应所释放的辐射能，以电磁波的形式向宇宙空间发射能量，其中约二十亿分之一到达地球大气层，是地球上光和热的源泉。太阳每秒钟照射到地球上的能量约为500万吨煤当量，比目前人类的能耗量大3万多倍。太阳能不但能量巨大而且是可再生能源（太阳的寿命远大于地球的寿命），还可免费使用，又无需运输，对环境无任何污染。太阳能光伏发电作为一种新的能源利用形式，被认为是当今世界上最有发展前景的新技术，其推广和使用对于“节能减排”、“绿色环保”、“低碳生活”意义重大。  2、光伏发电原理及优势  光伏发电是利用半导体界面的光生伏特效应而将光能直接转变为电能的一种技术。光伏效应是指某些特殊的半导体材料如硅，在光线的照射下内部能够产生电动势的现象。从理论上来讲，光伏发电技术可应用于任何需要电源的场合。这种技术的关键元件是太阳能电池，有单晶硅、多晶硅、非晶硅和薄膜电池等。无论是离网发电还是并网发电光伏发电系统主要由太阳能电池板（组件）、控制器和逆变器三大部分组成，它们主要由电子元器件构成，所以光伏发电设备极为精炼，可靠稳定、寿命长、安装维护简便。  其优势主要体现在：  ①取之不尽，用之不竭；  ②安全可靠，无噪声，无污染，绿色环保；  ③不受资源分布地域的限制，可利用空地、建筑屋面的优势；  ④不需要架设输电线路，安装维护简单；  ⑤建设周期短，获取能源花费的时间短；  3、太阳能光伏电站系统设计  3.1小区概况  以瑞安东山经济开发区人才村为例。该小区为小高层封闭式住宅区，高11层，一共有6幢15个单元，总建筑面积4万多平方米。全小区公共照明用电负荷在15kw左右。考虑到冗余以及电池组件的分组等因素，我们这里按照总功率21kw并网发电方式进行设计和安装。  3.2 可行性分析  瑞安处于北纬27度48分， 东经120度38分，属于亚热带季风性气候，晴天多，阴雨天少，年平均气温18度，无霜期多达271天，年降水量1600毫米左右，太阳能辐射量在4200-5400mj/㎡年，平均日照为3.5h/d，属于太阳能可利用地区。本项目所在小区四周无高层建筑遮挡，日照充分。楼顶平坦且有女儿墙，便于安放太阳能光伏组件，具有良好的项目施工条件。  3.3 设计依据  3.3.1gb/t 19939-2005 光伏系统并网技术要求。  3.3.2gb/t20046-2006光伏系统电网接口特性。  3.3.3gb/z 19964-2005 光伏发电站接入电力系统技术规定。  3.3.4当地的气象资料。  3.4 设计原则  光伏建筑一体化bipv（building integrated photovoltaic）是光伏系统构成或依附于建筑的一种新能源利用形式，其主体是建筑，客体是光伏系统。因此其设计应以不损害和影响建筑的效果、结构安全、功能和使用寿命为基本原则。另外就是要遵循安全、高效、先进、耐用及性价比高等原则。  3.5 bipv系统设计  3.5.1电池组件的选用及分组  本系统拟选用天合tsm-pc01高效单晶硅电池组件，其技术参数为：峰值功率: pm= 175w; 开路电压: uoc=43.9v; 最佳工作电压: um=35.6v; 短路电流: isc=5.30a ; 最佳工作电流: im=4.65a; 重量: g =15.6kg; 尺寸: 长×宽×厚=1581mmx809mmx40mm。选择单晶硅电池组件的理由在于光电转换效率高，可以达到17-18%，寿命长可至25年。本方案需要安装这样的组件120块，总的峰值功率可以达到175w×120，即21kw。为了将光伏组件串接后的热斑效应损耗降到最低,我们可以采用两种方式。一种是安装向日跟踪系统。二是通过计算最佳倾角把受到不同方向建筑物影响的组件进行分组，每组配备直流防雷配电柜进行汇流。这里考虑到系统成本，采用分组的方式。  3.5.2并网逆变器的选择  并网逆变器是重要的电气设备，其主要功能是把太阳能电池组件输出的直流电转换成220v，50hz的交流电。这里选用功率容量为40kw，具有过压保护、对地故障保护、孤岛效应保护、过载保护、短路故障保护和具有最大功率跟踪点技术等完善功能的无变压器逆变器，保证系统的抗冲击性和可靠性。  其安装简约示意图如下。  3.5.3防雷设计  系统处于楼顶防雷保护范围内，只要把所有的电气设备可靠接地就可以达到防雷目的，但是要考虑到浪涌保护。因此我们要在每路直流输入回路中装设浪涌保护装置。选用的配电柜，逆变器都需要有防雷功能。  3.5.4电缆与支架设计  户外电缆应选择耐氧化、耐高温、耐紫外线，以保证系统可靠运行。支架设计要考虑到项目所在地每年都有台风发生，除了必要的强度考虑外还要考虑到支架的抗风压和抗腐蚀性等问题。  为了供电的安全性，总体结构以太阳能光伏电源为主供电系统，另外用交流市电作为备用系统。这样，即使在连续多日阴雨的气象条件下，对负载的供电也不会中断。  4、运营估算  光伏发电量的计算公式：发电量=系统总功率x平均日照小时数x转化系数。其中系统总功率即为设计的21kw，平均日照小时数，瑞安地区取3.5h/d，转化系数是指除开电路损耗，电气设备的效率影响，一般取值0.7—0.8之间。这里按照0.75计算，因此日发电量为：w=21kwx3.5h/dx0.75=55.125kwh/d。每年按360天计算，年发电量为：55.125kwh/dx360d=19845kwh。按照国家规定上网电价，每年的产值是19845元。建设21kw光伏发电系统，根据目前市场每瓦11元人民币左右的价格估算，需要23万元人民币左右。那么最多12年就可以收回投资。  所以从经济的角度来说，建设这样的发电系统也是可行的。如果从保护环境和可持续发展来说，其意义更是不言而语。  5、结语与展望  bipv系统的推广不但能缓解城市电网系统的压力，而且能极大的保护环境。本文就太阳能光伏发电技术在小区中的应用来增加大家对太阳能光伏发电技术的了解，引起重视，以微薄之力进行应用推广。虽然建造太阳能发电系统，成本较高，但是从可持续发展和环境保护的高度来审视，发展太阳能光伏发电具有重大战略意义，从无电偏远地区电网建设来说还具有重大的现实意义。随着“新能源法”、“上网电价法”等相关法规的进一步实施，“金太阳工程”的推进，必将极大地推动我国光伏产业的发展。相信不久的将来太阳能光伏发电技术会得到非常广泛的应用。  参考文献  1、《太阳能光伏发电应用于公用建筑的探讨》，作者：李逢元  2、《太阳能光伏发电应用技术》，作者：杨金焕，于化丛，葛亮  3、《新能源发电技术》，作者：王长贵，崔容强，周篁  4、《世界能源消费现状和可再生能源的发展趋势》，作者：钱伯章  注：文章内所有公式及图表请用pdf形式查看。