建筑光伏一體化方案
太陽能光電建筑介紹
1.1太陽能光電建筑的應(yīng)用
太陽能光電建筑是指將光伏發(fā)電與建筑物相結(jié)合，在建筑物的外圍結(jié)構(gòu)表面上布設(shè)光伏器件產(chǎn)生電力，從而使“建筑物產(chǎn)生綠色能源”。 --- 建筑光伏一體化方案
光伏與建筑的結(jié)合有如下兩種方式，都可以通過并網(wǎng)逆變器、控制裝置與公共電網(wǎng)聯(lián)接起來組成并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)。
(1)一種是建筑與光伏系統(tǒng)相結(jié)合(如圖1)，把封裝好的的光伏組件(平板或曲面板)安裝在居民住宅或建筑物的屋頂上，組成光伏發(fā)電系統(tǒng);
(2)另外一種是建筑與光伏器件相結(jié)合(如圖2)，是將光伏器件與建筑材料集成化，用光伏器件直接代替建筑材料，即光伏建筑一體化(BIPV)，如將太陽光伏電池制作成光伏玻璃幕墻、太陽能電池瓦等，這樣不僅可開發(fā)和應(yīng)用新能源，還可與裝飾美化合為一體，達(dá)到節(jié)能環(huán)保效果，是今后的發(fā)展光伏建筑一體化的趨勢。
1.2太陽能光電建筑的優(yōu)點
從建筑、技術(shù)和經(jīng)濟角度來看，太陽能光電建筑有以下諸多優(yōu)點：---建筑光伏一體化方案
(1)可以地利用建筑物屋頂和幕墻，無需占用寶貴的土地資源，這對于土地昂貴的城市建筑尤其重要;
(2)可原地發(fā)電、原地用電，在一定距離范圍內(nèi)可以節(jié)省電站送電網(wǎng)的投資。對于聯(lián)網(wǎng)戶用系統(tǒng)，光伏陣列所發(fā)電力既可供給本建筑物負(fù)載使用，也可送入電網(wǎng);
(3)能地減少建筑能耗，實現(xiàn)建筑節(jié)能。光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)在白天陽光照射時發(fā)電，該時段也是電網(wǎng)用電高峰期，從而舒緩高峰電力需求;
(4)光伏組件一般安裝在建筑的屋頂及墻的南立面上直接吸收太陽能，因此建筑集成光伏發(fā)電系統(tǒng)不僅提供了電力，而且還降低了墻面及屋頂?shù)臏厣?
(5)并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)沒有噪音、沒有污染物排放、不消耗任何燃料，具有綠色環(huán)保概念，可增加樓盤的綜合品質(zhì)。
1.3光伏與建筑結(jié)合的幾種安裝方式
財政補貼將重點支持太陽能光電建筑一體化安裝且發(fā)電主要用于解決建筑用能的項目，從項目類型上主要包括三類： ---建筑光伏一體化方案
一是建材型，指將太陽能電池與瓦、磚、卷材、玻璃等建筑材料復(fù)合在一起成為不可分割的建筑構(gòu)件或建筑材料，如光伏瓦、光伏磚、光伏屋面卷材、玻璃光伏幕墻、光伏采光頂?shù)?
二是構(gòu)件型，指與建筑構(gòu)件組合在一起或獨立成為建筑構(gòu)件的光伏構(gòu)件，如以標(biāo)準(zhǔn)普通光伏組件或根據(jù)建筑要求定制的光伏組件構(gòu)成雨篷構(gòu)件、遮陽構(gòu)件等;
三是與屋頂、墻面結(jié)合安裝型，指在平屋頂上安裝、坡屋面上順坡架空安裝以及在墻面上與墻面平行安裝等形式。
2 并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計方案介紹
2.1并網(wǎng)發(fā)電方式介紹
目前，太陽能光電建筑的發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計容量可以從幾千瓦到幾百千瓦，甚至上兆瓦，由于國內(nèi)的光伏與建筑結(jié)合形式各種各樣，設(shè)備的選型需根據(jù)光伏陣列安裝的實際情況(如組件規(guī)格、安裝朝向等)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，大致可分為兩種并網(wǎng)發(fā)電方式。
(1)集中式并網(wǎng)發(fā)電
這種并網(wǎng)方式適合于在建筑物上安裝朝向相同且規(guī)格相同的光伏陣列，在電氣設(shè)計時，采用單臺逆變器集中并網(wǎng)發(fā)電方案實現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)功能，如圖3所示。
(2)分布式并網(wǎng)發(fā)電
這種并網(wǎng)方式適合于在建筑物上安裝不同朝向或不同規(guī)格的的光伏陣列，在電氣設(shè)計時，可將同一朝向且規(guī)格相同的光伏陣列通過單臺逆變器集中并網(wǎng)發(fā)電，采用多臺逆變器分布式并網(wǎng)發(fā)電方案實現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)功能，如圖4所示。
2.2光伏陣列匯流的設(shè)計
為了減少直流側(cè)電纜的接線數(shù)量，提高系統(tǒng)的發(fā)電效率，大型的光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)通常需要設(shè)計光伏陣列匯流裝置，該裝置就是將一定數(shù)量的電池串列匯流成1路直流輸出。
太陽能光伏電站主要由光伏電池陣列、匯流箱、低壓直流柜、逆變柜、交流低壓柜、升壓變壓器等組成，后產(chǎn)生的高壓交流直接并入電網(wǎng)。針對每個環(huán)節(jié)電力參數(shù)檢測的需要，安科瑞公司推出了AGF系列光伏匯流采集裝置、PZ系列直流檢測儀表及ACR系列電力質(zhì)量分析儀，分別應(yīng)用于匯流箱、直流柜及交流柜中，并通過Acrel-2000 V8.0光伏發(fā)電監(jiān)測系統(tǒng)實現(xiàn)后臺集中監(jiān)控。
2.2.1 APV-M系列智能光伏匯流箱
在光伏發(fā)電系統(tǒng)中，數(shù)量龐大的光伏電池組件進(jìn)行串并組合達(dá)到需要的電壓電流值，以使發(fā)電效率達(dá)到。APV-M系列智能光伏匯流箱主要作用就是對光伏電池陣列的輸入進(jìn)行**匯流，用于減少光電池陣列接入到逆變器的連線，優(yōu)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，提高可靠性和可維護(hù)性。在提供匯流防雷功能的同時，還監(jiān)測了光電池板運行狀態(tài)，匯流后電流、電壓、功率，防雷器狀態(tài)、直流斷路器狀態(tài)采集，繼電器接點輸出等功能，并帶有風(fēng)速、溫度、輻照儀等傳感器接口功能供客戶選擇，裝置標(biāo)配有RS485接口，可以把測量和采集到的數(shù)據(jù)上傳到監(jiān)控系統(tǒng)。
2.2.1.1 產(chǎn)品特點
◆符合《CGC/GF002：2010》光伏方陣匯流箱技術(shù)規(guī)范
◆防水等級為IP65，滿足室內(nèi)外安裝要求
◆測量元件采用霍爾傳感器，隔離測量16路輸入
◆光伏專用熔斷器，耐壓DC1kV，熔斷電流可選擇
◆可選電壓測量功能，測量電壓DC1kV
◆提供外部傳感器輸入接口，可測量輻照、溫度、風(fēng)速等
◆具有RS485通訊接口，使用Modbus-RTU通訊協(xié)議
◆多種供電方式(DC24V、AC/DC220V、DC880V)可選擇，適用于家用屋頂太陽能或大型光伏電站應(yīng)用
◆可根據(jù)客戶需求配用國外ABB等廠家的光伏專用直流斷路器，光伏專用直流熔斷器、防雷保護(hù)器等等。
2.2.1.2 產(chǎn)品功能
◆光伏電池串開路報警，狀態(tài)檢測
◆帶開關(guān)量輸入，用于采集直流斷路器、防雷器等輸出空接點狀態(tài)
◆帶繼電器輸出，可以設(shè)定為點動方式，用于驅(qū)動直流斷路器的自動分合閘
◆提供溫度、輻照、風(fēng)速等類型傳感器輸入接口
◆可輸出DC24V電源給外部傳感器供電
◆就地數(shù)碼管循環(huán)顯示每通道的輸入電流，并具有自動關(guān)閉節(jié)能顯示模式
2.2.1.3 技術(shù)參數(shù)
2.2.2 光伏電站電力監(jiān)控系統(tǒng)
Acrel-2000 V8.0光伏發(fā)電監(jiān)測系統(tǒng)是上海安科瑞電氣股份有限公司針對太陽能發(fā)電系統(tǒng)開發(fā)的軟件平臺，可對太陽能光伏電站里的電池陣列、匯流箱、逆變器、交直流配電柜、太陽跟蹤控制系統(tǒng)等設(shè)備進(jìn)行實時監(jiān)測和控制，通過各種樣式的圖表及數(shù)據(jù)快速掌握電站的運行情況，其友好的用戶界面、強大的分析功能、完善的故障報警確保了太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的完全可靠和穩(wěn)定運行。
2.2.2.1 光伏發(fā)電監(jiān)測系統(tǒng)軟件功能
●實時監(jiān)測太陽能電池板的電壓、電流及其運行狀況
●防雷器狀態(tài)、斷路器狀態(tài)采集與顯示
●實時監(jiān)控逆變器工作狀態(tài)，監(jiān)測其故障信息
●系統(tǒng)詳細(xì)運行參數(shù)顯示
●故障記錄及報警
●具有電量累計、系統(tǒng)分析、歷史記錄功能
●簡單易用的參數(shù)設(shè)置功能
●系統(tǒng)輸出電流、電壓，瞬時發(fā)電功率、累計發(fā)電量，CO2、SO2減排量
2.2.2.2 軟件界面
系統(tǒng)運行主畫面
監(jiān)控系統(tǒng)提供功能選擇畫面，并對光伏陣列現(xiàn)場環(huán)境進(jìn)行實時監(jiān)測與顯示，如室外溫度值、濕度百分比、光照度及陣列表面溫度值等;
匯流監(jiān)測系統(tǒng)畫面
監(jiān)控系統(tǒng)可分區(qū)域?qū)崟r監(jiān)測各光伏陣列的充電電壓及電流、蓄電池電壓及溫度等信息，并對故障點進(jìn)行異常顯示與報警提示;
逆變器監(jiān)測畫面
監(jiān)控系統(tǒng)可繪制顯示逆變器電壓—時間曲線、功率—時間曲線等，直流側(cè)輸入電流實時曲線、交流側(cè)逆變輸出電流曲線，并采集與顯示日發(fā)電量等電參量;
事件記錄監(jiān)測畫面
監(jiān)控系統(tǒng)可針對光伏發(fā)電現(xiàn)場的各種事件進(jìn)行記錄，如：通訊采集異常、開關(guān)變位、操作記錄等，時間記錄支持按類型查詢，并可對越限報警進(jìn)行更改設(shè)置;
曲線、棒圖分析畫面
監(jiān)控系統(tǒng)對光伏發(fā)電的發(fā)電量可形成月棒圖及年度棒圖顯示，并折算成二氧化碳、二氧化硫減排量值;并可查看太陽輻射強度趨勢曲線、風(fēng)速變化趨勢曲線顯示
3 國內(nèi)光伏建筑一體化的應(yīng)用案例
3.1上海臨港新城兆瓦級光伏電站
3.2上海世博會園區(qū)中國館和主題館MW級光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)
3.3奧運鳥巢105kW光伏并網(wǎng)電站
3.4上海太陽能工程中心MW級光伏電站
3.5上海虹橋樞紐6.68兆瓦光伏電站
參考文獻(xiàn)：
[1]江蘇安科瑞電器制造有限公司產(chǎn)品手冊.2011.10版.
[2]陽光電源股份有限公司產(chǎn)品手冊
作者簡介：
師晴晴（1985－），女，漢族，本科，工程師，主要研究方向為智能建筑供配電監(jiān)控系統(tǒng)
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