太陽能光伏建筑一體化的研究設(shè)計

張雷

【摘 要】本文介紹了關(guān)于太陽能光伏建筑一體化的研究設(shè)計，從我國發(fā)展光伏建筑一體化的現(xiàn)狀，討論了光伏建筑一體化的設(shè)計要素，并依據(jù)相關(guān)的規(guī)范，探討研究設(shè)計中的有關(guān)事項，為我國太陽能光伏建筑一體化的發(fā)展前景提供更好的條件。

【關(guān)鍵詞】太陽能；光伏建筑一體化；研究設(shè)計；孤島效應(yīng)

隨著社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，全球的能源也在日益的短缺中，故此我國也更加注重再生能源的開發(fā)。因此，太陽能光伏建筑一體化也應(yīng)運而生，它不僅是一種新能源的利用方式，更是直接把太陽能對建筑的輻射能直接轉(zhuǎn)化為電能的發(fā)電方式，不僅可以滿足該建筑的用電需求，還是節(jié)約能源的好辦法。以下本篇來就來研究太陽能光伏建筑一體化的設(shè)計方法。

1.太陽能光伏建筑一體化原理和發(fā)展前景

1.1光伏建筑一體化的設(shè)計原理

太陽能光伏建筑一體化其實就是一個發(fā)電系統(tǒng)，其原理也就是將光伏電池（太陽能電池）安裝在建筑物中或是與建筑物相結(jié)合的方式，從而會產(chǎn)生光電效應(yīng)，此時就可以直接將太陽能的可再生輻射能源直接轉(zhuǎn)化成電能，電能再經(jīng)過配套的逆變控制器轉(zhuǎn)換，從而使這種發(fā)電方式產(chǎn)生的電能可以直接滿足該建筑的用電量。當(dāng)然，如果用電量富余的情況下，還可以將其送給市政電網(wǎng)中，以此來滿足對于可再生電能的開發(fā)和利用。

1.2光伏建筑一體化系統(tǒng)的發(fā)展前景

光伏建筑一體化系統(tǒng)不僅能提高經(jīng)濟(jì)效益，還能實現(xiàn)低碳、環(huán)保、綠色、可持續(xù)發(fā)展的社會理念，對于部分電量短缺的地區(qū)也是很有益處的，還可以提高我國的電力水平。在建筑物的外圍使用光伏發(fā)電的一體化系統(tǒng)，設(shè)置光伏陣列來產(chǎn)生電力，不僅可以滿足建筑的用電需求，還可以增加建筑的經(jīng)濟(jì)效益，帶來更好的經(jīng)濟(jì)收益。在我國開展光伏建筑一體化的發(fā)電項目，不僅清潔環(huán)保，而且低成本高效益，作為一種新的發(fā)電能源，不僅可以改善我國目前的用電狀態(tài)，還能減少我國的資源浪費，使得再生的太陽能發(fā)電得到充分的使用，增強(qiáng)我國的電力開發(fā)水平。

2.太陽能光伏建筑一體化的設(shè)計需求

2.1光伏建筑一體化的設(shè)計步驟

在研究太陽能光伏建筑一體化的開發(fā)中，應(yīng)該遵循一定的設(shè)計步驟，不僅包括對當(dāng)?shù)刭Y源的可行性研究，還應(yīng)該對太陽能光伏組件和電池的容量進(jìn)行科學(xué)的判斷和研究計算，保證光伏建筑一體化在設(shè)計階段的完整性。其設(shè)計步驟如下圖所示：

1 確定太陽能電池安裝的可行性

2 計算太陽能電池的安裝面積

3 計算所需太陽能電池的容量

4 計算用戶的用電量

5 系統(tǒng)設(shè)計完成

2.2 太陽能光伏建筑一體化建設(shè)中要點

在光伏建筑的一體化設(shè)計中，應(yīng)該注重與周邊建筑環(huán)境的協(xié)調(diào)，要在保持建筑環(huán)境的基礎(chǔ)上進(jìn)行設(shè)計操作；對于建筑的光伏發(fā)電設(shè)計中，還應(yīng)該不影響建筑的結(jié)構(gòu)，而且還要在工程造價允許的范圍之內(nèi)設(shè)置太陽能電池板；而且，在實際的施工當(dāng)中，如果太陽能電池的發(fā)電容量小就應(yīng)該結(jié)合逆變器和控制器，使得電量資源得到充分的應(yīng)用。

2.3設(shè)置光伏一體化的建筑位置

在太陽能光伏建筑一體化的建設(shè)中，對于地點的選擇也有依據(jù)，應(yīng)該根據(jù)實際的情況去決定可以鋪設(shè)太陽能電池的數(shù)量，并且還要確定好太陽能電池板的安裝位置。并且還要在不影響建筑美觀的情況下，結(jié)合建筑內(nèi)用電的實際狀況，計算出最佳的太陽能電池板數(shù)量，以確保一體化的光伏建筑可以滿足人們的用電需求。

3.光伏建筑中太陽能光伏方陣的設(shè)計需求

3.1系統(tǒng)中的光伏組件技術(shù)

太陽能光伏方陣中的設(shè)計中，應(yīng)該考慮到天氣的因素，盡可能的加大光伏方陣的面積，并且還要提高光伏方陣的使用壽命。光伏組件的選擇，應(yīng)該選取壽命在大于20年的組件，并且工作環(huán)境中應(yīng)該經(jīng)受住45度的溫度，光伏組件應(yīng)該以相同顏色，且無外表損傷的方式放置，組件中電池的排列也應(yīng)該整齊無斑，還應(yīng)做好防冰雹、防沙塵等措施。

3.2如何確定太陽能光伏方陣的最佳傾角

在太陽能光伏建筑一體化的設(shè)計中，應(yīng)該考慮到光伏方陣角度對光伏系統(tǒng)的影響，太陽輻射的多少直接影響發(fā)電量，故此可以設(shè)置相對的傾角來提高光伏建筑的發(fā)電率。由于我國是在北半球，故此可以選擇30度的傾角來進(jìn)行太陽能光伏方陣的安裝，提高一體化光伏建筑的發(fā)電量。

3.3太陽能光伏電路的設(shè)計

一體化的太陽能光伏建筑發(fā)電系統(tǒng)，就是利用太陽的輻射來進(jìn)行發(fā)電的，因此在設(shè)計光伏電路的時候，需要考慮到太陽照射的因素，因此可以設(shè)計一個等效電路來實現(xiàn)對太陽能量的連接和轉(zhuǎn)換。具體的電路設(shè)計如下：

3.4太陽能光伏建筑中電池組件的大小

在太陽能光伏建筑一體化設(shè)計中，應(yīng)該考慮到電池組件的大小，并參照電池組件的技術(shù)要求來制定設(shè)和系統(tǒng)需求的電池組件規(guī)格，并將其安裝在太陽能的光伏組件中。只有將電池組件的大小設(shè)置成功，才可以提高太陽能光伏建筑的發(fā)電量，提高我國對再生能源的利用率。

4.設(shè)計光伏建筑一體化中的附屬設(shè)施

在光伏建筑一體化的設(shè)計中，還應(yīng)該對交流配線系統(tǒng)和直流配線系統(tǒng)的運行進(jìn)行監(jiān)控和檢測，還有確保系統(tǒng)的防雷、以及接地系統(tǒng)的安全，因此對于系統(tǒng)中的附屬設(shè)施也應(yīng)該有明確的設(shè)計目標(biāo)才行。

4.1設(shè)計交、直流配電系統(tǒng)

太陽能光伏建筑一體化設(shè)計中，交流配電系統(tǒng)的安全也關(guān)系到整個系統(tǒng)的正常運行，因此可以設(shè)置漏電保護(hù)、電隔離等裝置，方便對交流配電系統(tǒng)的故障維護(hù)。在光伏建筑一體化中對于直流配電系統(tǒng)的設(shè)計，使用不同線徑的電纜，用串聯(lián)和并聯(lián)的方式分別滿足電網(wǎng)對電壓的需求和負(fù)載對發(fā)電功率的需求，建設(shè)外部環(huán)境對系統(tǒng)的影響，從而提高光伏建筑一體化發(fā)電系統(tǒng)的運行安全。

4.2輔助配套設(shè)施的設(shè)計需求

光伏建筑一體化建設(shè)中，對于輔助的配套設(shè)施，應(yīng)該對其進(jìn)行設(shè)計和選型，不僅要滿足系統(tǒng)的使用需求，還應(yīng)該有體積小、使用簡便、壽命長，并具有防雷電、冰霜等一系列惡劣氣象條件，以此來提高用電的安全，并確保光伏建筑一體化系統(tǒng)的安全運行。

5.設(shè)計光伏建筑一體化中逆變控制器

在太陽能光伏建筑一體化中，逆變控制器就是負(fù)責(zé)逆變、保護(hù)與控制的功能，可以將直流電轉(zhuǎn)化為交流電，也可以將交流電的電壓、頻率等同時進(jìn)行控制，在整個光伏建筑一體化中還有與防治“孤島效應(yīng)”的功能，保證了光伏系統(tǒng)的安全。

5.1逆變控制器的設(shè)計需求

在對逆變控制器的設(shè)計中，應(yīng)該保證其使用的壽命在20年以上，而且逆變控制器還應(yīng)該滿足光伏方陣的最大使用功率，不管是光照、電壓、溫度怎么變化波動，都要確保逆變控制器可以正常運行。還需要具有防雷、防短路、防電壓異常的功能，必須確保其對電流轉(zhuǎn)換率在90%，確保電能質(zhì)量及電網(wǎng)和建筑的安全運行。

5.2防孤島效應(yīng)設(shè)計

在光伏建筑一體化的設(shè)計中，應(yīng)該做好一切的保護(hù)措施，因此逆變控制器還應(yīng)該有防孤島效應(yīng)的功能。在孤島效應(yīng)發(fā)生時，應(yīng)該及時斷開電網(wǎng)，確保光伏建筑一體化發(fā)電系統(tǒng)的安全，減少對供電質(zhì)量的影響，提高光伏發(fā)電的安全性，為我國太陽能光伏建筑一體化的建設(shè)提供有力的保障。

6.結(jié)論

由上可知，太陽能光伏建筑一體化不僅是將太陽能充分的利用，更是將發(fā)電產(chǎn)品集成到建筑應(yīng)用上的新技術(shù)，利用太陽能光伏建筑一體化不僅具有經(jīng)濟(jì)效益，還具有能源效益，可以節(jié)省我國的用電資源，提升我國對再生能源利用的形象，值得在實際的建筑開發(fā)中應(yīng)用推廣。

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