太陽能光伏發(fā)電技術(shù)在綠色建筑中的應(yīng)用分析

王中杰　姚昕彥　蔣耀仙

摘要：可持續(xù)發(fā)展理念不斷深化背景下，建筑行業(yè)開始朝著綠色、環(huán)保、節(jié)能的方向發(fā)展，在建筑工程建設(shè)中，綠色建筑、節(jié)能建筑成為了現(xiàn)代建筑的主流趨勢，對于各類先進(jìn)技術(shù)的需求也在不斷提供，將太陽能光伏發(fā)電技術(shù)應(yīng)用到綠色建筑中，能夠順應(yīng)綠色建筑在施工和使用過程中對于節(jié)能降耗的需求，減少環(huán)境污染問題。

關(guān)鍵詞：太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng);控制技術(shù);應(yīng)用

引言

目前，我國的太陽能光伏控制技術(shù)得到了快速的發(fā)展，在經(jīng)濟(jì)社會的發(fā)展的過程中具有越來越重要的地位，太陽能光伏電池的生產(chǎn)成本將不斷降低，光伏轉(zhuǎn)換效率將不斷提高，使其在綠色建筑工程建設(shè)中也得到了廣泛的應(yīng)用，加強(qiáng) 太陽能光伏發(fā)電技術(shù)在綠色建筑中的應(yīng)用研究具有重要的現(xiàn)實意義。

1光伏發(fā)電概述

所謂的光伏發(fā)電就是利用設(shè)備將太陽能資源轉(zhuǎn)化成我們所需要的電能，充分的利用半導(dǎo)體及相關(guān)的電子設(shè)備組件，太陽能的電池，并且布置成一定規(guī)模的發(fā)電系統(tǒng)，這個系統(tǒng)將太陽能光伏換成直流電，并且利用能量逆變器對太陽能所轉(zhuǎn)化成的電流進(jìn)行轉(zhuǎn)變，成為人們所需要的電能。太陽能光伏對綠色建筑產(chǎn)生了很大的影響，若我們供應(yīng)了源源不斷的電能，他本身就非常的環(huán)保，有很多的優(yōu)勢，并且它的利用的效率非常的高，而且投入的成本對來說很低獲得的效益很高，而且建設(shè)光伏發(fā)電的設(shè)備的外觀那美觀實用，可以與建筑物融為一個整體，為建造企業(yè)提供了一定的便利。我為了更好地利用光伏發(fā)電，投入了大量的人力物力對光伏發(fā)電進(jìn)行研究，在以往的案例中總結(jié)經(jīng)驗，不斷的創(chuàng)新，利用先進(jìn)的發(fā)電設(shè)備，并且擴(kuò)大電光伏發(fā)電的規(guī)模。光伏發(fā)電在中國的發(fā)展前景會越來越好，但是在使用規(guī)模和使用程度上都會成為最主要的發(fā)電方式之一。

2太陽能光伏發(fā)電技術(shù)在綠色建筑中的應(yīng)用

某建筑占地面積達(dá)到1.7萬m2，總建筑面積8.8萬m2，共有5棟高層辦公樓，辦公樓前兩層為商鋪，三層及以上為辦公區(qū)域。在建筑規(guī)劃設(shè)計過程中，已經(jīng)申報了相應(yīng)的綠色建筑二星級設(shè)計標(biāo)識，而依照我國對于綠色建筑的相關(guān)規(guī)定，在建筑中至少需要采用一種可再生能源。從建筑所處區(qū)域、成本等方面進(jìn)行綜合考量，在太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)、太陽能熱水系統(tǒng)以及地源熱泵系統(tǒng)之間進(jìn)行對比分析，最終決定在建筑中采用太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)，其本身不僅安全可靠、無任何污染物排放，而且能夠為建筑提供相應(yīng)的電能供應(yīng)，雖然在夜間不可用，不過辦公區(qū)域夜間對于電能的消耗并不大，而且可以由公共電網(wǎng)提供夜間的電能供應(yīng)，5棟高層建筑樓頂都存在有可供利用的空間，在實際操作中有著良好的可行性。

太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)在該工程項目中的應(yīng)用主要是為建筑地下室、走廊等提供照明用電，在對系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計的過程中，應(yīng)該強(qiáng)調(diào)合理性、實用性、可靠性和經(jīng)濟(jì)性，一方面必須切實保證系統(tǒng)配置的科學(xué)性，另一方面也必須確保系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)長期穩(wěn)定運行，滿足建筑照明的用電需求。應(yīng)該在滿足用電需求的情況下，使用盡可能少的太陽能電池組件功率，對系統(tǒng)運行的可靠性和成本進(jìn)行協(xié)調(diào)，保證經(jīng)濟(jì)效益的最大化。

2.1明確系統(tǒng)位置

對辦公樓進(jìn)行全面分析，發(fā)現(xiàn)在屋頂上存在多處挑空區(qū)域，南側(cè)空間較大，能夠滿足太陽能電池板的安裝需求，因此，在進(jìn)行太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計的過程中，可以將光伏組件設(shè)置在屋頂南側(cè)區(qū)域，為了避免光伏組件被遮擋，可以適當(dāng)對其進(jìn)行架高處理。在工程項目中，共需要安裝320塊光伏組件，均勻分布在商業(yè)辦公樓南側(cè)屋頂，總占地面積為523.76m2，總安裝功率300.8kW。太陽能光伏組件在將太陽光能轉(zhuǎn)化為直流電后，經(jīng)由相應(yīng)的輸配電網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)皆O(shè)置在地下室的配電房，借助逆變器轉(zhuǎn)化為380V交流電，電能并不上傳到公共電網(wǎng)，而是全部并入到變壓器負(fù)載端。

2.2太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的最大功率點跟蹤

由于太陽能電池會受到環(huán)境溫度、日照強(qiáng)度等因素的影響，其輸出功率會出現(xiàn)較大的波動。太陽能電池的輸出功率會因環(huán)境溫度、日照強(qiáng)度的變化而變化，因而其輸出功率需要根據(jù)所能產(chǎn)生的電能進(jìn)行自動調(diào)節(jié)，確保其與負(fù)載相配合，從而達(dá)到最大的功率轉(zhuǎn)換效率，以提高光伏方陣?yán)寐?。光伏方陣最大功率點跟蹤（MPPT）是最主要的控制方法，此外還有爬山法、增量電導(dǎo)法、恒壓跟蹤法、自適應(yīng)算法、爬山改進(jìn)法等，下面主要針對MPPT進(jìn)行分析。由于光伏陣列在負(fù)載、環(huán)境變化下，輸出電壓與電流呈現(xiàn)出非線性，在特定工作環(huán)境下存在唯一的最大功率輸出點，光伏陣列能不能在最大功率點工作取決于其負(fù)載大小。由于外界的溫度變化，以及光照強(qiáng)度無法采用人為的方法進(jìn)行控制，且這兩個影響因素在一天之中會不斷的變化。為了確保光伏陣列的輸出特性也能隨著外部環(huán)境的改變而做出相應(yīng)的變化，能夠始終在最大功率點工作，就必須適時改變光伏陣列所接的負(fù)載。為此，可以通過在光伏陣列與負(fù)載之間串聯(lián)最大功率點跟蹤電路來達(dá)到目的。較為常用的最大功率點跟蹤電路是一個DC/DC變換器，DC/DC變換器占空比與其所帶負(fù)載的函數(shù)就是光伏陣列所帶的等效負(fù)載，對占空比進(jìn)行調(diào)節(jié)就能夠?qū)崿F(xiàn)改變光伏陣列所帶負(fù)載的目的，以達(dá)到最大功率點跟蹤，充分利用光伏陣列產(chǎn)生的電能的效果。

2.3太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的儲能及充放電控制

儲能及充放電的控制對于太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)也有重要的影響，控制器要完成最大輸出功率跟蹤，保持最大功率輸出，以預(yù)防蓄電池出現(xiàn)深度放電與過充電，并達(dá)到最佳狀態(tài)。一般而言，在線式電壓檢測主要是通過檢測蓄電池的端電壓，在其大于某個限定值時就判斷為已充滿，從而停止太陽電池向蓄電池充電。但是，在停止充電后端電壓會下降，蓄電池充電實際上并未充足，從而使蓄電池的壽命、充電器整體效能的提高遇到瓶頸，因而需要選擇新的離線式檢測。通過一個太陽電池給多個蓄電池模塊進(jìn)行輪換充電，在充電電路斷開后各個蓄電池端壓都有足夠的時間恢復(fù)正常，可以確保檢測結(jié)果正確反映蓄電池容量。并且，在原有電路增加放電自鎖功能、下限自鎖電路，利用放電自鎖功能可以防止蓄電池對負(fù)載進(jìn)行小電流放電，并防止蓄電池深度放電以起到保護(hù)蓄電池的作用。在太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)當(dāng)中，無論是蓄電池的負(fù)載，還是太陽電池的輸出，又或者是蓄電池的自放電，都是不確定量，因而儲能及充放電控制可以采取模糊控制方法來實現(xiàn)。

結(jié)束語

太陽能是一種清潔的新能源，是我國未來的能源結(jié)構(gòu)當(dāng)中重要的組成部分，其開發(fā)與利用對于能源發(fā)展意義重大。太陽能光伏發(fā)電是一種主要的開發(fā)途徑，其主要是利用太陽能電池吸收光能，從而產(chǎn)生光生電子-空穴對，通過太陽能電池的內(nèi)建電場使光生電子和空穴被分離，進(jìn)而在太陽能電池的兩端產(chǎn)生正負(fù)電荷積累形成光生電壓，最終產(chǎn)生可利用的電能。當(dāng)前，太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)得到了重大的發(fā)展，其中關(guān)鍵的控制技術(shù)起到了重要的作用。

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