新型太陽(yáng)能光伏車棚的研究及應(yīng)用

劉穎

杭州華鼎新能源有限公司 浙江杭州 310000

隨著人類用電需求越來(lái)越高，原有的化石能源發(fā)電產(chǎn)生的污染也越來(lái)越大，節(jié)能和使用清潔能源變得越來(lái)越重要。清潔能源發(fā)電走進(jìn)了我們的日常生活。光伏車棚方便建設(shè)，外形美觀，可充分利用太陽(yáng)能形成電力供應(yīng)[1]。將停車棚與光伏發(fā)電技術(shù)相結(jié)合，使停車棚不僅能為車輛遮風(fēng)擋雨，又能利用太陽(yáng)能進(jìn)行發(fā)電，供電動(dòng)車充電、停車棚的照明和向電網(wǎng)供電。

1 陽(yáng)能光伏車棚系統(tǒng)組成

太陽(yáng)能光伏車棚系統(tǒng)主要由光伏支架、太陽(yáng)能電池方陣、逆變升壓系統(tǒng)、充電裝置系統(tǒng)和防雷及接地系統(tǒng)組成（圖1）。光伏支架：作為直接支撐太陽(yáng)能電池板的核心結(jié)構(gòu)，根據(jù)當(dāng)?shù)鼗撅L(fēng)、雪壓，滿足抗風(fēng)抗雪載能力，并按照最佳安裝傾角，設(shè)計(jì)出支架各個(gè)構(gòu)件所需截面尺寸。太陽(yáng)能電池方陣：是光伏系統(tǒng)主要部件，也是收集太陽(yáng)光的核心組件，將接收到的太陽(yáng)光能直接轉(zhuǎn)換成電能，大量的太陽(yáng)能電池板經(jīng)過(guò)若干組串聯(lián)合在一起構(gòu)成光伏組件的方陣。逆變升壓系統(tǒng)：包括智能匯流箱、直流配電柜、并網(wǎng)逆變器、升壓變壓器等，最終并網(wǎng)匯集。智能匯流箱是用于連接光伏方陣和逆變器，具備防雷功能和監(jiān)測(cè)電流、電壓。直流配電柜是對(duì)直流電能進(jìn)行分配、監(jiān)控、以及保護(hù)功能。并網(wǎng)逆變器是將直流電轉(zhuǎn)換成交流電的電力裝置，并具有系統(tǒng)故障保護(hù)功能。升壓變壓器主要是將低壓交流電升壓到10kV或35kV。充電裝置系統(tǒng)包括充電樁及充電裝置，防雷及接地系統(tǒng)：包括防雷器、引下線和接地網(wǎng)等[2]。支架通過(guò)鋼柱接地與水平接地體之間采用熱鍍鋅扁鋼連接，形成避雷接地網(wǎng)。防止或減少雷擊建筑物所發(fā)生的人身傷亡以及電氣系統(tǒng)損壞。

圖1 光伏車棚側(cè)視圖

2 太陽(yáng)能光伏車棚布置原則

為了能讓光伏車棚中的太陽(yáng)電池組件陣列更多地獲取太陽(yáng)輻射的能量，接收充分的日照時(shí)間，太陽(yáng)能光伏車棚選址一般位于橫向朝南、周圍對(duì)太陽(yáng)光無(wú)遮擋的地方。但在實(shí)際實(shí)施過(guò)程中，可能不一定能完全滿足此條件，因此只能盡量做到各種環(huán)境因素兼顧。

3 太陽(yáng)能光伏車棚發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)

本次設(shè)計(jì)的并網(wǎng)型光伏車棚發(fā)電系統(tǒng)，包括太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)及相應(yīng)的配套上網(wǎng)設(shè)施，本次設(shè)計(jì)利用停車棚頂部，完全不占用土地。該系統(tǒng)沒(méi)有電池儲(chǔ)能裝置，利用逆變器將直流電轉(zhuǎn)換成交流電后，按并網(wǎng)規(guī)范要求安全并入所在廠區(qū)低壓0．4KV用電系統(tǒng)。光伏系統(tǒng)為自發(fā)自用，余電上網(wǎng)模式。

3.1 廠區(qū)光伏車棚的位置及建筑平面設(shè)計(jì)

本次設(shè)計(jì)中光伏車棚的位置位于廠區(qū)的北側(cè)大門入口兩側(cè)，每個(gè)汽車停車位按照長(zhǎng)為6m，寬為3m設(shè)計(jì)，249個(gè)車位。每2個(gè)車位中間安裝一個(gè)充電樁，可以給電動(dòng)車充電使用。

3.2 廠區(qū)光伏車棚的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

本次設(shè)計(jì)中光伏車棚每個(gè)汽車的停車位對(duì)應(yīng)的電池板頂棚長(zhǎng)為6m，寬為3m，高為3．312m。

3.3 光伏車棚發(fā)電系統(tǒng)電氣設(shè)計(jì)

本次設(shè)計(jì)將光伏組件及支架按光伏車棚頂部實(shí)際條件進(jìn)行合理布置，形成車棚頂部光伏陣列，用于太陽(yáng)能的獲取及光電轉(zhuǎn)換，然后將光伏組件進(jìn)行合理串并聯(lián)后接入?yún)R流箱，，對(duì)匯流箱進(jìn)行防雷保護(hù)，根據(jù)并網(wǎng)型光伏逆變器的容量配置分路接入直流配電柜。直流配電柜的出口按額定功率匹配接入并網(wǎng)逆變器，經(jīng)過(guò)逆變器將直流電流轉(zhuǎn)換為滿足并入電網(wǎng)要求的交流電流并入電網(wǎng)。

3.4 光伏車棚發(fā)電系統(tǒng)電路和防雷設(shè)計(jì)

（1）設(shè)計(jì)電路。選用太陽(yáng)能發(fā)電并網(wǎng)技術(shù)，并利用信息網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)對(duì)此并網(wǎng)發(fā)電過(guò)程和數(shù)據(jù)的采集和傳輸進(jìn)行監(jiān)控，只有這樣才能應(yīng)對(duì)廠家對(duì)逆變器數(shù)據(jù)不完全開(kāi)放的缺點(diǎn)。

（2）分析系統(tǒng)安全性。首先要對(duì)各種配件進(jìn)行檢測(cè)，確保質(zhì)量的穩(wěn)定性，然后要保障系統(tǒng)避免遭遇外部因素影響。系統(tǒng)元件受外部因素的影響很大，對(duì)元件造成很大影響的外部因素通常有浪涌和雷擊等[3]。浪涌和雷擊會(huì)對(duì)光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)造成影響，所以為了避免外部等破壞性因素，通過(guò)安裝防雷設(shè)備對(duì)其系統(tǒng)進(jìn)行保護(hù)。對(duì)于產(chǎn)生的交流電，逆變器產(chǎn)生的交流電要想和電網(wǎng)連接，必須經(jīng)過(guò)配電柜才能實(shí)現(xiàn)。為了防止產(chǎn)生電涌浪網(wǎng)、雷電影響，已主動(dòng)采取防雷保護(hù)措施。對(duì)于產(chǎn)生的直流電，首先太陽(yáng)能光伏結(jié)構(gòu)要具備接地性能，然后通過(guò)安裝防雷配電柜和防雷匯流箱可有效對(duì)光伏并網(wǎng)系統(tǒng)進(jìn)行保護(hù)。

本次廠區(qū)光伏停車棚的設(shè)計(jì)，為工廠廠房屋頂太陽(yáng)能并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的研究、設(shè)計(jì)積累了經(jīng)驗(yàn)。但光伏停車棚發(fā)電并網(wǎng)對(duì)于工廠配電系統(tǒng)產(chǎn)生的問(wèn)題，還需要在具體實(shí)施后進(jìn)行深入的研究和分析。太陽(yáng)能發(fā)電的應(yīng)用前景十分廣闊，分布式太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)將成為太陽(yáng)能發(fā)電的重要組成部分。

4 結(jié)語(yǔ)

總而言之，太陽(yáng)能光伏車棚適用于社區(qū)、學(xué)校、商業(yè)廣場(chǎng)、工廠、政府機(jī)構(gòu)和旅游景區(qū)，可停放各種類型的車輛，并且能給電動(dòng)車、電動(dòng)汽車提供充電功能。除了能為車輛遮風(fēng)擋雨，還能利用太陽(yáng)能創(chuàng)造出清潔的光伏能源供給電動(dòng)車充電和燈光照明，起到了良好的節(jié)能減排作用。隨著新能源的不斷發(fā)展和城市節(jié)能減排、綠色環(huán)保的需求，太陽(yáng)能光伏建筑一體化越來(lái)越成為太陽(yáng)能應(yīng)用發(fā)電的新潮流，太陽(yáng)能光伏車棚使光伏系統(tǒng)與車棚實(shí)現(xiàn)完美結(jié)合，是光伏與建筑一體化探索的一次成功示范。