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论公共建筑的光伏发电系统设计及应用

2024-08-23 5 上传者：管理员

摘要：为了有效降低公共建筑电气能耗，提高电能利用效率，实现建筑工程的绿色化、节能化发展，本文针对公共建筑光伏发电系统设计及应用展开综合探究，论述了光伏发电基本原理、设计要求，分别从发电板和电路设计两方面，提出了光伏发电系统设计要点，并根据A建筑实际用电情况，确定了光伏发电系统并网设计的相关参数，以期能有效提升光伏发电效率，推动光伏发电技术的全面发展。

关键词：
光伏发电系统
公共建筑
应用分析
环保理念
设计要点
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近年来，随着可持续发展战略的不断深入，绿色、节能、环保理念逐渐深入人心，各行各业更加注重节能降耗问题，尤其建筑领域已将节能纳入强制性控制标准。但由于建筑结构用电设备众多，耗电量巨大，采用传统电网供电存在负荷波动大、电能利用率低、管理难度大等问题，造成电能浪费严重，不利于可持续发展战略的实施。光伏发电技术作为一种新型发电手段，可将太阳能转化为电能，且不会产生任何有害物质，具有绿色、环保、零污染等优点，将其应用于公共建筑电气供电领域，能有效减少能源消耗，降低环境污染，具有显著的经济、环保效益。因此，本文针对公共建筑的光伏发电系统设计及应用进行系统分析，确定了具体的设计参数，对实现建筑绿色化及推动光伏发电技术发展具有重要的现实意义。

1、光伏发电基本原理

光伏发电主要是利用太阳能进行发电的技术，具有节能、环保、可持续等优点，在日照条件较为丰富的区域得到了大规模应用，其主要装置为太阳能电池板，附属组件包含逆变器、配电端、控制器、电能储存装置等，利用太阳能电池板采集太阳能，并将其转化为电能，经储存处理后，输送至配电端供用户使用。随着科技的不断发展，光伏发电技术取得了较大进步，已被成功应用于建筑、交通、气象、航空、汽车制造等众多领域。

2、光伏发电系统设计标准要求

为了有效确保光伏发电系统运行安全性、稳定性，在进行系统设计时，应根据现场环境特征，并结合光伏发电相关技术标准，合理确定闭网控制、系统保护、输出功率等技术指标，从而全面提高系统发电能力。具体要求如下。

(1）全面采集输出电压、相位、供电频率等相关指标，并与并网数据进行比较，保证逆变器和电网参数保持相同。

(2）科学布设逆变器，并合理设置相关参数，有效提升光伏发电系统发电效率。

(3）光伏发电系统需设置智能化开关装置，当系统产生故障时，可自行关闭电能传输功能，进入断电保护模式，避免系统其他组件遭受破坏；待恢复正常状态后，系统自动运行。

(4）为了提高系统应对突发状况的能力，确保其在恶劣环境下运行安全性，光伏发电系统应设置过载保护、超前故障预警、防雷保护等装置。

(5）该系统直流侧电压设计值应高于恶劣环境下太阳能电池板输出电压最大值，并且系统采用的所有组件额定电压应高于设计值。

3、公共建筑光伏发电系统设计要点

3.1发电板设计

太阳能发电板材质与采光面积直接影响光伏发电系统发电能力，为了有效确保发电站发电能力，应根据现场太阳倾斜角度、建筑结构朝向等各方面因素，科学确定太阳能发电板布局，最大限度增大发电板采光面积，提升发电效率。同时，应根据建筑物布局，合理优化发电板位置，在保证满足使用功能的条件下，提高布局美观性。

发电板材质、布局确定后，为确保光伏发电系统运行的稳定性、高效性，应进一步优化细部节点设计工作，具体设计时，应坚持“拆装方便、功能齐全”的原则。由于发电板等组件主要位于室外环境中，长期处于风吹、日晒、雨淋环境中，为确保系统整体安全性、稳定性、耐久性，除了加强基础设施质量外，还应科学强化支撑构件、檩条等相关构件的设计工作，根据结构整体受力特征，合理进行布局，提高整体稳定性。光伏组件安装设计图如图1所示。

图1光伏组件的安装设计（单位：mm)

3.2电路设计

电路作为光伏发电系统的重要组成部分，对保证系统稳定运行具有重要作用。光伏发电系统主要是由各种功能不同的电子元件经电路串并联而成，以实现电能的稳定输送，其中，屋面及幕墙组件电路需独立布置。

按照光伏发电站整体供电需求，需采用8个元件串联成一组光伏组件，各光伏组件利用汇流装置形成光伏发电系统，在系统中安装逆变器后，与用户端相连接，并在电路系统中设置电表及控制器，完成对电量的计量与监控。光伏组件结合设计如图2所示，发电电路设计、光伏发电电路设计分别如图2～3所示。

图2光伏组件结合设计

图3光伏发电电路设计

4、光伏发电系统在公共建筑中的应用

利用光伏发电系统能够将太阳能直接转化为电能，有效地推动了建筑工程建设的绿色化发展，使建筑结构用电更加经济。光伏发电系统发电能力与组件性能、发电板布局、采光面积等密切相关，其相关设计指标见表1。

表1光伏发电系统技术指标

某项目A建筑结构采用三级节能标准设计，其使用功能以办公为主，主要电气设施：照明、暖通、普通动力、会务等，由于空调设施通过地源热泵提供能量，因此功率指标主要从照明、普通动力机会务三方面进行分析。详细数据如表2所示。

为了有效降低该建筑电气能量消耗量，所有照明设施均采用节能灯具，其节能标准符合国家标准要求，总功率应结合建筑功能形式及照明设施布设情况等各个方面共同确定，同时，应兼顾普通动力及会务用能情况，由于普通动力中电梯耗能较大，因此总负荷忽略电梯负荷。A建筑电气负荷指标如表3所示。

表2某项目A建筑功率参数

表3 A建筑电气负荷指标

经统计分析，A建筑照明、会务及普通动力系统总负荷为132.0KW，其光伏系统设计总功率为150.0KW，完全满足建筑实际用电需求；由于光伏发电受光照、天气等各方面因素影响较大，阴雨等极端天气条件下，其供电稳定性较差，为确保建筑结构各系统正常运行，应将光伏发电与电网进行并网运行，在充分发挥光伏发电节能、环保效用的基础上，实现电网供电的兜底效用。

5、结语

综上所述，光伏发电技术的成功应用，有效解决了能源短缺问题，实现了能源结构的合理分配，推动了建筑行业的绿色化、节能化发展。实际应用时，为了有效提升光伏发电系统发电能力，降低公共建筑能耗，应严格按照光伏发电系统设计标准要求，并根据建筑结构使用功能、结构形式，科学进行光伏发电系统设计，保证发电板及电路设计的合理性，最大限度提升发电效率；同时，为确保建筑用电稳定性，应将光伏发电与电网进行并网运行，在充分发挥光伏发电节能、环保效用的基础上，实现电网供电的兜底效用，从而有效推动光伏发电技术的稳定发展。

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文章来源:朱宜飞,陈卫鹏.论公共建筑的光伏发电系统设计及应用[J].中国设备工程,2024,(16):117-118.