分布式光伏的概述和在建筑中的应用

高洁

【摘要】分布式光伏发电系统是新能源的一种利用方式，本文对分布式光伏系统的原理和功能进行分析。并对实际建筑中设计方要点和机构安装要求进行简单介绍。依托国家最新优惠政策，解决我国偏远低区用电难用电贵的问题。

【关键词】分布式光伏；光伏组件；光伏设计和安装；

Abstract： the distributed photovoltaic power generation system is a way of using new energy， in this paper， the principle and function of distributed photovoltaic system were analyzed. And the actual building design essentials and a brief introduction to the installation requirements. Relying on the national latest preferential policies to solve the problem of low our country rural area electricity to power your.

Key words： distributed photovoltaic （pv）； Photovoltaic modules； Photovoltaic （pv） design and installation；

1、分布式光伏基本概念

1.1 分布式光伏发电定义

分布式光伏发电系统是一种利用太阳电池半导体材料的光伏效应，将太阳光辐射能直接转换为电能的一种新型发电系统，有独立运行和并网运行两种方式。与建筑结合的光伏并网发电是当前分布式光伏发电重要的应用形式，技术进展很快，主要表现在建筑光伏的电气设计方面和与建筑结合的安装方式。

1.2 分布式光伏发电特点

一是输出功率相对较小，具有间歇性。传统的集中式电站动辄几十万千瓦，甚至几百万千瓦，规模化的应用提高了其经济性。光伏发电的模块化设计，决定了其规模可大可小，可根据场地的要求调整光伏系统的容量。一般而言，一个分布式光伏发电项目的容量在数千千瓦以内。与集中式电站不同，光伏电站的大小对发电效率的影响很小，因此对其经济性的影响也很小，小型光伏系统的投资收益率并不会比大型的低。

二是污染小，环保效益突出。分布式光伏发电项目在发电过程中，没有噪声，也不会对空气和水产生污染。但是，需要重视分布式光伏与周边城市环境的协调发展，在利用清洁能源的时候，考虑民众对城市环境美感的关切。

三是能够在一定程度上缓解局地的用电紧张状况。分布式光伏发电在白天出力最高，正好在这个时段人们对电力的需求最大。但是，分布式光伏发电的能量密度相对较低，每平方米分布式光伏发电系统的功率仅约100瓦，再加上适合安装光伏组件的建筑屋顶面积的限制，因此分布式光伏发电不能从根本上解决用电紧张问题。

2、分布式建筑光伏组成

分布式光伏发电系统属于分类中并网光伏发电系统中的与建筑结合的光伏发电系统，系统的基本设备包括光伏组件、控制器、逆变器、储能装置、配电保护装置等设备，另外还有供电系统监控装置和环境监测装置。

2.1光伏组件

光伏组件是具有封装及内部联结的、能单独提供直流电流输出的、最小不可分割的光伏电池组合装置。将若干太阳能电池板按一定方式连接，组成太阳能电池方阵（阵列），在配上适当的支架及接线盒组成太阳能电池组件。

2.2控制器

有些光伏系统如景观系统，微网系统等需要一定的存储设备，如蓄电池。控制器的主要作用是控制蓄电池的充放电， 控制器应具有如下一些功能：信号检测、蓄电池最优充电控制、蓄电池放电管理、设备保护、故障诊断定位、运行状态指示。

2.3逆变器

逆变器的工作原理与整流器恰好相反，它的功能是将直流电转换为交流电，为“逆向”的整流过程，因此称为“逆变”。光伏阵列所发的电能为直流电能，然而许多负载需要交流电能，如变压器和电机等。直流供电系统有很大的局限性，不便于变换电压，负载应用范围也有限。除特殊用电负荷外，均需要使用逆变器将直流电变换为交流电。逆变器除了能将直流电能变换为交流电能外，还具有自动稳压的功能，可以改光伏发电系统的供电质量。

并网逆变器对于整个系统正常工作具有重要的地位，光伏系统需根据系统容量相应配置一定容量的并网逆变器。逆变器的故障率一定程度上决定整个系统的故障率，且并入电网的电能质量（谐波、电压偏差、电压波动和闪变和电压不平衡度等）基本上由逆变器的输出决定，因此需要选择可靠性高，保护功能强，无谐波污染等逆变器。

2.4储能装置

蓄电池是将电能转换为化学能贮存起来，需要时再把化学转变为电能的一种贮能装置。太阳能光伏发电系统配套使用的蓄电池的功能，是贮存太阳能电池方阵受光照时所发出电能并可随时向负载供电。目前常用的蓄电池有普通或胶体铅酸蓄电池和铁锂蓄电池。

2.5 配电保护装置

光伏并網系统作为电力系统的一部分需要接入保护装置，一般装在直流配电柜和交流配电柜中。保护装置一方面对光伏发电系统保护，防止孤岛效应等发生；另一方面需要安装继电保护装置，防止线路事故或是功率失稳。并网保护装置中一个重要的设备是逆变器。光伏系统除了在逆变器中设置有并网保护装置外，在光伏系统输出和并网点之间须增设另一套并网保护装置（置于交流配电柜中）作后备保护，以保证在光伏逆变系统发生异常的时候，光伏系统不对电网产生较大的不良影响，还可以保证在电网发生故障的时候，电网不对光伏系统产生损坏。常用的并网保护功能有低电压保护、过电压保护、低频率保护、过频率保护、过电流保护、短路、电网异常等故障保护及告警功能；并有孤岛监控检测保护功能

2.6 监测设备

光伏系统需要一套计算机监测、显示、通讯系统。

监测包括对太阳能发电状态的监测，如系统输入（直流）电压、电流，输出（交流）电压、电流、功率，实时发电量，累计发电量等，同时还监测系统的故障状态，如保护电流、电压等。被监测的量还包括环境参数，如太阳辐射量、环境温度、风向风力等，这需要一套环境监测仪。

环境检测仪由风速传感器、风向传感器、日照辐射表、测温探头、控制盒及支架组成，可测量环境温度、风速、风向和辐射强度等参量，其RS485通讯接口可接入并网监控装置的监测系统，实时记录环境数据。

3、建筑光伏的设计和安装

3.1分布式建筑光伏系统设计一般规定

太阳能光伏系统总的设计原则是：使光伏系统满足负载供电合理的可靠性同时，又有最佳的经济性；应该在太阳能资源丰富的地区建设。

3.1.1光伏建筑设计应根据建设地点的地理、气候条件，确定建筑的布局、朝向、间距、群体组合和空间环境，满足光伏系统设计和安装的技术要求。光伏建筑单体或建筑群体的主要朝向宜为南向。光伏建筑一体化是光伏系统依赖或依附于建筑的一种新能源利用形式，其主体是建筑，客体是光伏系统。因此，分布式光伏系统设计应以不损害和影响建筑的效果、结构安全、功能和使用寿命为基本原则。

3.1.2应考虑光伏组件类型、安装位置、安装方式对发电效益的影响，并应为光伏系统的安装、使用、维护、保养等提供必要的空间和承载条件。光伏组件设计不应跨越建筑变形缝。

3.1.3建筑体型及空间组合应为光伏组件接收更多的太阳光创造条件。光伏组件的安装部位应避免受自身或建筑本体的遮挡，并宜满足光伏组件冬至日全天有6h以上建筑日照时数的要求。

3.1.5光伏组件的构造及其安装应考虑通风降温措施，光伏电池的最高温度不应高于85℃。

3.1.6光伏系统的控制机房宜采用自然通风，当不具备条件时应采取机械通风措施。

3.2分布式建筑光伏系统的安装

3.2.1由于光伏系统是靠接收太阳光发电的，故一座建筑可安装光伏系统的位置就很有限，一般只有屋顶和南立面适合安装太阳能电池板，建筑东西立面也可以适量安装。

3.2.2坡屋顶上顺坡安装；这种安装方式有它的优势，依屋顶坡度平行安装，节省支架用材，节省安装面积，减小风压，并可在屋顶形成一层保温层。

3.2.3在平屋顶上以固定倾角安装，这种方式可以根据建筑所在地区的纬度采用全年可最大限度获取太阳能以获得最大发电量的角度。

3.2.4对于钢筋混凝土结构的平屋顶，当采用固定倾角安装时有2种选择，如果附加光伏系统满足房屋的承重要求，可以采用不破坏屋面的防水保温结构，用压重的方式保证光伏阵列安装的稳定。

3.2.5如果原建筑设计屋面承重余量不大，则可采用植筋方式，将光伏方阵支架基础与房屋主结构连接，这种方式要注意做好植筋后屋面的防水保温工作。

3.2.6如果是钢结构厂房，彩钢屋顶，目前支架与屋面连接一般采用特殊夹具。

车棚、凉棚可根据建筑形态进行设计，一般采用钢结构。

4、總结

依托国家颁布《关于分布式光伏发电项目管理暂行办法的通知》国能新能[2013]433号和：第二条 分布式光伏发电是指在用户所在场地或附近建设运行，以用户侧自发自用为主、多余电量上网且在配电网系统平衡调节为特征的光伏发电设施。使得分布式光伏发电的发展，首先将带来系统集成产业的兴起，其次，对于电网广域监控系统和微功率调度系统将有一个很大的促进。这是直接的产业辐射，而随着越来越多的建筑具有自发电功能，存储能源的使用，以及光伏光热一体化，建筑节能设施，将随后兴起。在屋顶的分布式光伏发电达到一定的比例的时候，将形成节点式、横向、市际的能源基础设施，以及由此形成的市场，会促进人们许多新的工作方式和生活方式的形成。其影响将远远大于互联网给人们带来的变化。

我国还有部分地区没有送上电。在已经送上电的农村，还有许多家庭因为收入低，仅有的电器是电灯和电视，他们晚上天一黑就睡觉，只为了节省一些电费。如果采用光伏分布式发电，能够让那些现在用不起电的人都能够享受哪怕是最基本的电力设施可以提供的便利，如现代化的学校、医院、健康护理、食品和公共卫生、就业以及计算机技术等，那我们的国家将会发生巨大的变化。

参考文献：

[1]中华人民共和国住房和城乡建设部.《民用建筑太阳能光伏系统应用技术规范》JGJ-203-2010[S].北京：中国建筑工业出版社，2010-5.

[2]梁有伟，胡志坚，陈允平. 分布式发电及其在电力系统中的应用研究综述[J]. 电网技术，2003，27（12）：71-75.

[3] 鞠晓磊，仲继寿. 民用建筑光伏系统设计解析--解读《民用建筑太阳能光伏系统应用技术规范》重点条文[J].建筑电气，2014，11：9-11.

[4] 王健，曹磊. 光伏发电技术在建筑工程中的应用[J].智能建筑电气技术，2012，2：45-51.