太阳能光伏发电系统在建筑物中的设计与实施

太阳能光伏发电系统在建筑物中的设计与实施

宋从敬 ,袁传平

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摘要：现阶段，随着碳达峰、碳达峰目标的提出，我国太阳能发电技术进入了高速发展期，光伏逆变器作为光伏发电站的核心设备，发挥着将直流电转化为交流电的重要作用。然而，在使用过程中，光伏逆变器会出现各种故障，影响光伏电站电系统的正常运行。通过对光伏逆变器常见故障的分析和原因的归纳，提出了相应的处理方法，旨在为光伏逆变器的使用和维护进行交流，提高现场设备运维水平。

关键词：太阳能光伏发电系统；建筑物；设计与实施

引言

近些年，随着社会经济的发展，对清洁能源越来越重视，我国提出了“碳中和、碳达峰”目标，这在一定程度上促使太阳能、风能等清洁绿色能源受到关注。现阶段太阳能光伏发电技术逐渐趋于完善，基本能够实现运行目标，与社会能源消耗需求相符，因此光伏发电并网和相关技术发展成为人们关注的重点。基于此，在简述太阳能光伏并网发电的基础上，阐述太阳能光伏系统并网技术的具体应用。

1建筑光伏发电系统概述

光伏建筑一体化（Building Integrated Photovoltaic,BIPV）是基于可再生能源利用提出的新理念。建筑光伏发电系统集成了建筑物的制冷、供暖、照明、家用电器等系统，将光伏发电系统应用到建筑上能够降低建筑的能源消耗，建筑光伏发电系统具有环境友好、节能、安全、美观和经济实用的特点。在建筑光伏发电系统的建设中，需要将光伏发电系统作为建筑组成集成到基础建设项目中，光伏发电系统不在建筑完工后安装，而是随着建筑的设计、建造和审批同步完成建设。（1）可充分使用外墙、屋面及墙壁作为光伏发电系统的承载体，不需要占用过多的土地资源，适合于人口稠密、土地资源紧张的区域。（2）建筑和光伏发电系统同时设计和施工，建筑光伏发电系统在原地发电并利用，可以省去建设电力传输设施的费用，降低传输损耗和储能装置的成本，应用范围很广。

2常见故障类型

2.1电网连接失败

电网连接失败是光伏逆变器常见的故障之一。当光伏逆变器无法成功连接到电网时，会导致其无法正常工作，甚至损坏逆变器。电网连接失败的原因可能是电网本身存在问题，例如电压波动、电网断电等，也可能是逆变器内部连接线松动、接触不良等问题所致。

2.2直流侧故障

直流侧故障是光伏逆变器常见的故障之一，可能会影响太阳能电池板的输出电流和电压，从而影响逆变器的输出电流和电压。以下是直流侧故障的原因分析和处理方法。太阳能电池板是光伏电站的核心部件，其质量和性能直接影响到光伏逆变器的运行。如果太阳能电池板出现故障，如板面损坏、短路、断路等，就会导致逆变器无法正常工作。处理方法：①定期对太阳能电池板进行检查和维护，如清洁、紧固螺丝等；②如果发现太阳能电池板出现故障，需要及时更换或修理。

2.3负载过大

如果光伏组串的设计不合理导致负载超过了逆变器的承载能力，就会导致逆变器和连接部件过载而发生故障。处理方法：①定期检查光伏电站的负载情况，确保负载不超过逆变器的承载能力；②对于负载过大的情况，需要及时降低负载或增加逆变器的承载能力。

3现代建筑光伏发电系统的设计

3.1光伏方阵设计

在光伏方阵设计中，需要分析建筑位置的地理信息（包括经度、纬度、海拔等）、气候特性（平均气温和空气指数）、一年中太阳辐射总量和太阳时数，得出光伏方阵的方向、间距及排列模式，从而为光伏方阵的优化设计奠定基础。目前，光伏发电系统常用无变压器型、低变压器相对于大型光伏发电站，一般民用建筑的光伏发电系统是一种小型的电力系统，其设计需要更高的安全性和效率，需要在保证光电转换效率的同时，避免过高的技术指标。通常情况下，应选用无变压器型逆变器，不仅可以达到设计的要求，而且可以保证经济效益。

3.2蓄电池选型

在白天，光伏组件接受太阳辐射所产生的电力通过充放电控制器，传输到蓄电池中存储起来，在日照不足时，可以为负荷提供电力。蓄电池的主要类型包括一般铅酸电池、免维护电池、胶体电池、碱镍镉电池等。其中免维护电池和胶体电池都不会对环境产生污染，特别适用于对动力系统有高要求的场合。蓄电池的容量会受到许多因素的影响，包括蓄电池的每日用电量、蓄电池的放电深度、环境温度和蓄电池的独立运行时间。负荷类型对蓄电池能效有很大影响，其功率是由负荷的冲击程度决定的。在民用建筑光伏发电系统中，当不能充分确定负载时，为保证电网的可靠运行，需要留出足够的蓄电池容量。

3.3充放电控制器选型

在选择充放电控制器时，要依据其性能指标，并参照产品样品进行选择。设计人员需要考虑充放电控制器的电压，根据系统的实际情况，选择合适的充放电控制器，使充放电控制器的工作电压和输出电压与逆变器的参数相匹配。在实际应用中，控制器的输入量必须大于光伏组件的输出量。当装机容量不大时，可以选用仅有一路输入的低功率控制器；在装机容量比较大的场合，可以选用多路输入的大功率控制器，并且每路光伏组件的输出电流不应该超过控制器所允许的最大电流。在选择控制器时，还要考虑系统的运行环境。控制器的操作温度是由操作环境温度决定的，如果控制器在户外安装，其保护级别应该比较高，如 IP65；如果控制器在室内工作，其保护级别可以选择 IP54。控制器的外部尺寸需要按照输入线路的数量和厂家的样品而定。

3.4供配电系统设计

光伏组件发的电需要通过配电系统来输送，在端子箱中安装一个旁路二极管可以避免元件的热斑影响。设计人员应该根据光伏组件类型选择接线盒，接线盒主要分为晶硅接线盒、非晶硅接线箱、幕墙接线盒等类型。在此基础上，需要根据电池的最大输出电流和最大短路电流选择接线盒的参数。在选择光伏汇流箱时，要考虑输入路数、熔断器额定电流、断路器额定电流及光伏汇流箱体的保护等级等因素。雷电可分为直击雷、感应雷和雷电波，要实现对雷击事故的有效防护，必须在配电系统中组合应用多重防护措施。1）选择优质的光伏逆变器产品，确保其质量可靠和稳定性高。2）在安装逆变器时，应根据安装手册的要求进行正确安装，避免因错误安装而导致故障发生。3）逆变器的安装环境应具有良好的通风和散热条件，防止过热损坏。4）防止逆变器遭受强烈的冲击和震动，特别是在运输和安装过程中要格外注意。5）定期进行系统的运行监测和分析，及时发现系统的异常情况，采取措施进行调整和修复。

结语

综上所述，要想实现可持续发展，就必须大力发展新能源与绿色建筑技术，建筑光伏发电系统的应用顺应了这一发展趋势，电气设计人员应该加强对新技术、新材料、新设备的研发，提高我国光伏发电领域的技术水平，加强节能环保技术的使用，从而推动建筑光伏发电系统的普及。

参考文献

[1]  王君瑞, 王闯, 贾思宁, 等. 光伏并网发电系统的控制策略研究[J].电源技术, 2020, 44 (2) : 235-238.

[2]  钟根香, 胡铮龙, 张要锋. 基于户外并网光伏电站运行数据的双面光伏组件发电性能研究[J]. 太阳能, 2023 (2) : 58-64.

[3]  杨华. 城市住宅中光伏建筑一体化的应用研究[J]. 光源与照明,2023 (3) : 94-96.

[4]  秦国经, 韩银凤, 贾洋洋, 等. 碳中和背景下某办公楼建筑电气设计探究[J]. 现代建筑电气, 2022, 13 (12) : 1-7.

[5]  谢敏, 高浩睿, 胡海峰. 分布式光伏+储能在民用建筑应用研究与探讨[J]. 建筑电气, 2022, 41 (12) : 62-66.