论公共建筑的光伏发电系统设计及应用

论公共建筑的光伏发电系统设计及应用

乔雍  

上海电投融和新能源发展有限公司  上海市  201799

摘要：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。

关键词：公共建筑；光伏发电系统；设计要点；应用分析

引言

在新能源领域中，光伏发电技术以其普遍性和优越性脱颖而出，其环保与便利的特性在各领域得到了广泛应用，成效显著。光伏发电技术依托于太阳能原理，成为最为高效便捷的能源采集方式。太阳能作为自然界中最为优质的能源，通过对其深入的开发与研究，我们确保了新能源的建设与发展，实现了资源的节约与能源的可持续利用。新能源光伏发电系统的科学有效应用，不仅极大地缓解了能源供应压力，而且因其环保特性，显著减轻了城市的环境污染问题。因此，新能源光伏发电系统对于我国可持续发展战略的深入贯彻与落实具有极为现实且重要的意义。

1光伏发电原理与特点

1.1光伏发电系统原理

光伏电池是光伏发电系统的核心组件，硅材料是光伏电池的主要原材料，一般分为单晶硅、薄膜或者多晶硅等。光伏发电系统的原理与二极管原理大致类似，最显著的不同点在于光伏电池。PN结在太阳光子和辐射的作用下，能够对电子的移动频率进行明显的加速。独立的光伏网系统是逆变器控制器与光伏电池中最为主要的组成部分，其不仅使用更加便捷，而且应用范围和使用频率都较为广泛。当光伏电池出现较弱的状态时，能够结合电网共同使用。光伏发电系统的初期成本比较昂贵，后期的工作强度较大，这也降低了光伏发电系统的利用效率。

1.2光伏发电系统特点

对于新能源光伏发系统来说，不仅能够有效地降低能源消耗量，而且还能够降低发电企业的成本投入，促使发电企业经济效益的提升。光伏发电系统凭借其自身的优势和特点，能够在某些方面有效地替换传统的不可再生能源，以为人们日常生产生活提供更清洁、更优质的电力能源。同时，光伏发电系统的清洁性是其最为突出的特点之一，在应用和发展的过程中不会污染和破坏自然生态环境。此外，安全性是光伏发电系统的另一大突出特点，其安全性和实用性的程度较高，不仅能够有效地延长系统的使用年限，而且还不易被外界其他因素所干扰，以保证光伏发电系统的安全性和可靠性。

2公共建筑光伏发电系统设计要点

2.1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。

2.2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。

2.3用电负荷配电

电气系统负荷种类多，包括小功率照明设备、变频控制设备等，各类负荷适用的配电方式不同，光伏发电系统搭建完毕后，还需要根据负荷类型，采取相应的配电方式，顺利将光伏发电系统接入电气系统。例如，对于小功率照明设备，优先采取单相220V交流配电方式，单个供电回路用电负荷控制在1kW以内，也可选择采取直流配电方式，以此取消整流步骤。而对于变频控制的电气设备，包括大功率空调机组与通风机，则采取三相380V交流配电方式，光伏阵列持续输出直流电流，再对电压、频率及电流进行转换处理，使直流电流转换形成交流电，通过控制电机转速调整电气设备输出功率。同样可以采取直流配电方式，直接将直流电送入电机控制器内，输出交流电，取消电能中间转换步骤。

3光伏发电在城市建设中的应用场景

3.1市政设施及公共建筑

因为具有统一的管理规范，且用户电力负荷、商业行为等可靠，学校、医院、办公楼等市政及公共建筑也能够满足分布式光伏发电系统集中、连片建设的要求。分布式光伏发电系统通常可以安装在市政设施的屋顶、立面或空地等位置，充分利用太阳能，为市政设施提供清洁、可再生的电力供应，有助于减少能耗，降低运营成本，推动城市的可持续发展。同时，学校、医院、图书馆等公共建筑通常屋顶面积较大，光照条件良好，为分布式光伏发电系统的安装和运行提供良好的条件。

3.2交通设施

目前，分布式光伏发电在城市交通设施中的应用也深受重视。除了路灯、交通信号灯外，分布式光伏发电还能够用于高速公路等方面。例如将光伏系统安装在高速公路的边坡和互通圈中，提高闲置空间的利用率，将太阳能转化为电能，为公路的设施供电。将光伏组件安装在隧道顶部和桥梁，能够充分利用结构特征，为隧道和桥梁的用电设备提供电力，达到降本增效的目的。光伏充电站可以为电动车提供充电服务，通过在充电站的顶部安装太阳能板，实现能源转换，为电动车提供清洁能源。

3.3农业领域

针对城市周边的农业领域，分布式光伏发电同样具有重要的应用价值。不但可以推动绿色农业的发展，提高能源的利用率，同时能够为城市农业的发展带来更多的综合效益。首先，在温室、农舍扥城市周边农业设施中应用分布式光伏发电站，在屋顶或空地安装光伏组件，能够有效利用太阳能资源，为农业设施提供清洁、稳定的电力供应，降低生存能耗的同时提高运营成本。其次，分布式光伏发电的应用有助于提高农业的智能化发展水平。物联网、大数据等技术的应用能够满足农业生产的实时监测和智能控制要求。

结束语

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。

参考文献

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