綠色建筑并網(wǎng)型光伏發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究

δ綠色建筑并網(wǎng)型光伏發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究ZOUYingHubeiUniversityofTechnologyWuhanChwithrespecttothePVpowergenetheconfigurationofitsmajorelegridconnectedmodedistribnumberofseriesparallelPVmconfigurationofgridconnectediimpactoftemperatureontheelectrofPVmodulesintoconsideration.摘要介紹中國移動(dòng)深圳信息大廈光伏發(fā)電系統(tǒng)主要電氣設(shè)備的配置、系統(tǒng)的并網(wǎng)方式、系統(tǒng)的配電設(shè)計(jì)、防雷設(shè)計(jì)，以及光伏組件串并聯(lián)個(gè)數(shù)的計(jì)算、并網(wǎng)逆變器的配置應(yīng)考慮溫度對光伏組件電性能我國有豐富的太陽能資源，全年日照時(shí)數(shù)超過2200h的太陽能利用條件較好的地區(qū)占國土面積的2/3,故開發(fā)利用太陽能是我國實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的有效措施之一。國家發(fā)改委頒布了《可再生能資金管理暫行辦法》等多項(xiàng)政策，鼓勵(lì)太陽能發(fā)電。綠色建筑在技術(shù)經(jīng)濟(jì)條件適宜的情況下應(yīng)充分利用筑，基地面積為5630.72m2;地下4層，主樓地上36層，建筑高度160m,附樓地上12層?？偨ㄖ娣e10萬m2;地上8萬m2,其中，7.2萬m2為中國移動(dòng)通信集團(tuán)廣東公司自用辦公場地，8000m2為商用；地下2萬m2。本項(xiàng)目位于深圳市中心區(qū)市民廣場東片區(qū)B204-0024地塊，深南大道與金田路交匯處的東北角，北線上，處于中心區(qū)的門戶位置，將成為深圳CBD核心區(qū)的門戶建筑。建筑周圍約80m范圍為建筑綠地，深圳屬亞熱帶氣候，年平均溫度22.4℃,最高溫度36.6℃,最低溫度1.4℃。全年日照時(shí)數(shù)為2120h,太陽年輻射量為5404.9MJ/m2,屬于太陽該大廈擬申報(bào)綠色建筑，具備優(yōu)越條件，達(dá)到生能源的發(fā)電量不低于建筑總用電量2%的要求”的綠色建筑并網(wǎng)型光伏發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究(鄰穎)http://www.jzdq.net.en制定過程中，用戶側(cè)電網(wǎng)制定過程中，用戶側(cè)電網(wǎng)接入標(biāo)準(zhǔn)和管理辦法具體“自發(fā)自用”的光伏發(fā)電建筑，深圳供電部門目前是允許的。光伏發(fā)電系統(tǒng)在計(jì)費(fèi)點(diǎn)用戶側(cè)并入電網(wǎng)，稱作“用戶側(cè)并網(wǎng)”。當(dāng)光伏穿透率(PVpenetration,指光伏裝機(jī)容量占峰值負(fù)荷何技術(shù)問題；而當(dāng)光伏穿 按該大廈現(xiàn)有負(fù)荷情況，變配電系統(tǒng)裝機(jī)容量為10000kVA,確定光伏系統(tǒng)裝機(jī)容量為266.83kWp,Pjs=Sjs×cosφ=10000×0.92=92kW÷(9200+266.83)=2.8%,滿足光伏系統(tǒng)裝機(jī)容量占建筑總用電量2%的要求。在該大廈屋頂，建筑物的東、南、西側(cè)立面及裙房屋頂位置，設(shè)置了2818塊太陽能電池組件，包括光伏建筑一體化的多晶硅BIPV組件和單晶硅BIPV組件，以及標(biāo)準(zhǔn)單晶硅組件，組成太陽能電池陣列，太陽能電池板總安裝面積2524m2。太陽能電池組件支架采用全鋁結(jié)構(gòu)。該大廈位于東經(jīng)113°52'～114°21',北緯222°27'～222°39',光伏組件安裝傾角確定太陽能電池組件將太陽的光能轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟娔?，通過直流匯線箱后，進(jìn)入并網(wǎng)逆變器逆變?yōu)?20/380V,頻率50Hz±2%的交流電后，供大廈辦公樓普通照明、景觀照明及地下車庫普通照明等負(fù)載使用。該大廈并網(wǎng)型光伏發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案采用不帶蓄電池儲能，間接轉(zhuǎn)換的，由光伏發(fā)電與市電通過光伏逆變器同時(shí)向負(fù)載供電的系統(tǒng)。在晚上或陰雨天，光伏陣列發(fā)出的電力不足時(shí)，由電網(wǎng)通過光伏逆變器向負(fù)載供電，保證負(fù)載得到穩(wěn)定的電力供應(yīng)。目前深圳供電部門對光伏發(fā)電并網(wǎng)的要求正在Tab.1透率較大，在白天負(fù)荷較小的情況下，有可能出現(xiàn)光伏總功率高于總負(fù)荷，光伏發(fā)電量通過配電變壓器向高壓側(cè)反送電，稱作“逆功率”,這會使配電網(wǎng)網(wǎng)壓升高，造成安全隱患。對此，可以采用無功調(diào)壓或安裝防逆流裝置來防止網(wǎng)壓升高，僅會損失部分光伏發(fā)電量。因此，無論是低穿透率還是高穿透率，光伏在用戶側(cè)并網(wǎng)都不會造成安全隱患，用戶側(cè)光伏并網(wǎng)的電能質(zhì)量和安全性已經(jīng)有相應(yīng)的IEC標(biāo)準(zhǔn)和國家標(biāo)準(zhǔn)來規(guī)范，所有技術(shù)問題都有成熟的解決方案。光伏發(fā)電系統(tǒng)主要由光伏組件、直流匯線箱(帶防雷保護(hù)功能)、并網(wǎng)逆變器、配電柜、監(jiān)控系統(tǒng)、相關(guān)電氣設(shè)備、附件組成。3.1光伏組件本系統(tǒng)選用各種功率的光伏組件共計(jì)2818塊266.83kWp,其中屋頂46.36kWp,立面220.47kWp。各光伏組件的性能參數(shù)如表1所示。1～13層立面的太陽能電池組件所發(fā)電能并入地下二層變配電房，供13層及以下的用電負(fù)荷使用；14層及以上立面的太陽能電池組件所發(fā)電能并入避難層變配電房，供14層及以上用電負(fù)荷使用，表1光伏組件性能參數(shù)PerformanceparametersofPVmodules電池類型峰值功率/Wp30Feb.2013Vol.32No.2峰值功率1~13層多晶硅BIPV組件266塊2臺多晶硅BIPV組件282塊2臺14層4臺多晶硅BIPV組件4臺多晶硅BIPV組件308塊2臺264塊8臺多晶硅BIPV組件528塊3臺3.2光伏發(fā)電系統(tǒng)主要電氣設(shè)備配置主要電氣設(shè)備配置見表3。并網(wǎng)逆變器是光伏發(fā)電系統(tǒng)中的重要設(shè)備，并網(wǎng)逆變器將光伏陣列產(chǎn)生的直流電逆變?yōu)閱蜗嗷蛘呷嗾医涣麟姡敵龇想娋W(wǎng)要求的電能。并網(wǎng)逆變器分為帶隔離變壓器和不帶隔離變壓器兩種，其輸出諧波電壓均<4%,滿足公用電網(wǎng)對注入公共連接點(diǎn)的電壓總諧波畸變率(0.38kV不大于5%)的要求?？紤]到不帶隔離變壓器的并網(wǎng)逆變器具有更高的轉(zhuǎn)換效率，本工程采用不帶隔離變壓器的并網(wǎng)逆變器。4.1并網(wǎng)逆變器功能并網(wǎng)逆變器具有以下功能或滿足以下要求：a.功率因數(shù)和電能質(zhì)量滿足國家電網(wǎng)的相關(guān)要求。b.安裝簡便(室內(nèi)掛墻安裝)。c.采用太陽能電池組件最大功率跟蹤技術(shù)d.并網(wǎng)逆變器運(yùn)行狀態(tài)“可視化”程度高，可通過顯示屏清晰顯示歷史及實(shí)時(shí)的各項(xiàng)運(yùn)行數(shù)據(jù)，同時(shí)有故障數(shù)據(jù)自動(dòng)記錄和存儲功能。TabMajorelectricaleq多晶硅BIPV組件25臺3臺直流匯線箱(帶防雷保護(hù)功能)配電柜(帶計(jì)量)e.并網(wǎng)逆變器具有極性反接保護(hù)、短路保護(hù)、孤島效應(yīng)保護(hù)、超溫保護(hù)、交流過流及直流過流保護(hù)、直流母線過電壓保護(hù)、電網(wǎng)斷電、電網(wǎng)過欠電壓、電網(wǎng)過欠頻、接地檢測等保護(hù)功能。f.并網(wǎng)逆變器平均無故障運(yùn)行時(shí)間不低于5年，使用壽命不低于20年。g.采用不帶隔離變壓器的高效并網(wǎng)逆變器，轉(zhuǎn)換效率不低于96%。h.當(dāng)公共電網(wǎng)失壓時(shí)，防孤島效應(yīng)保護(hù)能在2s內(nèi)完成，將光伏系統(tǒng)與公共電網(wǎng)斷開。31綠色建筑并網(wǎng)型光伏發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究(郵穎)在電網(wǎng)的電壓及頻率恢復(fù)正常后的20s到5min,光伏系統(tǒng)不向電網(wǎng)供電；在非超限狀態(tài)電網(wǎng)恢復(fù)正常5～10min后，光伏系統(tǒng)恢復(fù)并網(wǎng)供電。低而升高(開路電壓的溫度系數(shù)可查看光伏組件供應(yīng)商提供的資料),光伏組件串聯(lián)后的開路電壓在低溫(指光伏發(fā)電系統(tǒng)安裝地點(diǎn)的最低平均溫度，深圳市一般取1.4℃)的時(shí)候必須小于并網(wǎng)逆變器允許的最b.光伏組件串并聯(lián)后的最大電流不超過并網(wǎng)逆端電壓(220/380V)等因素，選擇與光伏組件總功逆變器(通常10kW以上的并網(wǎng)逆變器都是三相輸出380V)。,通常情況下，95%<S<105%,當(dāng)S=1時(shí)為最佳。下面以南立面(13層及以下區(qū)域),266塊67.5Wp多晶硅BIPV光伏組件，配置2臺10kW并初步選定采用2臺10kW三相并網(wǎng)逆變器，其MPP(最大功率跟蹤)電壓范圍330～800V。在深圳地區(qū)最低溫度1.4℃時(shí)，與標(biāo)準(zhǔn)工作溫 度25℃相差23.6K。此時(shí)，每塊光伏組件的開路電壓隨溫度降低而升高，開路電壓為：11V×(1在深圳地區(qū)最高溫度36.6℃時(shí)，光伏組件表面溫度約65℃,與標(biāo)準(zhǔn)工作溫度25℃相差40K。此時(shí)，每塊光伏組件電壓隨溫度升高而降低，電壓為11V×(1-0.36%/K×40K)=9.在MPP電壓范圍330～800V內(nèi)，串聯(lián)數(shù)量為(330/9.416)～(800/11.9)=35～67塊光伏組件。通常我們可以取中間偏上值，防止超出最高上再根據(jù)安裝位置來設(shè)計(jì)串聯(lián)數(shù)量，67塊光伏組件共有67×67.5Wp=4.52kW,而每臺10kW并網(wǎng)逆變器可輸入約130～148塊光伏組件；取其中67塊逆變器中，滿足10kW并網(wǎng)逆變器要求。的有機(jī)結(jié)合光伏建筑一體化有以下一些優(yōu)點(diǎn)：建筑物能為光伏系統(tǒng)提供足夠的面積，不需要另占土地；能省去光伏系統(tǒng)的支撐結(jié)構(gòu)、省去輸電費(fèi)用；光伏陣列可代替常規(guī)建筑材料，節(jié)省材料費(fèi)用；安裝與建筑施工結(jié)合，節(jié)省安裝成本；使建筑物的外觀更有魅力。把太陽能同建筑結(jié)合起來，將房屋發(fā)展成具有獨(dú)立電源，自我循環(huán)式的新型建筑，是人類進(jìn)步和社會、科學(xué)技術(shù)發(fā)展的必然。聯(lián)合國能源機(jī)構(gòu)的調(diào)查報(bào)告顯示，BIPV將成為21世紀(jì)最重要的新興產(chǎn)BIPV是光伏系統(tǒng)依賴或依附于建筑結(jié)構(gòu)中的新jalg 6能源利用形式，其主體是建筑，客體是光伏系統(tǒng)。因此BIPV設(shè)計(jì)以不損害和影響建筑效果和結(jié)構(gòu)安全為基本原則，運(yùn)用幕墻設(shè)計(jì)原理，合理設(shè)計(jì)BIPV光伏組件的構(gòu)造形式，并對其細(xì)節(jié)進(jìn)行優(yōu)化和完善。主要包括風(fēng)壓變形性能、空氣滲透性能、雨水滲漏性能、保溫性能、隔聲性能、平面內(nèi)變形性能、耐沖擊性能、防火性能、防雷性能、防腐性能、節(jié)能環(huán)保性能、經(jīng)濟(jì)合理性等。視覺效果包括整體效果的完整性、美觀性，以及局部細(xì)節(jié)的高品質(zhì)。在中國移動(dòng)深圳信息大廈屋頂，建筑物的東、南、西側(cè)立面及裙房屋頂位置，分別設(shè)置67.5Wp、95Wp、300Wp三種規(guī)格的太陽能電池組件組成太陽能電池陣列，太陽能電池組件總安裝面積約2524m2。根據(jù)當(dāng)?shù)鼐暥群吞栞椛浣堑葪l件計(jì)算，光伏組件該大廈選用間接轉(zhuǎn)換并網(wǎng)型光伏發(fā)電系統(tǒng)的方式；設(shè)計(jì)為大廈“自發(fā)自用”的光伏發(fā)電兩套配電系統(tǒng)就近供給用電負(fù)荷。光伏發(fā)電系統(tǒng)1～13層立面的太陽能電池組件所發(fā)電能并入地下二層變配電房，供13層及以下的辦公樓普通照明及地下車庫普通照明等三級負(fù)荷使用；14層及以上太陽能電池組件所發(fā)電能并入29層避難層變配電房，供14層及以上辦公樓普通照明、景觀照明等三級負(fù)荷使用。經(jīng)過以上修改設(shè)計(jì)達(dá)到節(jié)能的效果。13層及以下光伏發(fā)電系統(tǒng)原理圖見圖1。由于太陽能電池組件安裝在建筑物外部，故對光伏發(fā)電系統(tǒng)采取以下防雷措施：a.光伏組件與建筑結(jié)構(gòu)主體防雷系統(tǒng)應(yīng)有可靠連接。b.直流匯線箱(帶防雷保護(hù)功能)內(nèi)設(shè)Ⅱ級試c.對沿交流輸出線侵入的感應(yīng)雷的防護(hù)，并網(wǎng)逆變器本身已經(jīng)具有過電壓保護(hù)功能，同時(shí)并接的外部電網(wǎng)系統(tǒng)也有雷電防護(hù)系統(tǒng)進(jìn)行保護(hù)。d.對所有引入配電室的線槽金屬外殼進(jìn)行可靠接地。直流匯線箱(帶防雷保護(hù)功能)全部采用厚度不小于1.5mm的冷軋鋼板制作，外形美觀，并做防腐處理，直流工作耐壓1000V,防護(hù)等級不低于IP54,除了能滿足太陽能電池組件直流匯流的需要，還具備防雷保護(hù)功能，以及電能計(jì)量、隔離、逆功率控制、過負(fù)荷保護(hù)等綜合功能。本項(xiàng)目光伏發(fā)電監(jiān)控系統(tǒng)包括以下設(shè)備：數(shù)據(jù)采71串2并70串2并22串3并(5臺，具防雷保護(hù)功能)×安裝區(qū)域：南、西立面(13層及以下)組件：548塊67.5Wp多晶硅BIPV組件+66塊95Wp標(biāo)準(zhǔn)單晶硅組件 (安裝于地下二層變配電房)×圖213層及以下光伏發(fā)電系統(tǒng)原理圖(原方案)集器、光照傳感器、溫度傳感器、監(jiān)控電腦、顯示設(shè)備等。監(jiān)控系統(tǒng)可測量和顯示系統(tǒng)工作電壓和電流、系統(tǒng)的工作狀態(tài)、直流側(cè)的電壓和電流、交流輸出電壓和電流、功率、功率因數(shù)、頻率、故障報(bào)警信息以及環(huán)境參數(shù)，統(tǒng)計(jì)和顯示日發(fā)電量、總發(fā)電量、節(jié)能減排指標(biāo)等信息，并可打印報(bào)表；系統(tǒng)具有數(shù)據(jù)存儲、查詢功能，能夠記錄5年以上的數(shù)據(jù)，以方便歸檔查詢；系統(tǒng)還具有開放的通信協(xié)議、標(biāo)準(zhǔn)通信接口，能實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)通信，進(jìn)行集中監(jiān)控并實(shí)現(xiàn)故障自動(dòng)記錄、用電評價(jià)指標(biāo)的記錄計(jì)算。a.在該大廈早期的光伏發(fā)電系統(tǒng)方案中也曾考慮過使用新型的鎳氫電池組儲能的并網(wǎng)方式供電，但由于考慮滿