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1、高校建筑光伏發電系統的設計方案1.1 設計流程與要點1.1.1 設計流程高校屋面光伏發電系統的設計不是光伏組件的簡簡單單 排布，他需要結合電池組件的自身特性，所建地的地理氣候 信息，周邊環境，建筑結構和電氣平安狀況等多方面因素。 進行綜合的設計和分析，因此一套縝密的適合高校光伏發電 系統的設計流程不僅能夠給從業人員的工作提供指導，還能 減少和防止他們設計失誤。1.1.2 設計要點(1)地理位置和氣候因素地理位置包括：建筑所在的緯度、經度、海拔高度等。氣候因素包括：空氣溫度(正常月份平均溫度、1月的最冷 被遮擋的情況，它一般會安置在屋頂，這就應做好對逆變器 的保護，防止太陽直射和雨水淋濕，同時還2、要考慮到逆變器 的噪聲對周圍環境的影響。(4)交、直流負載交、直流負載是以交、直流電為能源供給的裝置或設備，其系統運行過程如下列圖2.6所示：圖3.3交、直流負載作用下光伏發電系統運行圖(5)太陽能光伏電站計量、顯示局部根據國家電網光伏電站接入要求，光伏并網電站需配置 遠程傳輸電表，自動控制、電能計量及數據通信存儲裝置。 系統配置環境因素傳感裝置，能夠采集環境因素信息并通過 無線傳輸方式傳輸到系統控制中心或公眾顯示終端 溫度，7月的最高氣溫）、相對濕度、大氣壓力、降雪量與降 雨量等。它們決定了光伏組件的傾斜角度（假設光伏組件只利 用太陽的散射光發電，其只相當于垂直光照射發電量的 80%?90%3、）、陣列間距（光伏陣列設計需要保證在冬至日當天 光照輻射強度最好的時間段AM9:00-PM13:00前排光伏組件 的陰影影響后排光伏組件正常工作）、結構平安性等多個方 面，同時間接決定了系統的轉化效率與經濟性，如低緯度地 區的太陽能光伏組件在同樣的年太陽輻射強度下系統發電 量小于較高緯度地區多出許多倍，系統回收期也更短，而在 高緯度地區安裝太陽能光伏發電系統時，需將陣列間距拉的 更大，以確保發電率到達最高水準，但間距的增大需要更大面 積的屋面，浪費了珍貴的屋面空間資源，為此需要將每個方 陣高度都調整到最合適值，以便縮小間距，可見對當期的氣 候和地理信息的把握和分析是光伏系統設計的前提和基礎。（4、2）建筑朝向與周圍場地情況建筑朝向及周圍場地情況是光伏陣列布置設計過程中最 為重要的參考因素之一。建筑的朝向較好時，能較易實現光 伏與建筑的外觀設計的一致性，且屋面的布板數量最多，經 濟性較高；周圍場地情況在設計過程中主要是考慮是否有產 生的陰影對光伏電站進行了遮擋。通常我們把陰影分為隨機 陰影和系統陰影。隨機陰影產生的原因、時間和部位都不能 確定，通常對光伏板的遮擋時間較短，不會產生明顯的影響, 但在某些特定狀態下還是會使系統產生誤判，降低轉換效 率，對此我們需要提高系統的容錯能力，減少誤判的發生。 系統陰影那么是固定物體產生的遮擋，它因持續遮擋的時間長 會對光伏系統輸出功率產生明顯影響，對5、于這種情況，我們 通常只能通過場地勘探，盡量防止。(3)容量設計屋面光伏電站的系統容量設計，通常會采用以下兩種方 式：一是按照建筑物可安裝光伏組件的面積確定安裝的系統 容量：二是根據建筑物內部負載確定。依據屋面面積確定光 伏系統的負荷相對較為簡單，但受到可利用面積的限制。此 時，光伏板的轉換效率那么是主要的考量因數，故在屋面面積 有限時，盡量使用轉化效率高的單晶硅電池。而在工程預算 有限，當地溫差大的南立面墻上，那么適宜對溫度變化沒有太 強烈反響的非晶硅光伏組件的選用，對于依靠內部荷載確定 容量的光伏電站，要對系統負載的類型，運行的規律與狀況 有一個精準的計算，以確保穩定運行。(4)環境兼容建6、筑是一個復雜而完整的統一體，與光伏相結合的建筑 設計不單單要考慮能源供給的問題，還需要充分考慮陽光照 耀下所呈現的美學效果。當前綜合了生態功能為一體太陽能 建筑設計的美學手法成為主流，它既能呈現設計的整體表現 形式，又能展現背后所蘊含的高科技特色。如下列圖3.1所示, 由上海交通大學學生創意、設計、建設的能源生態樣板房”日 上江村”被新華社譽為“正能量建筑”，它位于三樓的藍色 光伏頂，能滿足日常用電需求，室內所有設備均可智能控制。3.1日上江村庭院頂上的光伏板(5)系統安裝當前屋面光伏系統設計中，為了防止對屋頂原有防水層 造成損傷和破壞，屋面光伏系統的安裝大多采用支架構造置 于防水層之上的做法7、。此時需要注意設計良好的冷卻通風系 統，這是因為晶硅光伏組件的發電效率隨著外表工作溫度的 上升而下降。理論和實驗證明，在光伏組件屋面設計空氣通 風通道，可使組件的電力輸出提高8. 3%,組件的外表溫度 降低15 C左右。特別是當屋面為斜屋面時，易采用支架架空的構造方式，架空高度不小于100MM,既加強通風，又給 安裝維護提供一定的操作空間；對于局部建筑屋頂防水層已 被破壞的情況，光伏支架的腳柱與屋面的結合處要加做附加 防水層構造措施，以防止雨水從開口處滲入防水層下部。通 常附加層宜空鋪，空鋪寬度不應小于200MM;附加防水層形 成的泛水構造應包裹到支架與金屬埋架之上；同時對地腳螺 栓周圍可能出8、現的滲水縫隙，用瀝青進行密封處理或者將卷 材防水層用壓條釘壓固定。同時對于經常需要檢修的光伏屋 面需在一定范圍內鋪設水泥石專作為剛性的防水保護。一般會 采用水泥磚鋪貼在光伏陣列的檢修通道周圍、屋面的進出口 及經常有人員走動的道路上。同時系統還需要考慮組件所在 部位的防火、防雷、防靜電等電力平安，支架結構、抗風、 雨、雪荷載的結構平安設計及后期的運行維護、管理等。1.2系統組成太陽能光伏發電是將太陽光能直接轉化成電能的發電方 式，它包括光伏發電、光化學發電、光感應發電等。太陽能光伏發電系統是利用光伏板直接將太陽輻射能轉化為電能 的系統，主要由太陽能電池組件、電能儲存元件、控制器、 電力電子變換器9、以及負載（直/交流負載）等部件構成。太陽能電池由硅半導體材料制成的方片薄膜，在陽光照 射下產生電壓和電流。單體電池的輸出電壓只有0. 45- 0. 50V, 電流約為20峰值功率為1W左右,一般不能單獨使用。（1）太陽電池組件太陽電池組件也稱為“光伏組件”。它是將幾片、幾十片 或幾百片圓形或者方形單體太陽能電池根據負載需要（見下 圖3.2）,經過串、并聯連接起來構成組合體，再將組合體通 過一定工藝流程封裝在超薄、透明、高強度玻璃和密封的封 裝底層之間，然后引出正負極引線，方可獨立發電使用。其 功率一般為幾瓦到幾十瓦，甚至幾百瓦。電池組件有各種各樣的尺寸和形狀，典型組件是矩形平板。圖3.2太陽能10、電池的單體(方形)、組件陣列一般來講太陽的輻照度能夠百分之百轉化為電能是電池 組件最完美的狀態，但是由于材料本身性能及環境的多樣會 化對太陽能電池組產生影響，如：組件自身的設計、空氣的 塵埃度、發電轉換設備的質量和性能、組件自身的延時衰減 等，實際上系統效率將會在使用的過程中出現局部程度的下 降。(2)系統控制元件系統控制元件也就是系統調節控制裝置，通過對系統輸 入輸出功率的調節與分配，如當負載端發生短路時，要能報 警或將電路自行切斷，催促維護管理人員檢修。(3)并網逆變器光伏并網系統的核心部件和技術關鍵是并網逆變器。它 的主要功能是將太陽能光伏組件發出的直流電逆變成單項 或三相交流電，送入電11、網。并網逆變器應具有自動運行和停 止功能、最大功率跟追蹤功能，且具有完善的保護功能，包 括過壓保護、短路保護、孤島保護、過熱保護、過載保護、 防雷保護及直流接地保護。根據逆變器在光伏系統中的布置 方式，可以將逆變方式分為集中逆變和分散逆變。對于大中 型光伏電站而言，由于光伏的排布、位置、朝向等大致相同, 因此一般會采用集中逆變器以減低投資本錢，此時如果可能 的話，應盡量將逆變器安裝在電表的附近，如果安裝環境不 允許的話，安裝在光伏系統接線柜附近也是可行的，這將降 低通過直流總線的電量損失和安裝費用，通常大型中央逆變 器通常和其他設備（如電表、斷路器等）安裝在一個逆變器 箱體內；分散式逆變器那么適合應用于光伏系統中的各分系統 有不同朝向或傾角，光伏電站分散布置或者光伏系統有局部