光伏发电系统在建筑供配电中的应用

摘要：进入新时期以来，我国各项事业均快速发展，取得了十分理想的成绩， 特别是电力行业以惊人的速度向前发展。目前，在建筑的供配电设计中加入光伏 发电系统需要从建筑的整体结构设计阶段出发，将光伏发电系统设备同建筑结构 融为一体。现代的民用建筑引进光伏发电系统设备需要加强太阳能发电的优点， 弱化其缺点，参考当地的日照强度分布做好设计。重点注意区域之间的天气差异， 日照强度偏差问题，解决因为日照吸收不充足引起的发电不稳定的问题。将光伏 发电系统的应用范围延伸，加强太阳能发电的安全长效稳定使用。关键词：光伏；发电系统；建筑供配电；应用引言利用现有建筑结构本体受光表面建设太阳能发电系统，将电能供给建筑自身 使用，是解决建筑物能耗的有效途径。对太阳能光伏发电技术用于建筑公共设施 系统进行研究，具有重大的理论价值和现实意义。1光伏并网发电优势太阳能光伏并网发电不仅能有效控制能源利用污染物排放，同时不会产生较 大噪音，达到国家对能源提出的降耗标准。总体来讲，具有污染少、能耗控制好、 环保效果明显、安全性高等优点。太阳能本身能源丰富，这解决了光伏发电运行 资源短缺的后顾之忧，并且拓展了可调整与控制的空间。太阳能光伏并网发电运 行技术的应用，以电网为载体，直接引入系统电能，储能装置随之运行，这样不 仅能够对蓄电池使用量严格控制，同时也可以减少发电成本，为太阳能光伏发电 取得更理想的综合效益。根据太阳能光伏并网发电实际情况，采用分布式接入为 因地制宜原则的实施创造有利条件，可自动接入至电网，可灵活退出。这有效缓 解电力系统负荷过重的压力，及时调节电网用电高峰，从稳定性与可靠性等方面 对电力系统进行优化。2.1联网逆变器回路方式根据当前我国并网光伏发电系统的实际情况而言，逆变器的设计以及并网带 来的一系列控制问题成为我国技术人员研究和需要攻破的技术难关。现阶段，我 国主要存在3种联网逆变器的回路方式：电网频率变压器绝缘方式、高频变压器 绝缘方式以及无变压器方式。不同的是，高频变压器绝缘方式和无变压器方式两 种方式都具有检测直接电流输送的功能，这一功能可以更全面地提高设备运行的 安全。无变压器方式是目前市场应用最为广泛的方式，其原因是该种方式成本较 低、尺寸、重量小，但是工作效率较高。此种回路是直接由升压器将太阳能电池 方阵的质押电流提升到无变压器逆变器所需要的电压，然后通过逆变器将电流直 接转换为交流，在此过程中，技术人员可以通过控制器实现对联网保护继电器， 一旦出现异常情况，也可以通过手动开关直接将逆变器与电网进行隔离，从而大 大保障了电网的运行安全和工作人员的生命安全。2.2高压并网型光伏发电系统的配电方案以某工程为例：高压型并网型光伏发电系统需要考虑设置一个光伏机房，光 伏机房内设直流进线柜、光伏并网逆变器、升压变压器、环网出线柜等。系统的 运作流程是首先由光伏电池发出直流电后，分散的直流电在附近的直流汇流箱处 作一次汇流，然后再输送至光伏机房内的直流进线柜，接着由逆变器转为交流， 再通过升压变压器将电源转至10kV后送至高压配电房。因本项目是在地下二层 高压配电房采用高压专线集中计量的，因此转换后的10kV电源需引至本大楼的 地下二层高压配电房。因为转换到10kV后，电压提高了，传输电流降低了，传 输的电压降也降低了。因此即使由屋顶层引自地下层如此长距离的情况下，所输 送的电能也不成问题，电能质量及损耗在可接受范围内。光伏机房内需设置变压 器、配电柜、大型光伏逆变器，需要较大的安装空间，在一般的标准楼层设置将 会影响正常办公空间的使用，因此考虑将光伏机房设置在29层设备避难层，设 备避难层具有较大的安装空间，将光伏机房设置在此处再适合不过了。2.3光伏发电系统的供电负荷类别光伏发电应用在建筑领域主要为照明和动力负荷提供电力。在动力负荷启动 时，会有启动电流冲击系统，所以需要根据电机的启动冲击容量来确定光伏发电 系统的发电容量。动力负荷主要有新风、空调、水泵和电梯等设备。空调系统在 我国多数地区只在部分时间段运行，这时光伏发电系统会进入怠工状态，新风和 水泵系统也是一样，如果无法保持高效运转，就会造成光伏发电利用率低下。因 此，在为动力负荷供电时，除了光伏发电系统外，还需要接入市政大电网并网运 行，这样才可以保障用电设备的稳定运转。独立的光伏发电系统最适合为照明系 统进行供电，在白天无法正常采光而需要覆盖照明设备的建筑室内区域，光伏发 电系统会发挥最大效率。而对于夜间室外景观的照明需求，通过接入蓄电池把白 天产生的电能储存后，在晚上提供照明使用，同样有很好的效果。因为照明的需 求并不会受季节的影响，全年都有稳定的应用，使用光伏发电系统最为合适。2.4并网低压配电箱的设置小型分散式光伏发电系统经过逆变器整流后，转换成AC380V 50Hz电源，光 伏电源需与正常电网之间设置合理的并网方式，保证电源的可靠运行。小规模建 筑用光伏发电系统并网接入点一般选择在低压配电箱，在设备配电箱进线处设置 双电源转换开关，当光伏发电系统的电量充足的情况下完全由光伏电源为该系统 下的负荷供电，当阴雨天气太阳能发电量不足或者光伏电路发生故障不能正常供 电时，将供电电源切换到市电电源。该项目并网低压配电箱安装在楼顶机房外墙 上，配电箱一路进线引自光伏发电系统逆变器，另一路进线引自市电。当光伏系 统发电量充足的情况下，引自光伏系统回路的进线开关处于闭合状态，否则投切 到市电回路，使进线开关闭合，确保该配电箱进线母排一直处于通电状态。将配 电箱低压出线分别引至一楼冷藏室、冷库低压供电回路和二至六楼室内空调机各 供电回路为其供电。2.5光伏接线箱设计光伏接线箱内安装有直流断路器、电涌保护器等设备，它负责连接光伏阵列 中所有的光伏组件，在光伏发电系统维修和保养时负责分离电路对系统进行保护， 当光伏发电系统出现故障时缩小受影响的范围。在光伏箱中同时还需要安装汇流 铜母排和端子，所有的光伏设备组件都需要经过线缆连接到母排，并在母排前后 安装隔离设备及短路防护设备，在安装时需要把光伏接线箱安装到方便检修和操 作的区域，安装在室外环境的光伏接线箱还需要有防水和防腐蚀的保护措施。2.6光伏发电系统的防雷设计光伏发电的防雷系统设计主要是利用接地的方式。当雷雨天气出现雷电直击 的现象的时候会瞬间产生大量的电流，处理这些电流的方式是利用接闪器将多余 的电流引入大地。电流流经接地装置呈现半球面形状经引下线和接地体分散的进 入地下。远端地同室内直流负荷设备会留有一定的寄生电容，再同工作接地位置 相连接的时候，无流远端地同工作接地之间会存在电位差异这是造成差模脉冲电 压的原因。当脉冲电压值在设备的容许限度之上时会给设备造成毁灭性的破坏。 当雷电产生的巨大电流顺着引下线排入地线进行释放的时候，变压器交流地以及 交流重复接地的电压数值也会增长，由此可见单相交流设备中也需要注意对地电 压反击的隐患。结语目前，光伏发电已经成为人类利用太阳能的最主要方式之一。光伏发电系统 由于自发自足，解决了传统光伏并网系统存在的问题，同时在电网故障时，太阳 能可以继续发电，切换到离网模式满足负载供电要求。可以说独立式光伏发电系 统是未来光伏发电的主流形式。参考文献1李绪光.太阳能光伏并网发电施工技术解析J.大众标准化,2021.2 任振宇.太阳能光伏并网发电施工技术解析J.X程技术研究,2019.3郁进明.户用离网型光伏发电系统设计D.沈阳：东北大学，2019.