并網(wǎng)光伏系統(tǒng)在建筑電氣節(jié)能設(shè)計(jì)中的類型選擇分析

宋世勇

中建二局第三建筑工程有限公司，北京 100070

0 引言

隨著不可再生能源的不斷消耗，其擁有量也在大幅減少。同時(shí)，消耗其過程中，對(duì)空氣、水和土壤等人類賴以生存的資源帶來了嚴(yán)重的污染。建筑作為一個(gè)對(duì)能源資源需求量很大的領(lǐng)域，開發(fā)新能源，成為一個(gè)新的重要課題，受到了人們?cè)絹碓蕉嚓P(guān)注。太陽能以其不竭性和環(huán)保優(yōu)勢(shì)已成為當(dāng)前國內(nèi)外最具有發(fā)展前景的新能源之一。光伏（PV）發(fā)電技術(shù)在國外已得到深入研究和推廣，我國在技術(shù)上也已基本成熟，并進(jìn)入推廣應(yīng)用階段，受到廣泛的響應(yīng)和贊成。本文就并網(wǎng)光伏系統(tǒng)概念、優(yōu)勢(shì)及類型進(jìn)行闡述，進(jìn)而對(duì)兩種類型的系統(tǒng)進(jìn)行對(duì)比并深入分析，得出并網(wǎng)光伏系統(tǒng)的類型選擇的一般原則。

1 并網(wǎng)光伏系統(tǒng)概念及優(yōu)勢(shì)

并網(wǎng)系統(tǒng)，通常稱為與公共電力系統(tǒng)相連接型系統(tǒng)或線性連接型系統(tǒng)，是安裝在房頂或商業(yè)建筑頂端，與公共電力系統(tǒng)相連接的太陽能發(fā)電系統(tǒng)。它通常用來滿足某建筑物的全部或部分電氣負(fù)載需求。太陽能電力電子器件的快速發(fā)展使得太陽能系統(tǒng)與公共電力系統(tǒng)之間的連接相對(duì)便捷。這種并網(wǎng)系統(tǒng)產(chǎn)生的電能將首先應(yīng)用于家用系統(tǒng)本身，然后其盈余電量將通過公共電纜輸送至電網(wǎng)之中。

與公共電力系統(tǒng)相連接的電力系統(tǒng)所具有的優(yōu)勢(shì)如下：

1）改善經(jīng)濟(jì)效益。對(duì)于一個(gè)氣候多變的地區(qū)，其冬季的日適量可能會(huì)比夏季的少兩到三倍。若僅采用光伏系統(tǒng)供電，則需要設(shè)計(jì)一個(gè)很大的系統(tǒng)，其建設(shè)成本非常之高。因此與公共電力系統(tǒng)相連接的光伏系統(tǒng)更為經(jīng)濟(jì)。2）初始成本低廉。在安裝初期，與公共電力系統(tǒng)相連的系統(tǒng)僅需要逆變器和光伏方陣，其花費(fèi)是相對(duì)較少的。3）可靠性更高。由于它含有兩個(gè)獨(dú)立的供電系統(tǒng)，系統(tǒng)內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生能量冗余，且大大增加了整個(gè)系統(tǒng)的可靠性。如果再為系統(tǒng)增加一個(gè)蓄電池，那么它可作為不間斷電源（UPS）使用。4）系統(tǒng)設(shè)計(jì)更靈活。由于公共電力系統(tǒng)可作為永久性電源，光伏系統(tǒng)可用來消減家庭用戶的電費(fèi)開支或滿足家庭用戶的各種需求。5）實(shí)用性高。逆變技術(shù)的發(fā)展系統(tǒng)的互連成為可能。逆變器可實(shí)現(xiàn)光伏方陣產(chǎn)生的直流電與標(biāo)準(zhǔn)交流電的轉(zhuǎn)換，同時(shí)還能使其與公共電網(wǎng)中的電能頻率同步。這種人性化的并網(wǎng)型逆變器與所有必要組件一起，使與公共電網(wǎng)互連的安裝變得更加簡便。

2 并網(wǎng)光伏系統(tǒng)的類型

與公共電力系統(tǒng)相連的光伏系統(tǒng)有兩種類型，一種是沒有蓄電池作為后備電源的系統(tǒng)，另一種是有蓄電池作為后備電源的系統(tǒng)。

1）不含蓄電池作后備電源的并網(wǎng)系統(tǒng)

不含蓄電池后備電源的并網(wǎng)系統(tǒng)主要由兩部分組成，即為光伏方陣和并網(wǎng)型逆變器。當(dāng)公共電網(wǎng)出現(xiàn)故障時(shí)，系統(tǒng)將無法提供電能。只要光伏方陣產(chǎn)生的電能多余用戶所消耗的電能，光伏發(fā)電產(chǎn)生的電能將會(huì)反饋至公共電網(wǎng)。當(dāng)負(fù)載需求較高或者在夜間，電網(wǎng)則又會(huì)協(xié)助為負(fù)載供電。系統(tǒng)構(gòu)成圖見圖1所示。

圖1 無蓄電池作后備電源的并網(wǎng)系統(tǒng)圖

2 有蓄電池作后備電源的并網(wǎng)系統(tǒng)

2）含蓄電池作后備電源的并網(wǎng)系統(tǒng)

帶有蓄電池作為后備電源的并網(wǎng)系統(tǒng)除了含有光伏方陣及并網(wǎng)型逆變器外，還有蓄電池組和充電控制器，可在公用電網(wǎng)出現(xiàn)故障時(shí)提供后備電源。一些帶有蓄電池的逆變器還可以進(jìn)行能源管理。在正常運(yùn)行條件下，蓄電池不進(jìn)行充放電循環(huán)，僅由光伏方陣向蓄電池充電。在發(fā)生電力中斷故障時(shí)，逆變器立刻從電網(wǎng)中分?jǐn)噙B接，并利用蓄電池中存儲(chǔ)的能量為后備負(fù)載配電板供電。系統(tǒng)構(gòu)成圖見圖2所示。

圖2

3）兩種類型系統(tǒng)的對(duì)比

不含蓄電池作后備電源的并網(wǎng)系統(tǒng)和含蓄電池做后備電源的并網(wǎng)系統(tǒng)均具有各自的優(yōu)缺點(diǎn)，兩種類型系統(tǒng)的對(duì)比見表1。

表1 兩種類型系統(tǒng)對(duì)比

環(huán)保性能 較高 較低

其中：

1）含蓄電池作后備電源的并網(wǎng)系統(tǒng)的成本較不含蓄電池做后備電源的并網(wǎng)系統(tǒng)低，主要在于鉛蓄電池和鉛蓄電池相應(yīng)管理設(shè)備的花費(fèi)方面。鉛蓄電池通常要占到光伏系統(tǒng)初始設(shè)備投資的很大部分。再加上蓄電池使用壽命較光伏板短，因此，更換電池又會(huì)增加系統(tǒng)的運(yùn)行成本。另一方面，增加儲(chǔ)能裝置會(huì)使系統(tǒng)變得復(fù)雜，不但增加了蓄電池相應(yīng)管理設(shè)備的投資，而且增加管理和維護(hù)費(fèi)用。2）環(huán)保性能方面，含蓄電池作后備電源的并網(wǎng)系統(tǒng)的環(huán)保性能較不含蓄電池做后備電源的并網(wǎng)系統(tǒng)低，主要在于報(bào)廢的蓄電池處置不當(dāng)，還會(huì)對(duì)環(huán)境造成二次污染。3）效率方面，不含蓄電池組的并網(wǎng)系統(tǒng)因沒有蓄電池效率方面的損失，將比含蓄電池組的并網(wǎng)系統(tǒng)效率更高。

3 并網(wǎng)光伏系統(tǒng)的類型選擇原則

一般民用建筑中安裝的光伏系統(tǒng)的發(fā)電量遠(yuǎn)小于工程的總電力需求量，光伏系統(tǒng)產(chǎn)生的電能均能被建筑負(fù)載即時(shí)全部利用，故無須增加儲(chǔ)能設(shè)備。根據(jù)以上兩種類型的并網(wǎng)光伏系統(tǒng)的工作原理及優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比，可以得出民用建筑中選擇并網(wǎng)光伏系統(tǒng)類型的原則：一般情況下建筑均有電網(wǎng)接入，為達(dá)到建筑節(jié)能這一目的，采用不含蓄電池后備電源的并網(wǎng)系統(tǒng)為建筑供電；僅在電網(wǎng)不可靠，需要由光伏系統(tǒng)保證供電的情況下，才考慮采用含蓄電池后備電源的并網(wǎng)系統(tǒng)。光伏系統(tǒng)與電網(wǎng)并網(wǎng)運(yùn)行為建筑的負(fù)載提供電能：在光伏系統(tǒng)發(fā)電時(shí)，將太陽能轉(zhuǎn)化的電能輸送至建筑的負(fù)載，達(dá)到利用太陽能的目的；在光伏系統(tǒng)停止發(fā)電時(shí)，由電網(wǎng)向建筑的負(fù)載供電，保證設(shè)備正常運(yùn)行。

4 結(jié)論

作為綠色可再生能源的重要組成部分，光伏發(fā)電系統(tǒng)具有很大的發(fā)展空間，是世界各國可持續(xù)發(fā)展的大勢(shì)所趨。隨著其技術(shù)的飛速發(fā)展，在民用建筑工程中利用太陽能光伏發(fā)電技術(shù)已成為建筑節(jié)能的新趨勢(shì)。本文對(duì)并網(wǎng)光伏系統(tǒng)的概念、優(yōu)勢(shì)、類型及實(shí)際過程中類型選擇原則方面進(jìn)行了介紹闡述，為既有建筑安裝并網(wǎng)光伏系統(tǒng)提供了一定的思路和方法，以達(dá)到建筑本身和光伏系統(tǒng)更好的和諧統(tǒng)一。

[1]趙春江，楊金煥，陳中華.太陽能光伏發(fā)電應(yīng)用的現(xiàn)狀及發(fā)展[J].節(jié)能技術(shù)，2007.

[2]劉家英.民用建筑中光伏系統(tǒng)形式選擇[J].電氣應(yīng)用，2014(1).

[3]夏榮華，王平.建筑電氣節(jié)能減排措施及光伏新能源的應(yīng)用[J].科技傳播，2012(9).

[4]金千.淺談太陽能光伏發(fā)電技術(shù)在建筑電氣節(jié)能設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[J].價(jià)值工程，2012(26).

[5]李蔚，馮曉良，劉杰.太陽能光伏技術(shù)在建筑中應(yīng)用[J].智能建筑電氣，2013(6).