太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)在公共建筑中的應(yīng)用探討

鄧永星

摘 要：介紹了“新能源”的概念及發(fā)展現(xiàn)狀，分析了太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)在公共建筑中的實(shí)際應(yīng)用，主要從并網(wǎng)形式的選擇、光伏發(fā)電系統(tǒng)的應(yīng)用及成效等方面進(jìn)行了論述，以供參考。

關(guān)鍵詞：公共建筑；新能源；太陽(yáng)能光伏發(fā)電；并網(wǎng)形式

中圖分類號(hào)：TM615 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2017.12.143

公共設(shè)施作為城市公共空間交流的載體，在人們的生活中扮演著重要角色。近年來(lái)，隨著全球經(jīng)濟(jì)的持續(xù)發(fā)展，能源問(wèn)題已經(jīng)成為各國(guó)共同面對(duì)的重要問(wèn)題之一，這個(gè)問(wèn)題直接阻礙了社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展。因此，如何節(jié)約能源，促進(jìn)社會(huì)的持續(xù)發(fā)展成為了各個(gè)國(guó)家積極探索的發(fā)展之路。

所謂“新能源”，主要是指石油、天然氣、煤炭以外的各種能源。我國(guó)早就啟動(dòng)了新能源的開(kāi)發(fā)和利用，但是開(kāi)發(fā)的進(jìn)度比較緩慢，與發(fā)達(dá)國(guó)家相比，仍存在著較大的差距。因此，我們還需要加深對(duì)新能源開(kāi)發(fā)與利用的研究與探索。下面結(jié)合工程實(shí)例，就太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)在公共建筑中的應(yīng)用進(jìn)行探討。

1 項(xiàng)目規(guī)模

某大型綜合建筑，建筑總面積約3.6×104 m2，地上4層，地下1層，地面3層，地下2層，建筑高度為35.2 m。1層為展廳、多功能廳、會(huì)議室、辦公室等，地下1層為庫(kù)房及設(shè)備用房等，耐火等級(jí)一級(jí)。本工程作為綠色建筑項(xiàng)目的試點(diǎn)工程，擬采用太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)的形式。當(dāng)?shù)厮幍貐^(qū)年日照時(shí)數(shù)1 600 h。平均年太陽(yáng)輻射量為4 200～5 400 MJ/m2，是我國(guó)第三類太陽(yáng)能資源區(qū)域。因此，經(jīng)過(guò)相關(guān)部門(mén)商討，本項(xiàng)目決定建設(shè)太陽(yáng)能光伏發(fā)電站。

2 電源引入

結(jié)合本工程的特點(diǎn)，10 kV電源引入決定從市電變電站引入2路獨(dú)立電源進(jìn)線10 kV，2路電源可以同步工作，并互為備用。進(jìn)線采用電纜埋地引入。

3 建筑負(fù)荷計(jì)算

按大型展覽館標(biāo)準(zhǔn)來(lái)確定負(fù)荷等級(jí)，屬一級(jí)負(fù)荷供電，其分為三級(jí)，分別有一級(jí)、二級(jí)、三級(jí)負(fù)荷。

根據(jù)建筑、暖通設(shè)計(jì)師提供的資料，按照單位指標(biāo)法進(jìn)行建筑負(fù)荷計(jì)算。其中，1～4層的展廳照明插座按照30 W/m2來(lái)計(jì)算，大堂、公共走道的照明插座按20 W/m2來(lái)計(jì)算，車庫(kù)負(fù)荷按照5 W/m2來(lái)計(jì)算。根據(jù)計(jì)算結(jié)果，總用電負(fù)荷為3 170 kW，并設(shè)置干式變壓器，一共2臺(tái)，其總裝機(jī)容量為4 000 kVA。一級(jí)、二級(jí)總計(jì)算負(fù)荷為815 kW。

4 光伏發(fā)電在公共建筑項(xiàng)目設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

4.1 合理選擇并網(wǎng)形式

在本工程太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，按照與電力系統(tǒng)的聯(lián)系，將光伏發(fā)電系統(tǒng)形式分為獨(dú)立型的光伏發(fā)電系統(tǒng)和并網(wǎng)型的光伏發(fā)電系統(tǒng)2種。

4.1.1 獨(dú)立型的光伏發(fā)電系統(tǒng)

此系統(tǒng)由5個(gè)部分組成，即太陽(yáng)電池方陣、逆變器、控制器、蓄電池和負(fù)載?？紤]到系統(tǒng)要配置高功率的蓄電池，因此會(huì)造成系統(tǒng)的造價(jià)過(guò)高，且蓄電池的使用壽命有限，一般為5～8年，同時(shí)報(bào)廢的蓄電池將會(huì)造成環(huán)境污染。

4.1.2 并網(wǎng)型的光伏發(fā)電系統(tǒng)

此系統(tǒng)主要由光伏組件陣列、并網(wǎng)光伏逆變器、公共電網(wǎng)等部分構(gòu)成。并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)中一般還配有直流匯流箱及直流配電柜、交流配電柜、監(jiān)控系統(tǒng)等設(shè)備。對(duì)于大功率的并網(wǎng)光伏系統(tǒng)，通常還配有大容量變壓器，以將其產(chǎn)生的電能直接送入高壓電網(wǎng)。分布式0.4 kV并網(wǎng)發(fā)電原理如圖1所示。

本項(xiàng)目作為綠色建筑的試點(diǎn)工程，申報(bào)為一星級(jí)綠色建筑，因此，本項(xiàng)目推薦采用并網(wǎng)型的太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)，設(shè)置1個(gè)0.4 kV并網(wǎng)接入點(diǎn)。

4.2 光伏發(fā)電系統(tǒng)的應(yīng)用

光伏發(fā)電系統(tǒng)在公共建筑物中的應(yīng)用，主要分為與建筑完全獨(dú)立型的光伏系統(tǒng)和光伏建筑一體化系統(tǒng)2種形式。其中，前者是將整個(gè)光伏發(fā)電系統(tǒng)設(shè)置于建筑屋頂上，避免影響到原有建筑的立面效果；后者是建筑元素中重要組成部分，我們一般將它作為建筑物的一面墻。

根據(jù)本方案的特點(diǎn)，考慮到人們對(duì)項(xiàng)目立面效果要求較高，且建工立面的形狀呈不規(guī)則體，以白色為主，因此本項(xiàng)目采用獨(dú)立型的光伏系統(tǒng)，與建筑完全分開(kāi)。

本項(xiàng)目將太陽(yáng)能光伏電池板設(shè)置在屋面上，標(biāo)高30.4 m，安裝面積980 m2，根據(jù)計(jì)算，系統(tǒng)裝機(jī)容量為90～100 kWp，光伏發(fā)電系統(tǒng)在公共建筑物中的應(yīng)用，主要分為與建筑完全獨(dú)立型的光伏系統(tǒng)和光伏建筑一體化系統(tǒng)2種形式。其中，前者是將整個(gè)光伏發(fā)電系統(tǒng)設(shè)置于建筑屋頂上，避免影響到原有建筑的立面效果；后者是建筑元素中重要組成部分，我們一般將它作為建筑物的一面墻。

根據(jù)本方案的特點(diǎn)，考慮到人們對(duì)項(xiàng)目立面效果要求較高，且建工立面的形狀呈不規(guī)則體，以白色為主，因此本項(xiàng)目采用獨(dú)立型的光伏系統(tǒng)，與建筑完全分開(kāi)。

本項(xiàng)目將太陽(yáng)能光伏電池板設(shè)置在屋面上，標(biāo)高30.4 m，安裝面積980 m2，根據(jù)計(jì)算，系統(tǒng)裝機(jī)容量為90～100 kWp，

能夠及時(shí)指揮，撲滅大火。

4 結(jié)束語(yǔ)

石油庫(kù)屬于易燃易爆區(qū)域，易受到雷電災(zāi)害的沖擊，嚴(yán)重時(shí)，還會(huì)引發(fā)火災(zāi)或爆炸事故，嚴(yán)重威脅人身安全和經(jīng)濟(jì)安全，對(duì)社會(huì)產(chǎn)生特別嚴(yán)重的影響。因此，相關(guān)單位和個(gè)人必須要高度重視石油庫(kù)的防雷工作，將防雷接地系統(tǒng)的布設(shè)作為石油庫(kù)建設(shè)中的重要工作來(lái)抓。對(duì)于石油庫(kù)的設(shè)計(jì)、施工和驗(yàn)收等工作，相關(guān)部門(mén)必須高度重視，嚴(yán)把施工材料、施工過(guò)程和安裝工藝的質(zhì)量關(guān)，確保接地電阻與防雷相關(guān)規(guī)范要求相符。只要石油庫(kù)的防雷工程嚴(yán)格依據(jù)相關(guān)規(guī)范進(jìn)行，就可以使防雷接地有實(shí)際效果，達(dá)到防火、防爆的目的，為石油庫(kù)的安全運(yùn)行提供可靠的保障。

參考文獻(xiàn)

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[2]鄧偉，孫西山，次仁白瑪.淺談石油庫(kù)雷電安全防護(hù)[J].河南科技，2013（9）.

〔編輯：白潔〕

年發(fā)電量約1.87×105 kW·h，年耗電量為5.41×106 kW·h，占整個(gè)建筑年耗電量的3.46%.最終擬安裝系統(tǒng)總?cè)萘繛?2 kWp，由太陽(yáng)能光伏組件組成。太陽(yáng)能光伏規(guī)格為650 mm×990 mm，太陽(yáng)能電池組件80塊，安裝于屋面上，呈正方形布置。同時(shí)，太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)配備5臺(tái)逆變器。

當(dāng)太陽(yáng)能電池組件經(jīng)過(guò)逆變器時(shí)，要進(jìn)行防雷處理，從逆變器接出，并與交流配電柜相連接，再由交流配電柜出來(lái)與并網(wǎng)點(diǎn)相連，為負(fù)載供電，并網(wǎng)點(diǎn)設(shè)置計(jì)量電表。根據(jù)光伏發(fā)電的特點(diǎn)，太陽(yáng)能發(fā)電為地下車庫(kù)、設(shè)備房的照明和一層各公共走道供電，大大地滿足建筑負(fù)載的用電需求。本項(xiàng)目可做到自發(fā)自用，不足部分市電補(bǔ)充，公休節(jié)假日建筑用電量低時(shí)，光伏發(fā)電量剩余部分才輸電上網(wǎng)。圖2所示為接入點(diǎn)方案圖。

4.3 光伏發(fā)電系統(tǒng)的應(yīng)用成效

本項(xiàng)目采用并網(wǎng)發(fā)電的光伏發(fā)電方案，發(fā)電效率較高，具有一定的環(huán)保性和可靠性，且通過(guò)上網(wǎng)電價(jià)來(lái)獲取回報(bào)。相信在政府主管部門(mén)的帶動(dòng)下，將會(huì)促成太陽(yáng)能光伏發(fā)電與南方電網(wǎng)并網(wǎng)發(fā)電的結(jié)合，發(fā)揮太陽(yáng)能光伏發(fā)電的應(yīng)用價(jià)值，不斷提高本項(xiàng)目的造價(jià)及投資回報(bào)率，預(yù)計(jì)10年可收回投資成本。

根據(jù)以上分析，并網(wǎng)發(fā)電的太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)具有一定的優(yōu)勢(shì)，但當(dāng)?shù)卦谔?yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)應(yīng)用方面，還是較少?？上驳氖?，并網(wǎng)發(fā)電的太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)近來(lái)已經(jīng)逐漸得到南方電網(wǎng)公司及社會(huì)各界的重視，被推行為綠色屋頂，可將光伏發(fā)電多余的發(fā)電量倒送至電網(wǎng)，賺取上網(wǎng)費(fèi)用，從而大大減少了項(xiàng)目的投資運(yùn)營(yíng)成本，這將是未來(lái)系統(tǒng)得以更多推廣的重要契機(jī)。

5 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，新能源的開(kāi)發(fā)和利用在全球各國(guó)不同領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，同時(shí)，人們也越來(lái)越意識(shí)到新能源開(kāi)發(fā)和利用的重要性，正在對(duì)新能源進(jìn)行更深的層面開(kāi)發(fā)。能源的危機(jī)引起了人類對(duì)自身生存的不斷反思。近年來(lái)，新能源技術(shù)在公共建筑設(shè)計(jì)中發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用，因此，相信在不久的將來(lái)，人們對(duì)新能源的開(kāi)發(fā)會(huì)進(jìn)入更深的層面，其應(yīng)用領(lǐng)域也會(huì)得到不斷拓展。可見(jiàn)，在公共建筑設(shè)計(jì)過(guò)程中，需要深入到太陽(yáng)能光伏發(fā)電的開(kāi)發(fā)和利用當(dāng)中，以節(jié)約能源，促進(jìn)社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

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〔編輯：劉曉芳〕