分布式光伏發(fā)電技術(shù)在綠色城市中的應(yīng)用研究

閆建國 康順

摘要：隨著我國綠色城市規(guī)劃建設(shè)技術(shù)的不斷發(fā)展，光伏建筑作為綠色建筑的一種形式，在實踐過程中，充分顯示了其在減排溫室氣體、節(jié)約城市土地資源、提高用電可靠性等方面發(fā)揮了越來越大的作用，本文提出了分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)與城市規(guī)劃建設(shè)的應(yīng)用方式，目的是在建設(shè)光伏綠色建筑、光伏儲能建筑等方面給予幫助。

關(guān)鍵詞：分布式光伏發(fā)電系統(tǒng);光伏儲能;光伏建筑

引言

隨著傳統(tǒng)能源的不斷開采，如煤、天然氣等傳統(tǒng)能源，終將消耗殆盡，而城市的發(fā)展離不開能源，因此尋找可再生能源，是目前能源開發(fā)問題的當務(wù)之急。當下，太陽能技術(shù)的應(yīng)用方式主要有兩種，一種是光熱轉(zhuǎn)換技術(shù)，另一種是光電轉(zhuǎn)換技術(shù)，而本文重點講述分布式光伏發(fā)電技術(shù)，即光電轉(zhuǎn)換技術(shù)，并且由于分布式光伏發(fā)電技術(shù)的不斷發(fā)展，建設(shè)成本不斷降低，將分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)與城市建設(shè)相結(jié)合創(chuàng)造了條件，從而在一定程度上減輕日益嚴重的環(huán)境和能源壓力。因此，研究分布式光伏發(fā)電技術(shù)在綠色城市中的應(yīng)用研究具有跨時代的重大意義。

一、太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)在城市規(guī)劃建設(shè)中的優(yōu)勢

將分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)與城市建設(shè)結(jié)合有許多優(yōu)勢，如無需占用額外的土地，一般情況下，大部分分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)通常是安裝在建筑物的屋頂，并且可以根據(jù)用戶負載的耗電量或者建筑面積的大小來選擇裝機容量。其次，分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)通常自發(fā)自用，降低了因遠距離輸送電所造成的電量損耗。尤其在秋冬兩季，分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)出力最大，可保證建筑物負載用電，提高了供電可靠性。所以，將分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)與城市建設(shè)相結(jié)合，有利于國家綠色建筑的開發(fā)。

二、研究思路及方法

1、提前安排部署，同時改善電網(wǎng)設(shè)施

將太陽能光伏發(fā)電技術(shù)與城市規(guī)劃建設(shè)相結(jié)合，建議大型公用設(shè)施、市政建筑結(jié)合光伏發(fā)電技術(shù)進行設(shè)計，使其在設(shè)計階段就使其滿足光伏應(yīng)用的要求。同時加強地方電網(wǎng)設(shè)施的建設(shè)，提高電網(wǎng)對分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)的接收能力。

2、建立光伏投融資體系，同時利用政策優(yōu)勢

建立與分布式光伏系統(tǒng)建設(shè)有關(guān)的貸款政策，為其提供金融服務(wù)，同時要充分了解政府對光伏產(chǎn)業(yè)的各項政策，充分利用政策優(yōu)勢，為光伏建筑的建設(shè)提供有利的發(fā)展條件。

三、太陽能光伏建筑設(shè)計概述

1、光伏建筑的定義

光伏建筑是一種隨光伏技術(shù)發(fā)展應(yīng)運而生的新型建筑模式。它將分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)與建筑物完美融合的同時，兼顧美學(xué)觀點，在建筑物的外圍結(jié)構(gòu)表面，通常是屋頂，布設(shè)光伏發(fā)電設(shè)備或者直接通過運用光伏材料代替原有建筑材料的方式，使建筑物產(chǎn)生綠色能源，這就是太陽能光伏建筑。

2、光伏設(shè)備和建筑的結(jié)合方式

傳統(tǒng)方式：將光伏系統(tǒng)直接覆蓋在建筑屋頂上，組成光伏發(fā)電系統(tǒng)，比如屋頂?shù)墓夥娬尽?/p>

新型模式：將光伏設(shè)備直接代替建筑材料，比如將太陽光伏組件與玻璃幕墻、窗戶玻璃、屋瓦等集成在一起，這是今后光伏應(yīng)用發(fā)展發(fā)展的趨勢。

3、設(shè)計思路及方法

（1）太陽能光伏系統(tǒng)分類

一般來說，目前分布式光伏系統(tǒng)以并網(wǎng)光伏系統(tǒng)居多，以不帶儲能裝置的居多，部分重要建筑可考慮安裝儲能系統(tǒng);小型系統(tǒng)裝機容量小于20kW，中型系統(tǒng)20kW≤裝機容量≤100kW，大型系統(tǒng)裝機容量大于100kW。

（2）項目所在地太陽能輻射資料收集

在方案設(shè)計之前應(yīng)該收集當?shù)靥柲茌椛鋽?shù)據(jù)資料以及氣候資料，一般可根據(jù)項目所在地以往10至20年的太陽能輻射平均值作為設(shè)計依據(jù)，可利用行業(yè)內(nèi)主流的氣象軟件模擬計算當?shù)剌椛渲?，例如Meteonorm、Solargis等，若想更加精確地計算項目所在地太陽能輻射值，可找有資質(zhì)的氣象研究單位出具太陽能輻射計算書，或根據(jù)行業(yè)類認可的輻射計算方法，如衛(wèi)星遙感計算法、氣候?qū)W計算法等方法進行計算。

（3）光伏組件最佳斜角確定

一般可根據(jù)項目所在地的經(jīng)緯度來確定，最佳傾斜角通常是使太陽能組件在該傾斜角下，組件傾斜面上所接受的太陽能輻射最大，在粗略估算時，可取當?shù)鼐暥茸鳛楣夥到y(tǒng)最佳傾角，或在當?shù)鼐暥鹊幕A(chǔ)上加上幾度（通?？杉?度）做為光伏發(fā)電系統(tǒng)安裝的傾斜角，或根據(jù)光伏電站設(shè)計規(guī)范附錄B，光伏陣列最佳傾角參考值粗略確定。若想更加精確地計算組件安裝的最佳傾角，可采用光伏計算軟件，如PVsyst等。

（4）光伏支架設(shè)計

太陽能光伏支架是分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)最重要的部件之一，它是直接承載光伏組件的裝配部件，其最重要的特征之一是要滿足耐用性，結(jié)構(gòu)必須牢固可靠，能承受風(fēng)荷載、雪荷載等其它外部效應(yīng)。安裝成本要小，安裝方便可靠，免維護，可維修，這些都是光伏支架方案設(shè)計時所需要考慮的重要因素。為了達到上述要求，可利用高耐磨材料抵抗風(fēng)荷載、雪荷載和其它腐蝕作用，同時可綜合利用超厚熱鍍鋅、不銹鋼等抗老化等技術(shù)工藝來保證太陽能支架使用壽命。

同時還需對光伏系統(tǒng)的其他安裝結(jié)構(gòu)進行結(jié)構(gòu)設(shè)計。結(jié)構(gòu)設(shè)計還需與其他專業(yè)配合進行，使光伏發(fā)電系統(tǒng)各部分在建筑物中的位置合理，并且設(shè)計依據(jù)應(yīng)滿足國家發(fā)布的各項結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范。

（5）儲能設(shè)計

光伏儲能，即光伏組件發(fā)出的電能，利用蓄電池作為儲能裝置，將電能進行儲存，就是光伏儲能系統(tǒng)。由于光伏發(fā)電系統(tǒng)的的特點，中午短時出力大，其余時段出力較小，晚間無出力的特點，對電網(wǎng)沖擊較大，儲能技術(shù)可將光伏系統(tǒng)的午間出力轉(zhuǎn)移至其他時段，減少光伏系統(tǒng)對電網(wǎng)的沖擊，同時可降低棄光現(xiàn)象。在電池儲能系統(tǒng)工作過程中，為了延長儲能系統(tǒng)的壽命，要盡可能減少儲能系統(tǒng)的充放電次數(shù)。在午間光伏發(fā)電出力高峰時期，儲能系統(tǒng)充電，對光伏發(fā)電系統(tǒng)出力進行削峰;在光伏系統(tǒng)出力高峰期后，儲能系統(tǒng)放電。因此，儲能系統(tǒng)可分為為三種工作模式，分別如下：

模式一：對光伏系統(tǒng)進行削峰

光伏系統(tǒng)在午間出力高峰時期，通過對光伏系統(tǒng)進行削峰的方式對儲能系統(tǒng)進行充電，在光伏系統(tǒng)午間出力高峰時期后，并且在光伏系統(tǒng)夜間無出力時，控制儲能系統(tǒng)方電，放電至儲能系統(tǒng)工作電壓范圍下限值時，儲能系統(tǒng)停止工作。儲能系統(tǒng)的工作時間須在光伏電站的發(fā)電時間內(nèi)，且不可光伏電站工作產(chǎn)生任何不利影響。

模式二：對光伏系統(tǒng)進行削峰+平抑

光伏系統(tǒng)在午間出力高峰時期，通過對光伏系統(tǒng)進行削峰的方式對儲能系統(tǒng)進行充電。一般說來，光伏系統(tǒng)的出力波動有兩大類，一類是光伏系統(tǒng)出力緩慢變化，另一類是光伏系統(tǒng)出力突然變化，第一類變化緩慢，如光伏系統(tǒng)出力的周期性變化;第二類變化具有不可預(yù)見性和突然性，如某些自然因素遮擋導(dǎo)致的光伏系統(tǒng)出力的突然下降。在光伏系統(tǒng)午間出力高峰時期后，光伏系統(tǒng)出力下降，儲能系統(tǒng)放電，放電至儲能系統(tǒng)工作電壓范圍下限值，當光伏系統(tǒng)無出力時，儲能系統(tǒng)以額定恒功率放電至系統(tǒng)工作電壓后，控制儲能系統(tǒng)停止工作。

模式三：對光伏系統(tǒng)進行削峰+轉(zhuǎn)移

在光伏系統(tǒng)在午間出力高峰時期，通過對光伏系統(tǒng)進行削峰的方式對儲能系統(tǒng)進行充電。通常，光伏系統(tǒng)的出力時段為8：30～18：30，出力高峰期為午間12點至下午14點，但上午9點至下午15點時間段內(nèi)，光伏系統(tǒng)應(yīng)保持無任何遮擋的狀態(tài)，負荷的晚高峰一般出現(xiàn)在18：00～22：00之間，在負荷的晚高峰時期內(nèi)，光伏系統(tǒng)無任何出力，這時儲能系統(tǒng)可以以恒定功率放電，當放電至儲能系統(tǒng)工作電壓范圍下限值時，儲能系統(tǒng)停止工作。

在實際運用過程中，為了計算儲能系統(tǒng)電池容量，可先調(diào)查負載類型并對負載進行分類，確認重要負載功率及不斷電時間，計算出需要的電池容量。再根據(jù)所建分布式光伏系統(tǒng)的裝機容量，對儲能電池容量進行二次調(diào)整。

（6）光伏建筑設(shè)計要求

安裝光伏組件的建筑部位在冬至日全天日照應(yīng)保證上午9點至下午3點無遮擋，同時在安裝光伏組件的部位要滿足建筑防水、排水、雨水、隔熱及節(jié)能等功能要求。

四、結(jié)束語

太陽能光伏建筑作為一種全新的建筑方式，是未來城市建設(shè)規(guī)劃的一種趨勢，不僅可以緩解傳統(tǒng)能源壓力，而且對環(huán)境的污染也很小。因此，發(fā)展分布式光伏發(fā)電技術(shù)結(jié)合城市規(guī)劃，具有跨時代重要意義。

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