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摘要：民用建筑光伏系统电气设计作为建筑电气设计的一部分，应与建筑电气设计协调统一。光伏系统的各个环节应满足建筑电气设计要求，不能降低建筑电气系统的整体标准。本文以北方某住宅小区为例，对小区地下车库照明光伏供电系统电气设计进行研究。
关键词：民用建筑；光伏系统；电气设计
1设计方案
小区地下车库照明用电负荷一般为三级用电负荷，允许由光伏系统作为电源提供电能，所以根据前文的研究设计如下小区地下车库照明光伏供电系统，为小区地下车库照明负荷提供 24h 电能。如图1所示。光伏方阵设置在建筑屋顶，系统采用并网光伏系统的不可调度式系统，在峰值日照时段，光伏方阵产生的电能储存在储能环节中，有剩余时输送到公共电网，当电能不足时由公共电网补充，地下车库照明负荷由储能环节提供电能。
图1 小区地下车库照明光伏供电系统电气设计方案
2光伏方阵
模拟设计选择我国 Yingli Solar 的 YGE60Cell 系列 YL225P-29b 高效率多晶硅光伏组件，组件的光电转化效率达到 13.78%，10 年不低于 91.2%的峰值输出功率，25 年不低于 80.7%的峰值输出功率。外观如图 2 所示，详细参数如图 2所示。
图2 光伏组件外观
当辐照度恒定时，转化效率随组件温度升高而下降明显且均匀下降，但当温度恒定时，转化效率在辐照度 100W/m2以上时，只有微微下降，该光伏组件开路电压、最大功率点电压、最大功率点功率随组件温度呈线性变化，由此可见该光伏组件的光电转化效率受组件温度影响明显。因此，在实际设计时，要与结构专业做好沟通，选择能够保证组件良好通风的安装方式，目前，在既有建筑上安装光伏系统光伏方阵多采用固定倾角支架式独立基础安装结构。这种安装结构是将已带有预埋脚螺栓的混凝土块固定于屋面，光伏支架坐落在混凝土上，形成空气流动通道，这样即不破坏建筑屋面原有构造，又节省成本，且混凝土块的点式布置，能有效的排除雪水、雨水。
3系统发电量仿真
建筑屋顶平面部分光伏系统的发电量仿真结果表明，平面部分光伏方阵装机容量为12.15KWP，经逆变器交流输出为12KW，年发电量为15245KWh，日发电量为41.796KWh，峰瓦发电量为3.44KWh。建筑屋顶平面部分光伏系统全年发电量数据如表1所示。其中EGH为水平面太阳能辐射量，T为环境温度，EGI为入射到组件平面的太阳能辐射量，EGI 为组件平面除去损失后接收的有效太阳能辐射量，E1 为光伏方阵输送到逆变器的有效电量，E2 为光伏系统向负荷或公共电网输送的有效电量，r1 为单位面积光伏方阵输送到逆变器的有效电量与水平面太阳能辐射量之比，r2为单位面积光伏方阵向负荷或公共电网输送的有效电量与水平面太阳能辐射量之比。建筑屋顶平面部分光伏系统全年发电量损失：太阳光透过组件时组件玻璃反射产生的损失占4%，弱光等导致辐射量变化产生的损失占2%，组件温度变化产生的损失占4.1%，光伏组件质量差异产生的损失占1.5%，组件匹配性产生的损失占1%，线缆电阻产生的损失占 0.8%，逆变器逆变效率产生的损失占6.6%。
表1 建筑屋顶平面部分光伏系统全年发电量详细数据
建筑屋顶平面部分光伏系统全年发电量如图 3所示。由图3可见，超过平均峰瓦发电量3.44KWh的月份有2月、3 月、4月、5月、6月、7 月、8 月、9月共8个月，说明适合利用太阳能进行光伏发电。建筑屋顶斜面部分光伏系统的发电量仿真结果 表 明，斜 面 部 分 光 伏 方 阵 装 机 容 量 为9.45KWp，经逆变器交流输出为8.25KW，年发电量为12712KWh，日发电量为34.871KWh，峰瓦发电量为３．６９ ｋＷｈ。因此，该建筑屋顶光伏系统光伏方阵总装机容量为21.6KWP，经逆变器交流输出为20.25KW，年发电量为27966KWh，日发电量为76.667 KWh。
图3 光伏系统全年发电量
4系统供配电设计相关问题
4.1光伏接线箱。为了减少直流线缆，选择KBT-PVX系列光伏接线箱。将光伏组串并联接入接线箱，汇流后通过直流断路器输出，接线箱可同时接入多路光伏组串，每路电流可达20A。接线箱配有直流、高压防雷器，正、负极都具备双重防雷功能；配有耐高压的直流熔断器、断路器，直流耐压值不低于1000V，接线箱防护等级达 IP65，满足室外安装的要求。
4.2光伏配电柜。选择KBT-PVG/JZ 系列光伏交/直流配电柜，开启式双面维护可装设指示仪表，配有断路器、防反二极管、避雷器等电气元件，动热稳定性好，能达到不同工作环境的防护等级。
4.3交/直流线缆。选择GF系列光伏专用线缆，具有防雾、防潮、强抗紫外线和臭氧侵蚀性能，最 高 工 作 温 度 为120℃，额 定 电压为DC1.8KV、AC0.6/KV。铠装电缆具有良好的屏蔽特性，可有效隔离电磁干扰和雷电干扰。
4.4配电室。在小区-1F设置独立光伏配电室，室内设置光伏配电柜和并网逆变器等设备。配电室设计要求符合JGJ16-2008《民用建筑电气设计规范》的相关规定。同时，模拟设计带有储能环节，需设置独立蓄电池室。
4.5防雷设计。模拟设计建筑物为第三类防雷建筑，光伏系统防雷保护设计包括防直击雷设计和防感应雷设计。
（1）防直击雷设计：光伏方阵的外露可导电部分及所有防雷器接地端均与建筑物原有的避雷带和防雷接地引下线可靠连接。
（2）防感应雷设计：为防止感应雷对系统设备造成破坏，在光伏配电柜安装防雷保护装置；为保护电气设备不受直流输入端感应雷破坏，在直流配电柜内安装电涌保护器；为保护电气设备不受公共电网引入感应雷破坏，在交流配电柜内安装电涌保护器。
4.6接地设计。建筑物接地系统为TN-C-S系统，电源中性点直接接地，电气设备的外露导电部分与电源中性点直接电气连接，在进户处重复接地。光伏系统与建筑物PE母线可靠联结，系统直流侧采用局部等电位保护。将电气设备外露可导电部分、建筑物金属构件、PE母线联结后与建筑物总等电位联结，以求最大限度地降低电击的危险，保护光伏系统。
5结语
本文研究了民用建筑光伏系统电气设计的内容和方法，提出了小区地下车库照明光伏供电系统电气设计方案，设计方案采用并网光伏系统的不可调度式系统，在峰值日照时段，光伏方阵产生的电能通过并网逆变器输出，为储能环节充电，有剩余电能时输送到公共电网，当电能不足时由公共电网补充，地下车库照明负荷则由储能环节提供电能。
参考文献：
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[2]毛惠洁，余国保.某绿色建筑光伏系统设计分析与探讨[J].建筑科技，2017，1（02）：49-52.
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论文作者:向建春
论文发表刊物:《电力设备》2018年第9期
论文发表时间:2018/7/5
标签：光伏论文; 系统论文; 方阵论文; 组件论文; 发电量论文; 建筑论文; 电能论文; 《电力设备》2018年第9期论文;