（广东呈斯意特建筑设计有限公司 广东 惠州 516000）
【摘 要】太阳能是清洁无污染的可再生能源。随着气候变化和环境问题日益受到重视，太阳能应用也迎来了春天。建筑本身是耗能大户，占用全社会能耗的1/3，应用太阳能可降低对传统化石能源的依赖，减少废气污染和碳排放，有利于环境保护。而太阳能光伏发电与建筑结合，既有效利用了太阳能，也节省了稀缺的土地资源，因而成为建筑节能、节地政策的优先选项。良好的设计是确保光伏系统高效运行的基础，因此本文对相关内容进行了分析。
【关键词】太阳能光伏发电；电气设计；分析
Design of Modern Building Solar Pphotovoltaic Power Generation System
Zhang Xing-le
【Abstract】Solar energy is a clean and non polluting renewable energy source. With climate change and environmental issues more and more attention, the use of solar energy has also ushered in the spring. Building itself is a large energy consumption, the use of the whole society energy consumption of 1/3, the application of solar energy can reduce the dependence on traditional fossil energy, reduce emissions and carbon emissions, is conducive to environmental protection. And solar photovoltaic power generation and construction, both the effective use of solar energy, but also to save the scarce land resources, and thus become a building energy saving, land saving priority option. Good design is the basis to ensure the efficient operation of photovoltaic system, so the relevant content of this paper is analyzed.
【Keywords】Solar photovoltaic power generation; Electrical design; Analysis
【中图分类号】TM615 【文献标识码】A 【文章编号】1002-8544（2016）20-0020-02
1.太阳能光伏发电系统的构成与运行原理
1.1 光伏系统构成
太阳能光伏发电系统由光伏组件（光伏方阵）、光伏接线箱、直流配电柜、光伏逆变器、交流配电柜等组成[1,2]。
1.2 光伏系统运行原理
光伏系统分为离网型和并网型。前者利用太阳能电池板将太阳能转变为电能，通过控制器将电能储存在蓄电池组中或经光伏逆变器转换为交流电，供交流设备使用。后者得到的直流电一般不经过蓄电池组，而是直接由并网逆变器转换为交流电后并入电网。
2.太阳能光伏发电系统的设计
2.1 设计原则
根据《民用建筑太阳能光伏系统应用技术规范》（JGJ 203-2010）第3.1.2和4.1.1规定，光伏系统的选型和设计应与建筑有机结合，所以设计人员需要统筹考虑建筑、结构、通风等各方面的因素，以便综合发电量、发电效率、美观适用、结构安全以及方便施工、维护和管理等目的，当然也要兼顾经济性能。
2.2 光伏系统及主要部件选型
2.2.1 光伏与建筑结合形式选型
光伏与建筑的结合分为BAPV和BIPV两种形式[3]。BAPV也称为光伏附着设计，即不改变建筑物结构形式，只是将光伏组件固定在建筑物上；BIPV是通过专门设计使光伏组件与建筑物良好结合。按JGJ 203-2010第4.1.1条的含义，新建建筑应采用BIPV，既有建筑上装设光伏组件不大可能满足BIPV条件，所以笔者认为应选择BAPV形式。
2.2.2 光伏组件选型
目前，光伏组件包括晶硅组件、薄膜组件和聚光组件三类。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆其中晶硅组件在光电转化率（15%～20%）、技术成熟度等方面仍然占有明显优势；薄膜组件虽成本较低，但光电转化率较低（5%～8%）；聚光组件光电转化率达40%，但需冷却装置，占用体积和整体造价方面是其劣势所在。因此，通常情况下宜选择晶硅组件。晶硅组件又可再细分为单晶硅组件和多晶硅组件，前者光电转化率更高一些、性能也更稳定，一般情况下应选择单晶硅组件。
2.2.3 逆变器选型
逆变器分组串式和集中型两种型式。前者适于小型或大型分散并网光伏电站，特点是可以分散安装，安装位置灵活；后者适于大中型光伏电站，特点是占地面积小，线缆用量少，监控维护方便。另外，还需要根据输入功率、电压、电流、直流路数等参数选择合适的逆变器。
2.3 光伏方阵布置
2.3.1 布置方式
光伏方阵有2种布置方式，一种是跟踪太阳，另一种是选择全年获得最大太阳辐射量的最佳安装角度。前一种对太阳能的利用效率高，但系统复杂，造价高，所以建筑光伏系统通常选择后一种。
2.3.2 最佳安装倾角
最佳安装角度可根据当地气象资料进行计算，对于纬度 =0°～25°地区，光伏阵列的最佳安装倾角= ，例如惠州市纬度为23°09′，最佳安装倾角=23°；纬度26°～40°，光伏阵列的最佳安装倾角 =+（5°～10°），例如长沙市纬度为28°12′，最佳安装倾角=34°。
2.3.3 安装方位角
地处北半球，向南可接受较多的太阳辐射量，所以电池安装方位角可选正南±20°范围内。同时应尽量避开建筑物、树木的阴影遮挡。
2.3.4 光伏阵列间距
为避免阴影的影响，光伏方阵之间应保持足够的距离，一般要求冬至日早9:00～15:00光伏方阵不被遮挡。可按以下公式计算：，其中，， 为前后方阵投影到地面的距离，为光伏方阵与被遮挡组件底边的高度差，为纬度。惠州纬度=23.15°，=0.7m，利用上述公式可计算出=0.9920m，取光伏阵列间距1m。
2.4 光伏发电量计算
2.4.1 光伏阵列太阳辐射量计算
日辐射量可利用公式 计算，式中为倾角的光伏方阵上的太阳总辐射量，为水平面辐射量，为正午时太阳高度角，为月度日均散射辐射量。 ，其中为纬度，为从1月1日起的日期编号，d=357[4]。
2.4.2 光伏发电量计算
单位面积光伏方阵年发电量可利用公式计算，其中为多年平均辐射总量，为光电转化效率。利用2.4.1小节数据，计算=3.92×365×16%×1000/3600=63.59kWh/m2。
2.5 光伏方阵面积计算
某建筑最大平均每日用电量为30kWh，不采用储能装置，则光伏方阵面积可按公式计算。其中为光伏方阵面积；为光伏方阵平面设计辐射量；、为日照输入、输出系统的效率。，其中为日照输入电量效率；=0.9；为蓄电池电量效率，无蓄电池=1；为最大功率跟踪器效率，固定装置=1；为灰尘系数，=0.95；蓄电池效率，无蓄电池=1。，其中为光伏组件效率，=16%；为最大功率温度系数，=-0.5%；、分别为光伏组件工作温度与标准温度，=28.4℃（12月平均温度8.4℃，再加20℃），=25℃。带入上述公式=55.01m2。采用某型号单晶硅电池组件，尺寸为1116mm×1316mm，面积为1.47m2，共需40片。采用南北方向4块1组，共10路接入汇流箱，每4路串联开路电压约480V。交流配电箱（柜）并网上级断路器选用16A，并网逆变器选用3kW。光伏组件安装在屋顶采光顶上。
3.结语
为了实现经济社会可持续发展目标，需要大力推广清洁能源和绿色建筑技术。建筑一体化太阳能光伏发电系统的应用很好地适应了这一发展趋势，因此电气设计人员应加强新技术、新材料和新装备的研究，以便在实践中不断提高节能技术的应用水平，为太阳能光伏发电的推广应用做出更大贡献。
参考文献
[1]朱飞宇.太阳能光伏发电系统的工程应用[J].现代建筑电气，2013,4(10)：46-48，64.
[2]李宁峰，于国才.屋顶太阳能光伏发电系统的设计[J].江苏电机工程，2012,31(3)：43-45.
[3]肖冬开，何清，詹龙鹏.深圳火车北站太阳能光伏发电系统设计[J].建筑电气，2012,31(10)：21-32.
[4]朱飞宇，曾理.建筑一体化太阳能光伏发电系统在办公楼改建工程中的应用[J].低压电器，2012(13)：21-24.
论文作者:张幸乐
论文发表刊物:《建筑知识》2016年20期
论文发表时间:2017/6/1
标签：光伏论文; 组件论文; 太阳能论文; 方阵论文; 系统论文; 辐射量论文; 建筑论文; 《建筑知识》2016年20期论文;