太阳能光伏发电系统在建筑上的应用
邓永星
摘 要：介绍了“新能源”的概念及发展现状，分析了太阳能光伏发电系统在公共建筑中的实际应用，主要从并网形式的选择、光伏发电系统的应用及成效等方面进行了论述，以供参考。
关键词：公共建筑；新能源；太阳能光伏发电；并网形式
中图分类号：TM615 文献标识码：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2017.12.143
公共设施作为城市公共空间交流的载体，在人们的生活中扮演着重要角色。近年来，随着全球经济的持续发展，能源问题已经成为各国共同面对的重要问题之一，这个问题直接阻碍了社会的可持续发展。因此，如何节约能源，促进社会的持续发展成为了各个国家积极探索的发展之路。
所谓“新能源”，主要是指石油、天然气、煤炭以外的各种能源。我国早就启动了新能源的开发和利用，但是开发的进度比较缓慢，与发达国家相比，仍存在着较大的差距。因此，我们还需要加深对新能源开发与利用的研究与探索。下面结合工程实例，就太阳能光伏发电系统在公共建筑中的应用进行探讨。
1 项目规模
某大型综合建筑，建筑总面积约3.6×104 m2，地上4层，地下1层，地面3层，地下2层，建筑高度为35.2 m。1层为展厅、多功能厅、会议室、办公室等，地下1层为库房及设备用房等，耐火等级一级。本工程作为绿色建筑项目的试点工程，擬采用太阳能光伏发电系统的形式。当地所处地区年日照时数1 600 h。平均年太阳辐射量为4 200～5 400 MJ/m2，是我国第三类太阳能资源区域。因此，经过相关部门商讨，本项目决定建设太阳能光伏发电站。
2 电源引入
结合本工程的特点，10 kV电源引入决定从市电变电站引入2路独立电源进线10 kV，2路电源可以同步工作，并互为备用。进线采用电缆埋地引入。
3 建筑负荷计算
按大型展览馆标准来确定负荷等级，属一级负荷供电，其分为三级，分别有一级、二级、三级负荷。
根据建筑、暖通设计师提供的资料，按照单位指标法进行建筑负荷计算。其中，1～4层的展厅照明插座按照30 W/m2来计算，大堂、公共走道的照明插座按20 W/m2来计算，车库负荷按照5 W/m2来计算。根据计算结果，总用电负荷为3 170 kW，并设置干式变压器，一共2台，其总装机容量为4 000 kVA。一级、二级总计算负荷为815 kW。
4 光伏发电在公共建筑项目设计中的应用
4.1 合理选择并网形式
在本工程太阳能光伏发电系统设计中，按照与电力系统的联系，将光伏发电系统形式分为独立型的光伏发电系统和并网型的光伏发电系统2种。
4.1.1 独立型的光伏发电系统
此系统由5个部分组成，即太阳电池方阵、逆变器、控制器、蓄电池和负载。考虑到系统要配置高功率的蓄电池，因此会造成系统的造价过高，且蓄电池的使用寿命有限，一般为5～8年，同时报废的蓄电池将会造成环境污染。
4.1.2 并网型的光伏发电系统
此系统主要由光伏组件阵列、并网光伏逆变器、公共电网等部分构成。并网光伏发电系统中一般还配有直流汇流箱及直流配电柜、交流配电柜、监控系统等设备。对于大功率的并网光伏系统，通常还配有大容量变压器，以将其产生的电能直接送入高压电网。分布式0.4 kV并网发电原理如图1所示。
本项目作为绿色建筑的试点工程，申报为一星级绿色建筑，因此，本项目推荐采用并网型的太阳能光伏发电系统，设置1个0.4 kV并网接入点。
4.2 光伏发电系统的应用
光伏发电系统在公共建筑物中的应用，主要分为与建筑完全独立型的光伏系统和光伏建筑一体化系统2种形式。其中，前者是将整个光伏发电系统设置于建筑屋顶上，避免影响到原有建筑的立面效果；后者是建筑元素中重要组成部分，我们一般将它作为建筑物的一面墙。
根据本方案的特点，考虑到人们对项目立面效果要求较高，且建工立面的形状呈不规则体，以白色为主，因此本项目采用独立型的光伏系统，与建筑完全分开。
本项目将太阳能光伏电池板设置在屋面上，标高30.4 m，安装面积980 m2，根据计算，系统装机容量为90～100 kWp，光伏发电系统在公共建筑物中的应用，主要分为与建筑完全独立型的光伏系统和光伏建筑一体化系统2种形式。其中，前者是将整个光伏发电系统设置于建筑屋顶上，避免影响到原有建筑的立面效果；后者是建筑元素中重要组成部分，我们一般将它作为建筑物的一面墙。
根据本方案的特点，考虑到人们对项目立面效果要求较高，且建工立面的形状呈不规则体，以白色为主，因此本项目采用独立型的光伏系统，与建筑完全分开。
本项目将太阳能光伏电池板设置在屋面上，标高30.4 m，安装面积980 m2，根据计算，系统装机容量为90～100 kWp，
能够及时指挥，扑灭大火。
4 结束语
石油库属于易燃易爆区域，易受到雷电灾害的冲击，严重时，还会引发火灾或爆炸事故，严重威胁人身安全和经济安全，对社会产生特别严重的影响。因此，相关单位和个人必须要高度重视石油库的防雷工作，将防雷接地系统的布设作为石油库建设中的重要工作来抓。对于石油库的设计、施工和验收等工作，相关部门必须高度重视，严把施工材料、施工过程和安装工艺的质量关，确保接地电阻与防雷相关规范要求相符。只要石油库的防雷工程严格依据相关规范进行，就可以使防雷接地有实际效果，达到防火、防爆的目的，为石油库的安全运行提供可靠的保障。
参考文献
[1]李宁，毋勇，杨妮，等.大型油库安全设计探讨[J].化学工业，2013，31（4）.
[2]邓伟，孙西山，次仁白玛.浅谈石油库雷电安全防护[J].河南科技，2013（9）.
〔编辑：白洁〕
年发电量约1.87×105 kW·h，年耗电量为5.41×106 kW·h，占整个建筑年耗电量的3.46%.最终拟安装系统总容量为92 kWp，由太阳能光伏组件组成。太阳能光伏规格为650 mm×990 mm，太阳能电池组件80块，安装于屋面上，呈正方形布置。同时，太阳能光伏发电系统配备5台逆变器。
当太阳能电池组件经过逆变器时，要进行防雷处理，从逆变器接出，并与交流配电柜相连接，再由交流配电柜出来与并网点相连，为负载供电，并网点设置计量电表。根据光伏发电的特点，太阳能发电为地下车库、设备房的照明和一层各公共走道供电，大大地满足建筑负载的用电需求。本项目可做到自发自用，不足部分市电补充，公休节假日建筑用电量低时，光伏发电量剩余部分才输电上网。图2所示为接入点方案图。
4.3 光伏发电系统的应用成效
本项目采用并网发电的光伏发电方案，发电效率较高，具有一定的环保性和可靠性，且通过上网电价来获取回报。相信在政府主管部门的带动下，将会促成太阳能光伏发电与南方电网并网发电的结合，发挥太阳能光伏发电的应用价值，不断提高本项目的造价及投资回报率，预计10年可收回投资成本。
根据以上分析，并网发电的太阳能光伏发电系统具有一定的优势，但当地在太阳能光伏发电系统应用方面，还是较少。可喜的是，并网发电的太阳能光伏发电系统近来已经逐渐得到南方电网公司及社会各界的重视，被推行为绿色屋顶，可将光伏发电多余的发电量倒送至电网，赚取上网费用，从而大大减少了项目的投资运营成本，这将是未来系统得以更多推广的重要契机。
5 结束语
综上所述，新能源的开发和利用在全球各国不同领域得到了广泛应用，同时，人们也越来越意识到新能源开发和利用的重要性，正在对新能源进行更深的层面开发。能源的危机引起了人类对自身生存的不断反思。近年来，新能源技术在公共建筑设计中发挥着越来越重要的作用，因此，相信在不久的將来，人们对新能源的开发会进入更深的层面，其应用领域也会得到不断拓展。可见，在公共建筑设计过程中，需要深入到太阳能光伏发电的开发和利用当中，以节约能源，促进社会的可持续发展。
参考文献
[1]孟浩.太阳能光伏发电技术研究评述[J].高技术通讯，2013（06）.
[2]毛亮.我国发展太阳能光伏发电的必要性及技术分析[J].科技传播，2011（20）.
〔编辑：刘晓芳〕
