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建筑光伏发电系统

 一、概述

1. 建筑光伏发电系统是将建筑与光伏发电结合的一种新型的、具有广阔发展前景的发电和能源综合利用方式,是应用太阳能发电的一种新概念。简单地讲就是将太阳能光伏发电方阵安装在建筑的围护结构外表来提供电力。太阳光照射在太阳电池上产生光生伏打效应,产生直流电。太阳电池连接起来并封装在不同的材料上构成组件,组件通过电气的串并联方式连接成光伏方阵,光伏方阵输出的直流电经过逆变器转变为交流电并入电网,实行“自发自用、余电上网、就近消纳、电网调节”的运营模式,能够有效解决电力在升压及长途运输中的损耗问题。

光伏组件可以通过多种方式集成到建筑中。大体上可以分为两类:一类是光伏方阵与建筑的结合。另一类是光伏方阵与建筑的集成,如光电瓦屋顶、光电幕墙和光电采光顶等。在这两种方式中,光伏方阵与建筑的结合是一种常用的形式,特别是与建筑屋面的结合。我们认为光伏建筑一体化,需要将光伏组件融合到建筑中,成为建筑的整体结构的一部分。建筑一体化的光伏组件代替传统的建筑材料,降低光伏发电的成本。它并不占用额外的空间,在人口稠密的城市也能使用。设计良好的一体化系统也能够提高市场的接受程度,为业主塑造良好的社会形象,是太阳能利用的最佳形式。

2.参考标准

  GB50797-2012             《光伏发电站设计规范》

  GB/Z19964-2005         《光伏发电站接入电力系统技术规定》

  GB/T20046-2006         《光伏(PV)系统电网接口特性》

  GB50052-2009            《供配电系统设计规范》

  GB50054-2011            《低压配电系统设计规范》

  GB50057-2010            《建筑物防雷设计规范》

  GB50016-2006            《建筑设计防火规范》

  GB50011-2010            《建筑抗震设计规范》

  IEC61727-2004            《并网光伏系统》

  IEC61173                      《光伏系统过电压保护》

  JGJ 203-2010               《民用建筑太阳能光伏系统应用技术规范》

  GB/T-16895.32-2008 《建筑物电气装置 7-712部分特殊装置或场所的要求太阳能光伏(PV)电源供电系统》

  IEC62548                      《光伏(PV)发电机组装置和安全要求》

  IEC61173                      《光伏系统过电压保护》

  GB/T13539.6-2013     《低压熔断器 6部分 太阳能光伏系统保护用熔断体的补充要求》

二、光伏发电系统方案

1.家庭屋顶发电解决方案

1.1 适用场合

适用于城市高层、多层住宅,连栋、独栋别墅,农村住宅等。一般为1-10kW,可以安装在住宅屋顶、阳台、墙面、地面,更可以与建筑开发商合作实现BIPV光伏建筑一体化。发电量可以全部上网、全部自用或自发自用余电上网。

系统具有25年的寿命,在发电的同时也能售电获得利润,一次投入之后6-8年就能收回成本,随后的17-19年将获得持续稳定的盈利。

1.2 系统结构

家庭式光伏发电并网系统主要包括太阳能光伏组件、并网型逆变器和交流并网柜等,家用并网型分布式光伏系统由于规模不大,整体框架如下图所示:

2.工商业建筑光伏发电系统解决方案

2.1 适用场合

工商业建筑分布式光伏发电站主要在城市工业园区或者有大面积屋顶的企业、商业、办公大楼、物流园等场所。分布式光伏发电系统发的电量将最大程度的在当地消耗,只有小比例的多余电量才输送电网。上海安科瑞新能源有限公司分布式光伏电站系统可覆盖20kW到几兆瓦的范围,并可根据屋顶面积和客户需求进行量身定制。

2.2 系统结构

工商业建筑光伏发电并网系统主要包括太阳能光伏组件、直流汇流箱,交流汇流箱、并网型逆变器和交流并网柜等,工商业建筑光伏发电由于并网装机容量较大,因此有些地区还需要根据当地供电局装相关电能质量检测仪,整体框架如下图所示。

3.集中式光伏发电解决方案

3.1 适用场合

集中式光伏电站主要利用大规模太阳能电池阵列把太阳能直接转换成直流电,通过防雷汇流箱和直流配电柜,把多路直流汇入到光伏逆变器,光伏逆变器把多路直流电变换成交流电,再通过交流配电柜、升压变压器和高压开关装置接入电网,向电网输送光伏电量,由电网统一调配向用户供电。

3.2 系统结构

集中式光伏电站主要有四部分组成:

--发电设备(太阳能电池板和防雷汇流箱(APV))。

--变换部分(直流配电柜(APG),并网逆变器(ASI),交流配电柜)。

--并网部分(升压变压器和中高压开关柜)。

--SCADA系统(环境和站点检测系统,数据采集通讯单元和后台网管系统(安科瑞光伏发电监控系统Acrel-2000 v8.0))。

具体系统架构图如下图所示:

4.并网流程

5.Acrel-2000 V8.0光伏发电监测系统

5.1 概述

Acrel-2000 V8.0光伏发电监测系统是安科瑞电气股份有限公司针对建筑光伏发电系统开发的软件平台,对装机容量在几十千瓦至兆瓦级建筑光伏电站里的逆变器及并网设备等进行实时监测和远程参数设置,通过各种样式的图表及数据快速掌握电站的运行情况,具有数据统计、发电效率评估以及气象条件监视、故障报警等功能,确保建筑光伏发电系统的可靠和稳定运行。

5.2 执行标准


CGC/GF002-2010            《光伏汇流箱技术规范》

GB/T 2887-2011             《计算机场地通用规范》

GB 50797-2012              《光伏发电站设计规范》

GB/T 31366-2015            《光伏发电站监控系统技术要求》

5.3 组网示意图

5.4 系统功能

1)地系统运行主界面

系统监控提供功能选择画面,并对光伏阵列现场环境进行实时监测与显示,如室外温度值、风速、风向、光照强度等。

  

2)系统运行监视和控制

监控系统可分区域实时监测各光伏阵列的充电电压及电流、蓄电池电压及温度等信息,并对故障点进行异常显示与报警提示。

   

3)逆变器发电趋势曲线分析

监控系统可绘制显示逆变器输出电压—时间曲线、功率—时间曲线等,直流侧输入电流实时曲线、交流侧逆变输出电流曲线,并采集与显示各逆变器日发电量等电参量。

  

4)历史数据管理

监控系统可针对光伏发电现场的各种数据和事件进行记录,如:逆变器输出电压、电流功率、电能,输入电压、电流,以及通讯异常、开关变位、操作记录等,时间记录支持按类型查询,并可对越限报警值进行更改设置。

  

5)日发电趋势分析

系统提供了实时曲线和历史趋势两种曲线分析界面,可以反映出每天24小时内光伏发电量与该日日照强度,环境温度,风速等的波动情况。

三、典型案列

■ 安科瑞-江阴南闸街道东盟路5号厂房   100.45kWp光伏发电项目

本项目采用多晶硅电池组件,共采用245w的多晶硅组件410块,容量总计100.45kW

系统采用智能型微逆(AMI-250微型并网逆变器)与组串式逆变器(ASI-2000TL)相结合的方案。其中250W的智能型微逆205个,功率为51.25KW,组串式逆变器采用220kW112kW,功率52kW,以上逆变器功率总计103.25kW,通过逆变器变成交流后经室外防雷汇流箱汇流,经交流配电柜,接至厂区用户变电配电房的低压侧母线。发电系统图如下图所示:

本项目装机总容量为100.45kWp,理论年发电量10.7kWh,可大幅度节约电费和减少二氧化碳的排放。

四、光伏并网电站收益

1.商用光伏并网电站收益

Ø 应用:适用安装于企业、工业、酒店医院、地面、海岛等商业单位;

Ø 安装优点:有效的与屋顶结合,设计美观,安装方便,节约运营成本,减少碳、氮、硫等有害气体的排放,保护环境;

Ø 安装容量:30kW-6000kW

Ø 投资回报:见下表

2.户用光伏并网电站收益

Ø 应用:适用安装于独栋别墅、连排别墅、个人用户屋顶、阳光房、阳台、车棚等场合。

Ø 安装优点:有效与屋顶结合、设计美观、有助于屋顶的遮阳防雨,延长屋顶寿命,安装方便。

Ø 安装容量:1kW-30kW

Ø 投资回报:见下表