太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)在小區(qū)配電中的研究與應(yīng)用

黎勝發(fā)

摘要：隨著家用電器數(shù)量及用電量的持續(xù)增長(zhǎng)，居民小區(qū)對(duì)于電能的需求與日俱增，通過(guò)將光伏發(fā)電系統(tǒng)與小區(qū)建設(shè)相結(jié)合，能夠在有效利用太陽(yáng)能的前提下，降低其對(duì)電網(wǎng)供電的依賴性和用電成本。在下面文章里，我們就結(jié)合廣州香江房地產(chǎn)相關(guān)小區(qū)項(xiàng)目的實(shí)際情況對(duì)光伏發(fā)電系統(tǒng)在小區(qū)配電中的應(yīng)用進(jìn)行探討。

關(guān)鍵詞：光伏發(fā)電；小區(qū)配電；光伏建筑一體化

對(duì)于太陽(yáng)能這一清潔可再生能源的應(yīng)用，相關(guān)技術(shù)研究發(fā)展已久，其中光伏發(fā)電作為當(dāng)前最為成熟的技術(shù)，在國(guó)家大力推廣下在各行各業(yè)都得到了廣泛應(yīng)用。光伏發(fā)電技術(shù)具有清潔、節(jié)能、環(huán)保、安裝簡(jiǎn)便等多方面優(yōu)點(diǎn)，通過(guò)合理的應(yīng)用能夠有效緩解城市化建設(shè)過(guò)程中能源短缺的問(wèn)題。據(jù)研究發(fā)現(xiàn)一個(gè)合計(jì)20萬(wàn)平方米的小區(qū)，如果單純依靠火電機(jī)組提供電能，日消耗煤炭可達(dá)到上千噸，隨著家用電器數(shù)量的增長(zhǎng)，這一數(shù)字還將上升。所以在提倡節(jié)約用電的前提下，更好的在住宅小區(qū)內(nèi)應(yīng)用可再生能源具有深遠(yuǎn)的意義。在下面文章里，我們就結(jié)合當(dāng)前光伏發(fā)電技術(shù)實(shí)際情況，對(duì)其在住宅小區(qū)配電系統(tǒng)中的應(yīng)用進(jìn)行深入探討。

一、光伏發(fā)電系統(tǒng)原理及供配電方式

（一）光伏發(fā)電系統(tǒng)原理

光伏發(fā)電系統(tǒng)的核心元件是太陽(yáng)能電池，其原理是利用半導(dǎo)體界面的光生伏特效應(yīng)將光能直接轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?。通過(guò)將太陽(yáng)能電池串聯(lián)、封裝保護(hù)后可形成較大面積的太陽(yáng)電池組件，再與功率控制器等部件配合最終形成光伏發(fā)電系統(tǒng)。在太陽(yáng)光的照射下，太陽(yáng)能電池方陣產(chǎn)生的電能經(jīng)由控制器控制給蓄電池組進(jìn)行充電或是在負(fù)載合適的情況下直接向負(fù)載供電。當(dāng)日照不足或夜間時(shí)，蓄電池組可直接對(duì)直流負(fù)載進(jìn)行供電。對(duì)于負(fù)載中存在交流負(fù)載的發(fā)電系統(tǒng)，則需要設(shè)置逆變器將直流電轉(zhuǎn)換為交流電。

（二）光伏發(fā)電系統(tǒng)供配電方式

太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)按是否與電網(wǎng)連接可分為獨(dú)立離網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)和并聯(lián)發(fā)電系統(tǒng)和并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)三種方式：

1.獨(dú)立發(fā)電系統(tǒng)

這種方式是光伏發(fā)電系統(tǒng)最初的配電方式，實(shí)現(xiàn)獨(dú)立發(fā)電、供電，這一系統(tǒng)主要適用于用電容量小、分散性較大的用電負(fù)荷，如路燈等。優(yōu)點(diǎn)是簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)、靈活，缺點(diǎn)主要是供電可靠性差、管理控制效果低。

2.市電并聯(lián)發(fā)電系統(tǒng)

這種方式是在獨(dú)立發(fā)電系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，在負(fù)載母線側(cè)增加一路市電供電，與光伏發(fā)電系統(tǒng)互為備用。這種系統(tǒng)的最大優(yōu)點(diǎn)是當(dāng)光伏發(fā)電系統(tǒng)出力不足或中斷時(shí)，在自動(dòng)化控制裝置的控制下可快速切換至市電，一定程度上提高了供電可靠性，且降低了蓄電池的容量需求，節(jié)省了建設(shè)成本。最大的缺點(diǎn)是光伏發(fā)電系統(tǒng)與市電之間進(jìn)行切換時(shí)會(huì)造成供電中斷，影響設(shè)備的正常運(yùn)行，而且用電量和供電量之間的平衡較難協(xié)調(diào)。

3.市電并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)

這一系統(tǒng)指的是光伏發(fā)電系統(tǒng)產(chǎn)生的直流電經(jīng)由并網(wǎng)逆變器轉(zhuǎn)換成符合市電電網(wǎng)要求的交流電之后直接接入公共電網(wǎng)。這種運(yùn)行模式能夠很好的解決前述兩種配電形式存在的缺陷，光伏發(fā)電系統(tǒng)與市電系統(tǒng)并網(wǎng)運(yùn)行的情況下，對(duì)于用電負(fù)載量的平衡工作都由電力系統(tǒng)去完成，光伏發(fā)電系統(tǒng)可最大效率的進(jìn)行發(fā)電，在這一前提下就降低了系統(tǒng)對(duì)于蓄電池容量的需求，也能很大程度上減少設(shè)備成本。[1]

二、光伏發(fā)電系統(tǒng)在小區(qū)配電中的應(yīng)用研究

通過(guò)對(duì)三種光伏發(fā)電系統(tǒng)供配電方式的分析，結(jié)合應(yīng)用需求及當(dāng)前技術(shù)水平，在小區(qū)配電過(guò)程中光伏發(fā)電系統(tǒng)與市電并網(wǎng)運(yùn)行是安全性、經(jīng)濟(jì)性最佳的方式。為了最大限度的提高光伏發(fā)電系統(tǒng)運(yùn)行效率及發(fā)電能力，應(yīng)在小區(qū)建筑設(shè)計(jì)時(shí)就對(duì)光伏發(fā)電系統(tǒng)的安裝配置進(jìn)行考慮，從而有效實(shí)現(xiàn)光伏建筑一體化。

（一）光伏建筑一體化及其具體應(yīng)用

光伏建筑一體化是未來(lái)光伏發(fā)電的一個(gè)重要趨勢(shì)，具體可分為兩類(lèi)，一是光伏方陣與建筑的結(jié)合，二是光伏方陣與建筑的集成。第一種方式最為常見(jiàn)，尤其是與建筑屋面的結(jié)合，因無(wú)需占用額外地面空間，所以非常適宜在城市建筑中應(yīng)用。而光伏陣列與建筑的集成是一體化的高級(jí)形式，對(duì)于光伏組件的要求較高，要求其既能滿足光伏發(fā)電功能需求，同時(shí)還應(yīng)滿足建筑的基本功能需求。

目前在光伏建筑一體化的設(shè)計(jì)建設(shè)過(guò)程中主要是通過(guò)在墻面部分采用第三代柔性非晶硅貼膜，其對(duì)太陽(yáng)能的利于率能達(dá)到6%，由于尺寸便于定制，所以對(duì)于墻面的利用率能達(dá)到100%；對(duì)于玻璃幕墻，則采用50%透明度的單晶硅玻璃幕墻組件，其對(duì)幕墻的利用率能的達(dá)到95%；對(duì)于建筑物樓頂天窗，可采用50%透明度的單晶硅組件，其對(duì)樓頂天窗利用率能達(dá)到90%。通過(guò)分析我們可以看到，光伏建筑一體化能夠有效利用建筑外墻、天窗、樓頂?shù)让娣e，在不影響建筑美觀、功能的前提下，最大限度的增加了光伏發(fā)電系統(tǒng)的規(guī)模。

（二）光伏建筑一體化優(yōu)點(diǎn)

1）清潔環(huán)保，可再生；

2）無(wú)需額外占用地面空間，且在夏季能夠起到很好的調(diào)峰作用；

3）不受蓄電池容量的限制，節(jié)省投資，且能實(shí)現(xiàn)光伏系統(tǒng)出力最大化；

4）起到建筑節(jié)能功能。主要是由于光伏陣列吸收太陽(yáng)能，有效降低了建筑墻體溫度，相應(yīng)的室內(nèi)空調(diào)冷負(fù)荷也得到控制，減少了用電需求。

（三）當(dāng)前存在的制約

光伏建筑一體化的推廣應(yīng)用對(duì)于緩解能源緊張，減低環(huán)境污染都有著積極的意義，但在實(shí)際應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)仍存在一些制約條件影響其大范圍的應(yīng)用。具體表現(xiàn)為：

1）前期建設(shè)投資大，在一體化的實(shí)現(xiàn)過(guò)程中，所使用的建筑材料相比以前成本高，相關(guān)科研技術(shù)投入大。

2）發(fā)電成本高。據(jù)統(tǒng)計(jì)，利于光伏發(fā)電系統(tǒng)進(jìn)行發(fā)電，相同電能情況下，成本相較傳統(tǒng)火電要高很多。

3）出力穩(wěn)定性差。由于光伏發(fā)電系統(tǒng)出力受天氣情況影響，所以導(dǎo)致其在一天內(nèi)不同時(shí)間、一年內(nèi)不同季節(jié)，其出力情況都存在差異，穩(wěn)定性較差。[2]

三、結(jié)語(yǔ)

光伏發(fā)電作為當(dāng)前發(fā)展最為成熟的分布式發(fā)電系統(tǒng)，隨著研究的進(jìn)一步深入，其實(shí)際價(jià)值得到了更好的體現(xiàn)。在建筑小區(qū)的的應(yīng)用過(guò)程中，我們不應(yīng)局限于一種供配電方式，而是可根據(jù)不同的用電負(fù)荷情況（重要性、容量、位置等）采取不同的方式，靈活的綜合應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)：

[1]李秉璋，陳宏，劉晨陽(yáng).太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)在城市環(huán)境中的應(yīng)用——以寧波“零能耗”建筑為例[J].住宅與房地產(chǎn)，2016，（20）：2223.

[2]李蔚.太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)應(yīng)用[J].電氣應(yīng)用，2014，（06）：13.