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光伏屋顶系统简介 1 一 概述 简单说来 光伏屋顶就是利用安装在建筑物顶部的光伏组件 太阳能电池 将光能转换为电能 供用电器使用 光伏与建筑的结合有如下两种方式 都可以通过逆变器 控制装置等成发电系统 1 一种是建筑与光伏系统相结合 把封装好的的光伏组件 平板或曲面板 安装在居民住宅或建筑物的屋顶上 组成光伏发电系统 见下图左 2 另外一种是建筑与光伏器件相结合 是将光伏器件与建筑材料集成化 即光伏建筑一体化 BIPV 如将太阳能光伏电池制作成光伏玻璃幕墙 太阳能电池瓦 太阳能防水卷材等 集实用与装饰美化为一体 达到节能环保效果 是今后的发展光伏建筑一体化的趋势 见下图右光伏玻璃屋顶 2 光伏屋顶工程 3 应用图片 4 应用图片 曲面屋顶太阳能车库顶板 5 光伏屋顶系统分类 光伏屋顶系统分为两个大类 并网光伏屋顶系统与离网光伏屋顶系统并网光伏屋顶系统 并网光伏屋顶系统由光伏组件 并网逆变器 控制装置组成 光伏组件将太阳能转化为直流电能 通过并网逆变电源将直流电能转化为与电网同频同相的交流电能供给负载使用并馈入电网 离网光伏屋顶系统 离网光伏屋顶系统由光伏组件 逆变器 控制装置 蓄电池组成 以光伏电池板为发电部件 控制器对所发的电能进行调节和控制 一方面把调整后的能量送往直流负载或交流负载 另一方面把多余的能量送往蓄电池组储存 当所发的电不能满足负载需要时 控制器又把蓄电池的电能送往负载 蓄电池充满电后 控制器要控制蓄电池不被过充 当蓄电池所储存的电能放完时 控制器要控制蓄电池不被过放电 保护蓄电池 蓄电池可以贮能 以便在夜间或阴雨天保证负载用电 6 太阳能光伏建筑的优点从建筑 技术和经济角度来看 太阳能光伏建筑有诸多优点 1 可以有效地利用建筑物屋顶和幕墙 无需占用土地资源 这对于土地昂贵的城市建筑尤其重要 2 可原地发电 原地用电 在一定距离范围内可以节省电站送电网的投资 对于联网系统 光伏阵列所发电力既可供给本建筑物负载使用 也可送入电网 3 光伏发电系统在白天阳光照射时发电 该时段也是电网用电高峰期 从而舒缓高峰电力需求 4 光伏组件一般安装在建筑的屋顶及墙的南立面上直接吸收太阳能 可降低了墙面及屋顶的温升 5 并网光伏发电系统没有噪音 没有污染物排放 不消耗任何燃料 绿色环保 7 二 常见名词术语 建材型 太阳能电池与建筑材料复合在一起成为不可分割的建筑构件或建筑材料 构件型 指与建筑构件组合在一起或独立成为建筑构件的光伏构件 安装型 指在平屋顶上安装 坡屋面上顺坡架空安装以及在墙面上与墙面平行安装等形式 8 光伏组件 即太阳能光伏电池光伏阵列 由单个光伏电池通过串并联方式排列组成逆变器 将直流电转换为交流电的设备并网器 并网系统中用的逆变器 也叫并网逆变器汇流器 汇流箱 将多组光伏电池的输出汇集负载 分为直流负载 交流负载输出波形 逆变器输出有方波和正弦波2种 目前输出方波的很少 基本都为正弦波 常见名词术语 9 三 光伏屋顶系统 10 1 并网光伏屋顶系统并网光伏屋顶系统分类 根据设备及安装情况来划分 可分为集中式和分布式两种 根据是否允许向公用电网逆向发电来划分 分为可逆流并网系统和不可逆流并网系统 根据输出可分为单相和三相并网系统 11 集中式并网发电这种并网方式适合于在建筑物上安装朝向相同且规格相同的光伏阵列 在电气设计时 采用单台逆变器集中并网发电方案实现联网功能 优点 结构简单 施工方便缺点 逆变器出现故障则系统无法工作无法充分利用太阳能 12 集中式并网发电示意图 13 分布式并网发电这种并网方式适合于在建筑物上安装不同朝向或不同规格的光伏阵列 在电气设计时 可将同一朝向且规格相同的光伏阵列通过单台逆变器集中并网发电 采用多台逆变器分布式并网发电方案实现联网功能 优点 可充分利用太阳能当一路逆变器出现故障 其它部分仍可使用 缺点 安装调试相对复杂 14 分布式并网光伏屋顶系统 15 可逆流低压并网发电系统 16 不可逆流低压并网发电系统 17 2 离网光伏屋顶系统 离网系统是独立的供电系统 其特点是必须使用蓄电池储能 在电能不足时通过电路切换 将负载切换由市电供电 离网系统的逆变器与并网系统的逆变器虽然原理近似 但存在较大差别 18 系统组成示意图 离网光伏屋顶系统 19 四 主要组成部分介绍 建材光伏组件 太阳能电池 逆变器 并网器 控制器蓄电池 20 光伏屋顶可使用建材 适合的建材 瓦 砖 防水卷材 玻璃 不锈钢其中 防水卷材适合类型有 TPO EPDM 三元乙丙橡胶 PVC 改性沥青卷材 对于前三类高分子卷材 可用胶直接将光伏组件与卷材冷粘贴 操作简单 便利 与改性沥青的粘接有待实验 左图为电池与TPO卷材直接粘和 21 光伏屋顶可使用建材 续 与瓦的粘贴 22 光伏组件 太阳能电池根据所用材料的不同可分为 硅太阳能电池 多元化合物薄膜太阳能电池 聚合物多层修饰电极型太阳能电池 纳米晶太阳能电池 有机太阳能电池 其中硅太阳能电池是目前发展最成熟的 在应用中居主导地位 95 以上是硅基的硅太阳能电池分晶体硅 非晶体硅2类晶体硅电池厚 薄膜电池属于非晶硅 不足晶体硅太阳电池厚度的1 100 这就大大降低了制造成本 增加了用途 尤尼索拉柔性三结薄膜电池结构图 23 光伏组件 24 主要参数指标 主要参数 额定功率 Wp 热转化率 工作电压 V 工作电流 A 最大输出电压 电池组重量 KG M 厚度 mm 适用条件 安装温度10 C 40 C屋顶最高温度不超过85 C 25 光伏阵列 光伏阵列的设计并网发电系统的光伏阵列设计需要考虑以下几点 1 光伏阵列朝向光伏阵列正向赤道是其获得最多太阳辐射能的主要条件之一 一般方阵朝向正南 即方阵垂直面与正南的夹角为0 系统的光伏阵列处于北半球 一般应按正南偏西 方位角 一天中负荷的峰值时刻 24小时制 12 15 经度 116 2 光伏阵列倾角在并网发电系统中 光伏阵列相对于水平面的倾斜角度一般应该按照使阵列获得全年最多太阳辐射能的设计原则 电池板厂商将根据不同地区的地理位置及气象环境 会提供最佳的安装角度 3 光伏组件串联数量的设计依据逆变器在并网发电时 光伏阵列必须实现最大功率点跟踪控制 以便光伏阵列在任何当前日照下不断获得最大功率输出 26 逆变器 从技术上来说 逆变器属技术成熟的产品 不论大小功率逆变器 早已在电子产品中广泛应用 如通信电源 UPS 不间断电源uninterruptiblepowersupply 等 随着风力发电 太阳能发电技术的发展 应用的推广 逆变器成为风 光发电系统中必不可少的一环 早已实现大规模应用 我国此类产品的生厂家也很多 合肥阳光等国内知名品牌 产品经过市场检验 技术过关 性能可靠 逆变器与光伏组件的匹配 主要考虑输入电压范围 最大输入电流 输入功率等 27 离网逆变器 输入额定电压 电流 功率 输出额定电压 电流 功率 输出频率 功率因数并网逆变器 最大输入电压 最大输入功率 额定输出功率 相比而言 并网逆变器有较大的输入电压范围 主要参数指标 28 控制器 有的厂商产品中 控制器与逆变器是一体的 尤其在并网系统中 在离网系统中往往设计单独的控制器 由于离网系统仅供直流负载时不需要逆变器 并网系统中控制器主要功能为电流监控 系统保护 通讯等 离网系统中控制器还多加了对蓄电池的控制功能 如充放电管理 电路切换等 29 蓄电池 常用电池为铅酸免维护电池 单个电池电压为12伏 可根据需要串并联 主要参数指标 电池容量 通常以安时数表示充电电压工作电压开路电压使用寿命 30 总结 以上各组成部分在构成光伏屋顶系统应用方面并无问题 国内外均有大量工程应用实例 在使用寿命上 上面5个部分却存在较大差别 卷材类寿命在20年以上 高分子卷材如 TPO EPDM等理论上寿命可达50年左右 光伏组件的寿命理论值也有30 50年 但逆变器及控制器均属电子类产品 使用寿命一般只能达到5 10年 且发生故障的几率远大于卷材和光伏组件 普通蓄电池的寿命为5年左右 高性能的可达到十年 与使用环境 充放电次数及日常维护有关 因此 每隔一定年限 系统就要进行一次改造 更新 31 五 相关标准及政策 相关标准 GB T19939 2005光伏系统并网技术要求GB T20046 2006光伏 PV 系统电网接口特性 IEC61727 2004 MOD GB Z19964 2005光伏发电站接入电力系统技术规定GB T2423 1 2001电工电子产品基本环境试验规程试验A 低温试验方法GB T2423 2 2001电工电子产品基本环境试验规程试验B 高温试验方法GB T2423 9 2001电工电子产品基本环境试验规程试验C 设备用恒定湿热试验方法GB4208外壳防护等级 IP代码 equIEC60529 1998 GB3859 2 1993半导体变流器应用导则GB T14549 1993电能质量公用电网谐波GB T15543 1995电能质量三相电压允许不平衡度 32 相关补贴政策 财政补贴将重点支持太阳能光电建筑一体化安装且发电主要用于解决建筑用能的项目 从项目类型上主要包括三类 一是建材型 指将太阳能电池与瓦 砖 卷材 玻璃等建筑材料复合在一起成为不可分割的建筑构件或建筑材料 如光伏瓦 光伏砖 光伏屋面卷材 玻璃光伏幕墙 光伏采光顶等 二是构件型 指与建筑构件组合在一起或独立成为建筑构件的光伏构件 如以标准普通光伏组件或根据建筑要求定制的光伏组件构成雨篷构件 遮阳构件等 三是与屋顶 墙面结合安装型 指在平屋顶上安装 坡屋面上顺坡架空安装以及在墙面上与墙面平行安装等形式 33 财建 2009 129号文件 关于印发 太阳能光电建筑应用财政补助资金管理暂行办法 在实际项目申报是重点专注以下几点 1 安装类型和补贴对应的补贴标准项目安装类型补贴标准建材型 太阳能电池与建筑材料复