光伏发电停车棚

研究背景随着全球能源危机持续加剧以及环境污染问题渐趋恶化，发展可持续能源已成为国际社会的普遍诉求，中国作为全球碳排放规模居前列的国家，切实践行“双碳”承诺，积极促进可再生能源的大规模运用，光伏技术作为太阳能利用的关键途径，正慢慢融入建筑、交通等多个范畴，为应对能源难题与环境压力给出了创新的解决途径。伴随城市化进程的加速，城市对停车设施的需求持续上升，而传统停车棚仅具有单一的停车功效，将光伏发电与停车棚结合在一起，搭建光伏发电停车棚，既能达成车辆停放的需求，又可以凭借棚顶空间进行太阳能发电，实现空间资源的高效调配，契合绿色建筑与可持续发展的理念[5]。来自政策方面的支持为光伏发电停车棚推广提供制度保障，国家能源局《“十四五”现代能源体系规划》清晰提出“推动太阳能跟建筑深度融合”，各地针对新能源汽车充电基础设施建设的补贴政策，进一步促进“光伏+充电”场景的实际落地，福州大学[4]针对停车充电一体化开展的研究，正是对政策指引与市场需求的反馈，表现了技术创新跟应用场景的深度相互结合，为光伏发电停车棚的功能集成增添了技术支持，把太阳能技术运用到建筑与交通基础设施中，可缓解能源供需矛盾，还可推动城市空间利用效率提高，契合新型城镇化建设关于绿色低碳的要求[2]。光伏发电停车棚的研究与应用依然存在一些问题，就不同地区适应性设计而言，屈海洋及其团队[16]开展了北方分布式光伏车篷设计的相关研究，说明不同的气候与地理条件对车棚设计和运行影响重大，要进一步深入探究以增强其普适性。受“双碳”目标和绿色发展理念的驱动，光伏发电停车棚的应用前景十分广阔，但目前其在设计、功能集成等方面依旧存在不足，有必要进一步深入钻研，以促进光伏发电停车棚的大规模应用与技术革新，为城市可持续发展添砖加瓦。1.1光伏发电停车棚的概念光伏发电停车棚算作一种新型的光伏设施，它把光伏发电系统整合到传统车棚设计里，主要是借助太阳能转化为电能的效用，可为停放的车辆遮挡住阳光和雨水，还赋予了充电等功能，本文分析了一种在区域里集成停车与电力产生双重功能的创新解决途径。光伏储能一体化已渐渐成为一种流行趋向，引入智能管理系统的光伏发电停车棚，实现能源生产、消耗及停车场管理的智能化操控，为契合不同应用场景并给出智能化解决方案[12]，该发展走向说明，在未来城市规划与能源转型一同推进的过程里面扮演着极为重要的角色[5]。图1图21.2光伏发电停车棚的现状与问题作为光伏建筑一体化（BIPV）领域当中的关键应用之一，全球范围内对光伏发电停车棚展开了广泛关注与深入研究[5]。1.2.1光伏发电停车棚的国内外研究现状作为分布式能源的典型实例，光伏发电停车棚，国内外的研究均呈现出快速发展的走向，但技术路径、政策、环境等条件显现不同，未来需进一步冲破成本与效率的瓶颈，助力在全球各处的规模化施行，协助实现碳中和目标。国内研究现状：(1)成都软件园C区光储充一体化停车场（西南地区首例）该项目一共使用200块碲化镉发电玻璃黑曜石系列标准板，雨棚东西两侧各布置100块，单块尺寸为1600mm*1200mm，单块装机容量为260Wp，总装机容量为52kWp，预计首年发电量为45048kWh。结构上，雨棚采用双层轻钢结构，下部为双向悬挑主体钢结构，上部为碲化镉发电玻璃支撑构架钢结构，碲化镉发电玻璃作为雨棚屋顶材料直接安装在支撑构架之上，与雨棚结构一体化设计，造型现代简洁、一气呵成，充分体现了碲化镉玻璃作为光伏建筑一体化材料的优势。雨棚的立面通过模块化三角面的拼接，呈现出空间的“Y”字造型，边界通过折线柔性化处理，打破传统雨棚生硬呆板的固有印象。如下图所示。图3成都软件园C区光伏车棚图4成都软件园C区光伏车棚夜晚（2）义乌晶远光伏发电有限公司5.8MWp分布式光伏发电项目该项目为晶澳首例屋顶车棚光伏安装项目，能够有效解决用户厂区内用电需求，调节优化用户的用电结构，提高厂内供电可靠性。车棚顶面采用BIPV光伏一体化结构，以光伏组件代替车棚顶面，实现发电功能的同时，还起到遮阳防雨的作用，结合新能源充电桩，实现了停车场的自给自足循环供电。项目采用“自发自用，余量上网”模式，首年总发电量约为586万度电，节省电费172万。每年可减少标准煤排放1673.71吨，二氧化碳排放4596.45吨，二氧化硫排放0.56吨。见下图所示。图5晶澳首例屋顶光伏车棚国外研究现状：（1）德国莱比锡Rackwitz物流中心16MW光伏停车场（欧洲标杆）德国最大的光伏停车场位于莱比锡附近的Rackwitz汽车物流中心停车场，由Mosolf集团建设。该项目占地9公顷，覆盖大约6000个汽车停车位。停车场的顶棚直接使用35000块双玻组件作为建材，2023年全部完工之后将拥有16MWp的发电能力。这个光伏系统产生的电量可以覆盖该公司自身用电需求的40倍，与此同时，会将多余电量并入公共电网产生收益。另一个大型项目位于德国Weeze机场：装有发电量4MW的光伏系统，覆盖1350个停车位，所产生的电力直接供应给机场本身运营使用。如图6所示。图6德国光伏车棚市场现状1.2.2光伏发电停车棚面临的问题和传统车棚比起来，光伏车棚建设初期投入明显要高，每瓦造价差不多是3至5元人民币，还得额外增添储能系统以及充电桩，这造成小型或中型项目的投资回收周期延长为8至12年，当电力需求超出了电网的承载范围时，剩余电量上网所得到的收益往往比预期要低，压低了项目的经济收益；存在政策方面的问题，国内光伏车棚的推广普及高度依附“双碳”战略驱动的地方财政激励与税收减免政策，政策的改变也许会阻碍光伏项目的发展；后期清理维护的难度，因为车棚顶面固定倾斜的角度，这减弱了雨水自然清洁的功效，加大了人工或机械清洁的成本支出，油污和鸟粪之类污染物堆积也许会加速光伏组件的老化；环境及安全风险问题表现突出，处于极端气候条件时适应能力不高，北方冬季积雪的堆积有可能对光伏组件或者支架造成破坏；于沙漠地区而言，沙尘暴会降低透光效率，要求开展定期维护以保证性能。1.3光伏发电停车棚的优势（1）空间高效利用：通过在停车棚上方安装光伏组件，实现“上层发电+下层停车”的双重功能，提供空间资源利用。（2）降低用电成本：在自发自用模式下，发电收益可覆盖停车棚建设与维护成本，提升投资回报率，减少了用电成本。（3）清洁能源供应：发电过程零污染、零排放，减少大气污染物和气体排放。（4）车辆防护加强：通过各种轻量化结构材料支架，稳固的结构能保护车辆安全；棚顶光伏板提供遮阳、挡雨和防冰雹的功能，减少紫外线对车辆的漆面和内饰损害。（5）智能管理集成：结合多个系统，实现功能多样性。在车棚内安装监控、防火等系统，提升管理效率。（6）政策的支持加快市场扩张:国家“双碳”目标推动,以及地方补贴政策的推进，多地出台“光伏+交通”专项补贴，刺激市场需求，鼓励发展光伏建筑，为光伏车棚的建设提供了良好的政策环境。（7）应用场景多元化：商业、公共设施、小区以及工业园区，整体上推动产业链向可持续方向转型，还可能集成共享充电桩与储能系统，以提升充电服务的便利性。1.4新能源光伏发电新能源光伏发电借助半导体材料的“光伏效应”，把太阳光的辐射直接转变为电能的技术，重点是借助太阳能电池（光伏电池）实现能量的转换，拥有清洁、可再生、分布范围广的特征，是全球能源转型的核心组成。新能源光伏发电已成为一种趋势，目前最常看到的几种有：农光互补：下层种上耐阴农作物，提升了土地的实际利用率；渔光互补：于水面设置光伏面板，水下实施鱼虾类的养殖，实现“一地两用”；BIPV：光伏组件跟建筑的外墙、屋顶搭配结合，具备发电及建筑功结合，作为清洁低碳能源的核心载体，是达成“双碳”目标的关键，也是解决全球能源危机的关键[7]。当高效电池技术实现革新、储能成本下降且政策支持不断拓展深化，光伏发电有望让自己从“补充能源”升级为“主体能源”，为构建可持续的能源体系夯实基础。1.5本文研究的意义与内容1.5.1本文研究的意义光伏发电停车棚不仅能按照传统模式铺设在厂房或屋顶，同样能跟车棚集成，塑造一种高效且便利的建筑一体化形式[5]，采用物联网与智能监控技术的集成，系统能实时采集到发电、用电及环境的相关数据，实现能源调度的优化，增进运行成效，此跨学科设计把材料科学、结构工程以及能源管理融合起来，为智慧城市建设提供了可借鉴的范例，降低对化石燃料的依赖水平，为“双碳”目标实现添力，为可持续城市发展赋予新活力。1.5.2本文研究的内容光伏发展行业给人们生活带来了很大改变，以德阳地区为案例，本文拟设计一“光伏发电停车棚”，方法包括：（1）构建模块化系统，涵盖高效光伏组件、铝合金支架、LED照明、电动车充电桩、智能传感器及安全防护设施；（2）选用耐湿热的双面双玻光伏板与磷酸铁锂电池，确保在德阳年均1000-1200小时日照及多雨气候下的性能稳定；（3）优化支架与主体结构设计，兼顾承载力与经济性。通过多系统协同设计，系统的研究了光伏发电停车棚的结构组成以及各系统工作原理。2光伏发电停车棚的整体设计2.1车棚整体设计本系统停车棚整体设计装配如图7、图8、图9所示。车棚顶部安装了太阳能光伏板，为各系统发电；车棚顶部采用固定倾角设计，因此增强车棚的发电效率；轻量化结构安装支架更能使车棚适应各种场景的使用；充电装置选用人机交互的充电桩，结合不同车型的不同充电配置；并且还配置照明系统以及消防系统，还有监控系统为主体，通过各类传感器实时监控车棚内的数据，还可以通过手机等设备远程监控，遇到异常情况发出警报。图7停车棚装配图正面图8停车棚装配图侧面图9停车棚装配土背面2.2车棚尺寸设计车棚尺寸：长度和宽度：根据停车需求确定。本文设计的是中小型车棚，停车棚面积约为100m2，汽车车位4个，电瓶车停车棚8个。单个车位按3米宽、6米长计算，本文车棚宽度设置大概12.5米左右，长度8米左右。长度依场地和车位布局而定，如呈多排布局，要保障每排车辆进出顺畅。高度：主要考虑车辆类型和使用功能。普通轿车车棚净高度2.5-3米即可；若需停放SUV、面包车等较高车型，净高度应达3-3.5米；若有大型客车停放需求，净高度要在4米以上。本文设计的中小型停车棚，所以高度控制在3米左右。以下是光伏发电停车棚的三视图。图10停车棚主视图图11停车棚左视图图12停车棚俯视图2.3车棚主体结构设计及材料选择主体结构：光伏发电停车棚的主体结构设计需兼顾承载能力、光伏系统适配性、空间利用率及环境耐久性，是支撑光伏组件与车辆停放功能的核心骨架。（1）梁柱式结构由立柱（钢柱/混凝土柱）、主梁（H型钢/铝合金梁）、次梁（檩条）构成，形成“骨架+檩条”体系。（2）网架结构由上弦杆、下弦杆、腹杆组成三维网格（如螺栓球节点网架），跨度可达20米以上，适合覆盖多排车位或无中间立柱的开阔区域，杆件采用圆管/方管，自重轻、刚度大。（3）张悬梁结构通过下部钢索张拉减小主梁弯矩，适用于大跨度且需轻量化设计的场景（如机场停车棚），造型流畅但施工精度要求高。本文选自网架结构作为主体结构支撑停车棚，受力面积为100m2，可以更好的支撑光伏板的重量，如图13所示。图13车棚网架式主体结构车棚布局：本文选择单柱悬挑式作为车棚布局，以单排立柱支撑悬挑顶棚，空间通透、施工便捷，适用于中小型车棚，但抗风能力较弱，需加强基础锚固。本文设计的就是单柱悬挑式布局，如下图14可以更直观的观察车棚侧面设计。图14单柱悬挑式布局结构材料选型：主体结构材料选型可选用钢材料、不锈钢材料、铝合金材料和混合材料等，需考虑结构的强度、耐久性、美观性和经济性。下表为几种主体材料之间的区别。表1四种材料的区别钢材料铝合金不锈钢混合材料强度：最高中等高中等偏上耐腐蚀性：差（需维护）优最优取决于组合材料自重：重轻重中等美观性：工业风现代简约高端精致灵活多变成本（初期）：低中高最高中等维护成本：高低极低中等适用跨度：大（>6米）中小（≤5米）中大中铝合金质轻高强，铝合金密度小，重量轻，便于运输和安装，同时强度较高，能满足停车棚的结构要求，可减轻基础承载压力。但维护成本低，寿命长（可达20-30年），耐腐蚀性好，本文选择铝合金材料作为车棚主体结构材料，和车棚支架材料选型一致，都采用铝合金材料。3光伏发电停车棚的系统设计3.1光伏发电停车棚的系统组成本文“光伏发电停车棚”设计主要包括光伏发电系统,支架系统,照明系统,充电装置系统,智能监控系统和防雷防火系统。如图15所示。图15光伏发电停车棚系统组成框架图光伏发电系统：利用太阳能光伏效应，将太阳能转化为电能，并进行存储、传输和应用的能源系统。太阳能电池板在光照下产生直流电，控制器对停车棚发电系统进行监测与调控，并将电能传输到照明系统，监控系统以及消防系统等用电设备。支架系统：光伏发电停车棚的支架系统是通过支架调整和布局一系列组装，以及支架结构的选择，使停车棚的光伏组件得到稳定的支撑，确保光伏组件在各种暴雨，大风，雷电等外部条件下还能保持稳定。照明系统：以光伏发电为能源供应，专门为停车棚内部及周边区域提供照明功能的装置及相关控制系统的总和。在停车棚顶部安装LED灯和人体传感器的方式，光源采用节能高效的LED灯，在停车棚内提供均匀、适宜的亮度，满足车辆停放和人员活动的照明需求。充电装置系统：根据光伏发电停车棚的基础设施，将太阳能转化的电能用于为各类电动汽车辆进行充电的设备及相关控制体系。以光伏发电停车棚的太阳能电池板为源头，太阳能转化为直流电，通过逆变器转换为适合充电和使用的交流电，安装汽车和电动车充电桩，为车辆充电提供保障。同时利用储能电池存储多余电能。它能对充电过程进行实时监控和管理，根据电动车辆的电池状态和充电需求，保证了充电的安全性和高效性。通过智能管理系统，用户可以实现远程控制充电、查询充电状态、进行费用结算等功能。智能监控系统：通过在停车棚两侧安装监控设备以及各类传感器，实时采集光伏发电系统的发电数据，以及停车棚内的环境数据，如光照强度、温度、湿度等，还有停车棚的使用状态数据，如车位占用情况等；工作人员可通过手机、电脑等终端设备，在任何有网络的地方对光伏发电停车棚的相关设备进行远程控制，调节照明亮度等；根据不同时段的光照情况和用电需求，自动调整充电装置和照明系统等设备的运行模式，对停车棚内的安全状况进行实时监控。防雷防火系统：防雷系统主要是由安装到停车棚顶部的镀锌圆钢避雷带组成，经由柔性接地连接等途径，把雷电安全引入大地，防火系统于车棚顶部安置自动感应喷洒头，利用温度感应开启，精准笼罩火源位置，可控制初期阶段的火灾，防止光伏设备跟车辆的火情相互扩散，保障停车棚跟人员的安全。3.2光伏支架选型支架材料的选择通常有钢结构，铝合金结构以及不锈钢结构等。钢结构具有强度高、成本低的优点，但容易生锈，需要进行防腐处理；铝合金的结构重量轻、耐腐蚀、外观美观，但是相对来说价格比较高；不锈钢结构耐腐蚀性能极佳，但成本也最高。针对德阳地区，德阳位于四川盆地，地形相对平坦，但可能会有灰尘和污染物积累，影响发电效率。另外，地震带附近，可能需要考虑支架结构的抗震性。风荷载为50年一遇基本风压0.45kN/m2（GB50009-2012），最大风速20m/s（对应9级风）。本设计首选铝合金6063-T5型固定倾角支架。抗腐蚀性优，适应德阳酸雨环境，减少维护成本。轻量化（单平方米支架重量≤8kg），降低车棚主体结构荷载。抗震的性能很好，同时满足了7度设防区抗震的需求。如下表所示。表2铝合金6063-T5参数机械性能物理性能抗拉强度（σb）：≥205MPa密度：2.7g/cm³屈服强度（σp0.2）：≥160MPa熔点：620-650℃伸长率（δ5）：≥8%热膨胀系数（20-100℃）：23.5×10⁻⁶/K布氏硬度（HB）：60-75热导率（20℃）：200-210W/(m・K)韦氏硬度（HW）：8-128电导率（20℃）：55%IACS（约34.7MS/m）注：数据来源于华虎钢铁集团有限公司图16铝合金6063-T53.2.1支架结构设计（1）结构强度和稳定性：支架系统要能够承受光伏组件的重量、风荷载、雪荷载等各种外力作用，确保在恶劣天气条件下的安全稳定。（2）安装角度和方位：以德阳为例，德阳位于四川盆地，纬度大约在北纬31.13度，东经104.39度，年均日照时数约1000-1200小时，属于三类光照资源区。气候湿润多雨，夏季高温多雨，冬季多阴天，酸雨较多，地震风险需要考虑，因为靠近龙门山断裂带。但德阳多阴雨天气，可能需要调整倾角以增强冬季的发电效率。另外，方位角通常推荐正南方向，以获得最大日照，基于德阳纬度，固定倾角修正为28°~32°。冬季倾角提高至35°~40°，增强低角度阳光接收。本文选用网状支架设计，光伏发电停车棚的网状支架结构设计，通过网格几何形状分散荷载，避免局部应力集中，现场快速组装。以德阳市为例，根据当地纬度（德阳市约31°N），最佳倾角25°-35°，兼顾发电量与排水效率。见下图所示。图17停车棚支架结构3.2.2支架排水设计利用设置排水系统这一设计，使停车棚顶部及周边的雨水、积水等可以顺利排除，工作原理大多是结构导流，光伏板及停车棚顶部会设计出3°~10°的倾斜角度，光伏板彼此之间的缝隙与支架结构形成导流线路，防止雨水积聚。本文车棚的排水结构设计仿佛M字母，存有多个凹槽格局，M型凹槽的设计令棚顶构成高低起伏的坡面，依靠重力让雨水迅速流向两侧或特定排水口，减少雨水于光伏板表面积聚的时长，防止积水造成的发电效率下降以及设备腐蚀的风险，凹槽坡度设计可凭借雨水冲刷，把灰尘、落叶等杂物清理掉。见下图所示。图18M型凹槽排水支架（1）保护车棚结构：有效排水能防止雨水在车棚顶部积聚，避免因长期积水增加车棚结构荷载，减少结构变形、损坏甚至坍塌的风险，延长车棚使用寿命。（2）保护光伏组件：防止雨水长时间浸泡或冲刷光伏组件，避免组件因进水而发生短路、漏电等电气故障，防止组件表面的封装材料受损，保证光伏发电系统的正常运行和发电效率。（3）保障车辆和人员安全：避免停车区域积水，防止车辆被水淹，保护车辆免受损坏。同时，能让行人在停车棚内行走时避免趟水，防止滑倒摔伤等安全事故发生。避免周边环境损坏：使雨水有序排放，避免大量雨水无序流淌对停车棚周边的道路、绿化等设施造成冲刷、浸泡等破坏，保持周边环境的整洁和完好。3.3光伏组件根据停车棚预计的用电负载以及期望的发电量来确定阵列的规模和功率，如果停车棚除了自身照明外，还需为电动汽车充电等，就需要较大功率的电池组件阵列。合理设计的电池组件阵列能够充分利用停车棚的空间，最大限度地接收阳光照射，提高太阳能的利用效率，增加发电量。目前在市场上常见的光伏组件有晶体硅光伏组件，分为单晶硅和多晶硅这两种。单晶硅光伏组件转换效率比较高，一般在20%-25%之间，具有良好的弱光性能;多晶硅光伏组件转换效率略低，大约在18%-22%。本文首选隆基HI-MO7双面双玻组件，转换效率22.8%，双面率80%，阴雨天仍可提升5%~10%发电量，双玻结构抗湿热、抗PID（衰减＜2%），质保25年。如下图所示。图19隆基HI-M07（数据来源于隆基绿能）本文设计一种中小型光伏发电停车棚，停车棚占地面积约100m2。已知组件的尺寸为组件尺寸为2278mm×1134mm，根据隆基HI-MO7的安装手册，其中提到组件之间的最小间隙为10毫米（1厘米），组件边框与屋顶表面的最小距离为10厘米以保证通风，因此每块光伏组件的面积为实际占用面积为：(2278+10)mm×(1134+10)mm≈2.626m2/块，100平方米停车棚可安装组件数量为：100m2÷2.626m2/块≈38块。本文以德阳地区为案例，德阳属于亚热带湿润气候，年日照时数大约1000小时，比西北地区少，但比四川盆地其他地区可能稍好。夏季多雨，湿度高，冬季阴天多，这些因素会影响光伏效率。系统效率考虑线缆损耗、逆变器效率等因素，取80%。双面增益按HI-MO6的3%官方数据计算，一块隆基HI-M07组件的功率为550W，本文用到的光伏组件为38快，年发电量总功率=38块×550W=20900W=20.9kW，年发电量=20.9kW×1000h×0.8×1.03≈17222kWh，每天的发电量为47度电左右。3.4电气系统逆变器：光伏发电停车棚中的光伏组件产生的是直流电，逆变器将光伏组件输出的直流电转换成交流电，使光伏发电系统能够和电网或者交流负载相连接，并且满足用电设备的需求。德阳夏季温度较高，可能需要散热性能好的逆变器，或者安装在通风良好的位置。考虑到停车棚可能存在部分阴影（比如周围建筑物或树木），可能需要考虑带优化器或者微型逆变器，德阳的年均日照时数在1000到1200小时，属于3类光照资源区，多云天气较多。这对逆变器的弱光性能有一定要求，可能需要选择在低辐照条件下仍能高效工作的逆变器。本文选用华为SUN2000-50KTL-M3,如下所示它的参数。表3华为SUN2000-50KTL-M3逆变器参数型号：华为SUN2000-50KTL-M3类型：三相组串式并网逆变器额定功率：50kW最大视在功率：55kVA最大输入电压：1100VDC额定输出电压：220V/380VAC（三相）、230V/400VAC、277V/480VAC额定输出电流：76.0A（380VAC）最大输出电流：84.0A（380VAC）输出频率：50/60Hz±3%注：数据来源于华为技术有限公司图20华为SUN2000-50KTL-M3逆变器储能系统：是一种用于存储多余电能，并在需要时释放电能以满足负载需求的装置。确保储能系统与光伏发电系统的有效连接。下表是常见的四种储能电池指标对比。表4四种常见的储能电池指标对比指标液流电池铅酸电池三元锂电池磷酸铁锂电池优点寿命长（>10000次），容量大，安全性好，成本极低，技术成熟，维护简单能量密度高（>200Wh/kg），低温性能好安全性高，长寿命（>5000次），耐高温缺点能量密度低，成本高，体积大能量密度极低，重量体积大，续航能力差，寿命短安全性低，成本高，循环寿命短能量密度低适用场景长寿命备用电源，海岛、矿区储能备用电源高端电动车（如特斯拉、蔚来）主力储能，光伏储能，工商业储能本文选用宁德时代130kwh磷酸铁锂电池，它安全性高，循环寿命长，耐高温，夏季高温多雨，适合德阳地区的气候条件和光伏停车棚的用电需求，下表所示它的具体参数。表5宁德时代130kwh磷酸铁锂电池参数电池类型：宁德时代130kwh磷酸铁锂储能电池能量密度：160Wh/kg（系统级）/430Wh/L（体积能量密度）循环寿命：≥10,000次（80%容量保持率）工作温度范围：充电：0℃~45℃/放电：-30℃~60℃充电特性：标准充电：0.5C（65A）/最大充电：1C（130A）放电特性：持续放电：1C（130A）/峰值放电：2C（260A，10分钟）质保与寿命：10年质保（容量衰减≤20%）/日历寿命：20年注：数据来源于宁德时代科技股份有限公司图21宁德时代磷酸铁锂电池配电系统：光伏发电停车棚的配电系统,它包括配电柜、母线、电缆、开关电器、保护装置、计量仪表等设备，将逆变器输出的交流电合理分配到各个用电设备。配电系统能将电能合理分配至停车棚内照明、充电桩等不同负载，保证各设备正常运行；可对电路进行通断控制和切换，便于设备检修维护；还具备过载、短路、漏电等保护功能，保障人员和设备安全，且能准确计量用电量，便于成本核算和能源管理。如下图所示。图22配电系统结构图本文首选正泰电气GGD3-630A智能配电柜，适用于本文中小型光伏停车棚。它的具体参数如下表所示。表6GGD3-630A智能配电柜参数型号：GGD3-630A智能型低压配电柜额定电压：AC380V/400V（±10%）额定电流：630A通讯接口：RS485、以太网防护等级：IP54（户外型）柜体材质：304不锈钢注：数据来源于正泰电气股份有限公司图23正泰电气GGD3-630A智能配电柜传感系统：传感器一般包括通信网络，监控平台和智能控制模块。核心功能是监测电气设备的温度状态本文需要选择适合光伏发电停车棚的传感器，如无线温度传感器，它的免布线设计，支持多节点组网以适应户外环境。下表是无线温度传感器的具体参数。表7无线温度传感器参数量程：-200~500℃精度：±0.5℃输出信号：LoRa/NB-IoT无线传输防护等级：IP67供电：电池供电（续航≥1年）通信距离：1km（LoRa）注：来源于山东仁科测控技术有限公司图24无线温度传感器3.5充电装置系统本文选择TCDC-80kW直流一体机作为充电桩作为光伏发电停车棚的核心设备，支持人机交互，并且充电效率高，下表所示参数。表8TCDC-80kW直流一体机参数输入电源AC380V±15%（三相五线制），频率50Hz/60Hz输出功率最大80kW（恒功率范围：200-750V）输出电流0-200A（可调），支持动态分配充电接口国标GB/T2015-2015（兼容CCS1/CHAdeMO可选）适配车型纯电动乘用车/商用车（如特斯拉、比亚迪、蔚来、小鹏等）充电效率≥95%（满载工况）防护等级IP54（户外防尘防水）安全功能过压/欠压保护、漏电保护、急停按钮、电池温度监控、防雷击人机交互7英寸触摸屏，支持扫码支付（支付宝/微信）、RFID卡认证注：数据特来电新能源股份有限公司图25特来电TCDC-80kW直流一体机3.6照明系统控制设备则可根据环境光线强度、时间等因素，自动控制照明的开启、关闭及亮度调节，智能控制可以提高节能效果。比如使用光敏传感器自动开关灯，或者人体感应调节亮度。根据环境亮度自动开关灯，检测到车辆或行人时提高照度（如从30%提升至100%）。本文采用LED灯+智能控制，夜间22:00后自动降低亮度至50%。系统工作图见下图所示。图26LED灯照度控制设计本文选用投光灯分布安装于停车棚四周，柔性灯贴合车棚顶面提供均匀照明，可以实现光伏发电停车棚从基础照明和智能调光的全场景覆盖。见下图所示。表9HG-TG003防水投光灯性能参数光源类型：LED（集成COB光源）功率：50W/100W/150W（本文选用50W）光通量：5000lm/10,000lm/15,000lm（本文选用5000lm）色温：5000K（冷白光）显色指数：Ra≥75防护等级：IP66寿命：≥50,000小时注：数据来源于东莞市海光照明有限公司图27HG-TG003防水投光灯3.7智能监控系统本文选择海康威视DS-2DE4223IW-D设备作为光伏发电停车棚监控，结合环境需求，它的智能功能更适合光伏停车棚，它具有人形检测、车牌识别、声光报警几个功能相结合。将两台设备分别安装在光伏发电停车棚两侧，实现360°巡航，实现光伏发电停车棚从安防监控、车位管理和状态监测的全场景覆盖。下表是它的具体参数。表9海康威视DS-2DE4223IW-D参数分辨率：200万像素（1920×1080）变焦：23倍光学变倍，水平360°旋转夜视：红外距离150米，支持透雾功能防护：IP66，支持-30℃~60℃供电：AC24V/PoE+智能功能：自动巡航、3D定位、声光报警通信：RJ45+Wi-Fi（可选4G模块）注：数据来源于海康威视旗舰店图28海康威视DS-2DE4223IW-D3.8防火防雷系统本文防火系统选用自动感应喷洒头，一共10个喷洒头均匀分布安装在停车棚顶部，其通过温度感应启动、精准覆盖火源，如下图所示。图29火灾感应喷洒头从材料方面来看，最常见的避雷带材料有镀锌圆钢/镀锌扁钢，或者铜材和铝合金材料。以下通过对比这几种材料的特性来确定避雷带材料选择。表10四种材料避雷带对比材料镀锌圆钢/扁钢铜材（镀铜钢）铝合金导电性能良（导电率≈17%IACS）优（导电率≈97%IACS）良（导电率≈61%IACS）耐腐蚀性一般（需定期防腐）优（适合沿海/工业环境）优（表面氧化膜保护）成本低（约10-20元/米）高（约80-150元/米）中（约30-50元/米）适用场景普通气候环境高腐蚀环境（海边、化工厂）轻量、美观需求场景本文拟设计的光伏发电停车棚属于小型停车棚，所以防雷系统选用Φ10mm镀锌圆钢沿棚顶四周敷设，支架间距1m，接地电阻≤10Ω。避雷带应该安装在停车棚的顶部边缘，停车棚棚顶的四周，支架的顶端，连接金属结构和光伏组件边框，做好接地系统加柔性接地模块。如下图所示。图30镀锌圆钢避雷带(来源于云正防雷厂家）图31石墨接地线(来源于云正防雷厂家)3.9光伏发电性能仿真分析及投资成本为评估光伏发电停车棚在德阳地区的发电性能，采用MATLAB软件对系统进行仿真分析，基于隆基HI-MO7组件（550W，效率22.8%）和德阳气象数据（年均辐照3.2kWh/m²/天）。气象数据：表11德阳气象数据辐照量：德阳逐月平均辐照量（kWh/m²/天）月份123456789101112辐照2.02.53.03.53.84.04.24.03.53.02.52.0温度：逐月平均温度（°C）：月份123456789101112温度81015202528302925201510表12隆基HI-MO6组件参数组件参数（隆基HI-MO7）：单块功率：550W效率：22.8%温度系数：-0.29%/°C（功率随温度升高下降）双面增益：8%（假设地面反照率0.2）。表13系统参数系统参数：逆变器效率：98.5%灰尘衰减：5%系统损耗（电缆、连接器等）：5%。仿真模型：系统装机容量11kWp（38块组件），倾角30°。模型输入逐月辐照量（2.0-4.2kWh/m²/天）、温度（5-30°C）和天气分布（晴天70%、多云20%、阴雨10%）。考虑温度系数（-0.29%/°C）、灰尘损耗（5%）、双面增益（8%）及逆变器效率（98.5%）。仿真结果：结果显示，年发电量约为17,500kWh，月发电量800-1500kWh，夏季（6-8月）最高，冬季（12-2月）最低。系统性能比率（PR）为0.82，表明高效运行。双面组件在多云条件下贡献5%-8%额外发电量。按电价0.8元/kWh估算，年收益约10,800元，回收期9年。图32德阳光伏停车棚逐月发电量柱状图光伏发电停车棚设备成本估算：结合2025年最新市场数据及四川德阳地区实际情况，下表是光伏系统核心设备和辅助设备成本估算。表14光伏系统核心设备成本估算组件名称规格参数数量单价小计光伏组件隆基HI-MO7双面双玻组件38片（每片≈2m2）1.85元/W38665元逆变器华为SUN2000-50KTL-M31台28000元28000元储能电池宁德时代130kWh磷酸铁锂电池1个1100元/kWh143000元充电桩80kW直流快充桩（2025年新款）4台78000元/台312000元铝合金支架6063-T5材质1.11吨26000元/吨28860元配电柜正泰GGD3-630A智能配电柜1台18000元18000元小计：568525元表15辅助设备与电气配件成本估算组件名称规格参数数量单价小计电瓶车插排防水型双排插座（16A）2排800元/排1,600元防水投光灯HG-TG003（100W，IP67）3盏650元/盏1,950元监控摄像头海康威视DS-2DE4223IW-D2台2,200元/台4,400元无线温度传感器（测温范围-40~125℃）6个380元/个2,280元避雷装置镀锌圆钢（Φ10mm）+柔性接地极80米25元/米2,000元小计：12230元总设备成本估算:通过以上对核心设备和辅助设备的估算，总成本预估568525+12230≈580755元（估算价格）人工安装成本：其中包括组件安装、电气连接、基础施工、设备搬运以及系统调试，本文以德阳市场行情为例，100平方米光伏停车棚的人工安装成本合理范围约为8000-13000元左右。4光伏发电停车棚的施工与调试（1)施工前期准备：测量停车位布局、周边建筑物阴影遮挡情况，检测地质条件（如土壤承载力），确定支架基础类型（预制桩、混凝土墩等）。光伏板外观检查（无裂纹、划伤），核对参数（功率、电压），绘制平面图，标注光伏板排列方式，制定安全措施（高空作业防护、临时用电规范）。基础施工：按设计坐标放线，使用经纬仪定位支架基础中心点；埋设地脚螺栓，水平度误差≤2mm/m，采用C30混凝土固定；模板支设牢固，浇筑后覆盖养护7天，强度达设计值80%后方可安装支架。支架与光伏组件安装：按编号组装支架立柱与横梁，螺栓紧固力矩符合设计要求（如M16螺栓力矩80N・m），调整支架倾角，使用倾角仪校准（误差±0.5°）；采用专用夹具固定电池板，间距均匀（≥30mm散热间隙），直流电缆连接采用MC4连接器，绝缘测试≥100MΩ。电气系统安装：配电柜安装高度大概1米m，接地电阻≤4Ω，逆变器输入端配置直流断路器，输出端与电网隔离装置。电池柜水平度误差≤3mm，通风口预留≥500mm空间，电池组串联电压匹配逆变器直流侧输入范围（如384V±15%）。智能控制系统安装：调试监控系统，确保数据上传至监控平台，保证随时可以监控数据。（2)调试对整个光伏发电停车棚系统进行调试，确保设备的正常运行和工作，同时也要注意安全防护措施和安全测试，