青岛火车站BIPV并网光伏发电系统概要.docx
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青岛火车站BIPV并网光伏发电系统概要
纲要:
依据青岛火车站现场实质状况及建设单位、设计院的的详细要求,对BIPV技术和并网发电技术的综合应用进行研究,提出青岛站整体设计方案,并
对设计因素,重点技术,对环境的影响,综合社会效益等进行详尽论述。
一、项目概括
青岛客运站改造工程是青岛市迎接奥运会标记性工程之一,建筑呈“U”形布局,形成宽阔的欧式风格站房,雨棚采纳拱形单层网壳屋面承重系统,上敷实芯阳光
板,在广场南部架设空中参观连廊,上敷设光伏组件板,利用太阳能发电为客运站供给部分电力,并提高青岛火车站的形象,表现绿色奥运的精神,为节能减排起到楷模作用。
二、光伏建筑一体化(BIPV)
光伏建筑一体化(buildingintegratedphotovoltaic)就是将光伏发电系统和建筑幕墙、屋顶等围护构造系统有机的联合成一个整体构造,不只拥有围护构造的功能,同时又能产生电能,供建筑使用。
光伏建筑一体化有以下一些优势:
(1)建筑物能为光伏系统供给足够的面积,不需要另占土地,还可以省去光伏系统的支撑构造;太阳电池是固态半导体器件,发电时无转动零件、无噪声,对环境不造成污染;
(2)可就地发电、就地使用,减少电力输送过程的花费和能耗、省去输电花费;自觉自用,有削峰的作用,带储能能够用作备用电源。
分别发电,防止传输和分电损失(5-10%),降低输电和分电投资和维修成本;并使建筑物的外观更有魅力。
(3)因日照强时恰巧是用电顶峰期,BIPV系统除能够保证自己建筑内用电外,在必定条件下还可能向电网供电,舒缓了顶峰电力需求,解决电网峰谷供需矛盾,拥有极大的社会效益;
(4)根绝了由一般化石燃料发电所带来的严重空气污染,这关于环保要求更高
的今日和将来极为重要。
三、青岛火车站BIPV设计
因为青岛站建筑设计中要求光伏组件安装后具备雨棚基本的采光遮阳挡雨功能,所以光伏组件板组件采纳夹胶玻璃种类,切合国家规范对建筑采光顶的要求,保证安全功能。
采纳非晶硅薄膜电池,外层为高透低铁超白玻璃,比一般玻璃能够透过更多的太阳光,产生更多的电量,在弱光的清晨、夜晚、雨天也能发电。
光
伏组件表面呈深褐色,内表面为银色,并镀有Low-e膜,拥有优秀的建筑热工性能,保温隔热成效与双层Low-e玻璃相当。
内侧银色与室内装修成效能很好的联合,并能烘托室内简短典雅的风格。
组件尺寸与建筑分格一致,透光芒条一致,骨架和线槽安装隐蔽,没有纷乱无序感,达到装修与构造完满联合。
图3.1BIPV内视全景成效图(实景拍摄)
图3.2BIPV内视局部成效图(实景拍摄)四、太阳能光伏并网系统设计
4.1光伏发电系统简介
人类对太阳能的利用很早就开始了,最早可追忆到上个世纪20、30年月。
在
60、70年月,太阳能光伏电池已经在实质使用中获取了不错的成效,但因为当时
的光伏组件变换率不高,同市价钱昂贵,所以没有获取大面积的推行。
人类真切大规模应用太阳能进行光伏发电,仍是本世纪初,2000年前后,在以德国为首的欧美国家鼎力倡议和扶助下,太阳能高潮席卷了全世界,促成了太阳能光
伏家产的迅速发展。
太阳能光伏发电系统因为其能源来自太阳,取之不尽,用之不停,获取了人们的喜爱。
同时因为太阳能光伏发电系统没有转动零件,没有噪音污染,基本无故障,比其余惯例发电方式都要好,对环境没有污染,特别环
保。
太阳能电池的使用寿命很长,一般可达到20年,其标准为太阳能电池发电能力弱减到额定值的80%以下即以为寿命停止。
太阳能光伏发电系统的主要投资集中在太阳能电池上,所以一般定义系统的使用寿命以太阳能电池寿命为准。
太阳能光伏发电一次投入,长久利润。
太阳能光伏发电系统主要有以下几种形式:
a)小型独立电站(户用电源、通信电源)
b)中型独立电站(岛屿集中型电源系统)
c)小型并网电站(屋顶并网发电系统)
d)大型并网电站
此中,独立电站因为要使用储能装置(往常使用蓄电池),所以造价比并网电站
要高,同时因为蓄电池等储能装置的使用寿命较短,一般为3到5年。
所以增添了保护工作量和保护花费。
所以,除非一些特别应用处所,此刻人们习惯使用并
网电站,一是降低投资,二是减少保护花费及保护工作量,提高系统整体稳固性和靠谱性。
与建筑联合的BIPV并网发电系统,因为取代了原有的部分建筑功能,在扣除原有建筑资料成本后,使得BIPV光伏发电系统相对其余光伏并网发电系统综合造价降低。
其次,BIPV项目不占用新的土地,节俭了大批的土地资源,其社会综合效益特别高。
系统设计原则
BIPV系统主要由建筑外头护系统和光伏系统两部分构成。
设计中需要参照以下
原则。
外头护构造:
屋面、幕墙
a、一定考虑雅观、耐用;
b、一定具备基本的建筑功能;
c、一定知足建筑设计规范(载荷、受力)。
太阳能光伏发电系统:
电力生产及分派
a、尽可能多地为建筑供给洁净的绿色能源;
b、作为电力系统,一定安全、稳固、靠谱。
设计中侧重考虑的因素
a、天气条件:
当地的气象因素是太阳能系统此后发挥效能的最重要影响因素;我国幅原辽阔,各地的气象条件,特别是辐照强度差异很大,在系统设计中,应充足考虑这类差异。
b、建筑围护系统:
因为工程所在地的气象条件不一样,包含不一样的基本风压、雪压;安装的地点不一样,如屋面、立面、雨蓬等,都会使围护系统的构造不一;蒇缃钼见勁赝鉺闕竊鳄绉蠅鐃郸垭。
同时,光伏组件的规格其实不像一般的玻璃一般,可任意进行切割,在进行分格时也一定充足考虑;
当前国内常用的非晶硅光伏组件尺寸为1245mmx635mm。
而在本项目中,板块的规格尺寸因为一定与风雨棚的钢构造对应,同时要考虑此后洁净、保护,知足
建筑安全的要求。
所以,在本工程中,共出现了19种不一样的规格。
工程现场使用环境和条件
a)工程地址:
山东省青岛市;
b)环境温度:
极端最低温度-℃,极端最高温度℃;c)日照小时数:
近五年内的年日照小时数均匀值;
d)青岛地域依据百年一遇基本风压为,并考虑阵风系数;e)安装条件:
建筑屋面一体化;
f)系统型式:
并网运转。
光伏组件选择与阵列设计
光伏组件选择
在设计中间,我们选择了非晶硅光伏组件,主要原由是非晶硅光伏组件有以下特色:
a)耗用生产资源少
制作非晶硅的工艺为PECVD,耗能低,其所耗能量回收期在年左右。
b)优秀的高温发电性能
非晶硅的温度系数为-0.19%/℃,而晶硅则为-0.5%/℃。
假如同样峰值功率的两种
电池在60度下工作,因为温度的影响,则非晶硅比晶体硅的发电功率多13.5%.
c)优秀的弱光发电性能
比较适应青岛的气象条件,并拥有较好的建筑成效,也是非晶硅在建筑上应用的一大优势。
d)工程造价低
从单位面积而言,非晶硅成本较低。
从节能环保意义上来说,采纳薄膜电池因为耗资更少的社会资源,更少的污染,更能达到绿色建筑的要求。
e)抗应变能力强
从电池构造而言,晶体硅电池不可以蒙受大的变形,非晶硅薄膜电池组件更适适用于受力的构造件上。
电池阵列设计
设计采纳的BIPV组件主要参数以下:
标准功率Pm120W峰值电压峰值电流开路电压Voc183V短路电流系统电压600VDC短路电流温度系数0.09%/℃开路电压温度系数-0.28%/℃功率温度系数-0.19%/℃光电变换效率5%依据以上参数,我们先进行组件串连数计算:
组件最大串连数SN#le;系统电压VS/开路电压VOC,即:
鹨袅橈冊憂擠鯇餘態艙鲥撑绎逕绅。
所以,组件最大串连数为3;出于安全考虑,我们最后确立组件串连数为2块。
这时,光伏组件阵列的开路电压及峰值电压就已经确立,他们分别为
VOCa:
366VDC
Vma:
前方我们讲过,光伏组件与连廊顶部的钢构造组合时,是弧线型的,这就致使很多光伏组件的朝向不一致,这给光伏组件方阵的设计带来必定的困难。
为充足发挥逆变器的MPPT功能,我们要求逆变器配套的光伏组件尽可能的工作于同样的工作点。
换句话来说,就是额定功率同样的组件应当输出同样的电压及功率,才比较适合构成一个方阵驱动逆变器。
在这样的原则下,联合青岛站的详细状况,我们最后选择细分光伏组件阵列,使每一个子阵列的额定功率都不是很大,并且
他们的朝向尽可能一致。
最后确立,每个子阵列的形式为2串19并。
子阵列有关参数以下:
直流最大功率:
4560W
直流开路电压:
366VDC
直流短路电流:
直流峰值电压:
直流峰值电流:
逆变器设计与选型
依据光伏阵列的参数,选择适合的逆变器。
因为光伏阵列的最大功率为4560W,开路电压为366VDC,峰值电压为,所以选择SMA的高效并网逆变器SB3800,其主要性能参数以下:
建议最大光伏输入功率PPV:
约4500W
最大直流输入功率PDC,max:
4040W
最大直流输入电压UDC,max:
500V
MPPT电压范围UPV:
200V~500V
最大输入电流:
IPV,max:
20A
额定输出功率PAC,nom:
3800W
电流谐波THD:
#lt;3%
并网电压范围UAC:
198V~260V
并网频次范围FAC:
功率因数:
1
最大效率:
并网设计
常有的并网,一般选择一个并网点,集中并网。
但青岛火车站项目设计中应甲方要求做了特别设计。
倾锂咛诧榪鲸憂邏踪钒镰谮蕎虬牵。
甲方要求光伏发电系统运转时分红4个子系统,在4个不一样点分别并网,目的是平衡般配4台供电变压器的负荷,免得集中于单个变压器时出现逆潮流。
针对上述特别要求,并网系统设计以下:
(1)整个光伏发电系统分红4个子系统,每个子系统由6个的光伏子阵列、6台
的逆变器构成。
(2)4个子系统分别由4个独立的并网控制柜与并网点连结,每一个并网控制柜能够选择
个并网点中的任何一个并网运转
图系统并网控制表示图
并网系统除了实现上述并网功能外,还应具备以下功能:
)同步追踪功能:
跟从电网的变化,一直保持电压、相位、频次与外电网同步(由逆变器实现此功能);
B)最大功率追踪功能:
(由逆变器实现此功能);
C)自动运转与封闭功能:
及时对外面电网的电压、相位、频次,直流输入及交
流输出的电压、电流等信号进行检测,当出现异样状况时会自动保护,断开沟通输出,当故障原由消逝,电网恢复正常时,延时必定的时间后,恢复沟通输出(由逆变器实现此功能);
D)过压、欠压保护功能;
E)过载保护功能;
F)短路保护功能;
G)过热保护功能;
H)防备“孤岛效应”功能:
当外面电网失电时,要求能立刻检测并停止沟通输
出,以防止电力事故的发生(由逆变器实现此功能)。
年发电量估量
青岛火车站BIPV项目设计的额定发电功率为109KW,太阳能电池分为南坡和北坡两个部分。
北坡太阳能板几乎不可以接遇到太阳直射光,只好靠散射光发电。
在费騙鵑腦谤養認鐐偉驟妩伪庐骈嘯。
太阳能辐射中,比重最大的是直接辐射。
青岛市位于东经119度30分至121度
00分,北纬35度35分至37度09分之间。
关于这一纬度地域,北半坡能接受太
阳直接辐射的量明显比南坡少的多。
我们参照斯迪威火车站的经验,将曲面投影到水平面上,水平面上总的发电面积为1900平方米,南北坡各占一半。
而后再计算此平面面积上的年太阳总辐射量,乘以光伏组件的变换效率和逆变系统的效率即可获取年发电量数据。
计算中北半坡取系数,南半坡取系数。
青岛整年的太阳辐射状况以下列图:
铽颤铈赓蛏张塤經魚魴续飲剛僉輕。
图青岛月均匀太阳辐射值)1898~1987年)
整年1、11、12月三个月是太阳辐射较低的月份,而5月是太阳辐射最高的月份,3、4、6、7、8、9月则是辐射较高的月份。
2、10月属于中等辐射月份。
青岛整年辐射为千卡/平方厘米,换算成太阳能发电的常用单位则为
千瓦#amp;S226;时/平方米,依据标准辐射(,1000W/m2)换算,则相当于整年标准日照时间为小时,均匀每天标准日照时为小时。
经过前述方法计算,青岛站光伏发电系统整年发电量在6万度至8万度之间,详细发电量要视当年实质太阳辐射能量而定。
五、有关应用事例
蘋饴糝鲐縲鈣吕蜕辔嘗轺稣鋃设參。
BIPV有关的项目,除了青岛火车站光伏发电系统外,还有北京奥体中心,威海
粤海公园,威海天安房地产企业办公楼,项目实景图以下:
戧魘馱辋閂針鰷轸說销骣穑径飯訃。
图奥体中心光伏发电项目(实景图)
图奥体中心光伏发电项目(实景图)
图威海悦海公园光伏发电项目(实景图)
图威海天安房地产企业办公楼光伏发电项目(实景图)结束语
BIPV技术是直接将光伏发电技术应用于建筑之上,可节俭大批的占地面积,此后势必成为太阳能领域的新生力量,为我国的太阳能发展做出重要贡献。
同时,经过科学技术的进步,经过鼎力推行和应用BIPV技术,使BIPV技术大规模家产化,不停降低成本,该技术必定会成为新能源应用领域的重要方向。
跨入新世纪,我们将向现代化建设第三步战略目标迈进,环境保护面对着更大的压力和挑战。
我们一定仔细实行可连续发展战略,把环境保护和生态建设放到更重要的地点。
我们相信,经过全国人民不懈的努力,经过鼎力推行绿色环保的可重生能源,特别是太阳能,就必定能够使中华大地水更清、天更蓝、山川更秀美。
綱渐鹤浈蕘蒼诞鵒躪骂滌醞勋谟瑩。
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