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建筑光伏发电系统的设计

夏丽平

上海安科瑞电气股份有限公司,上海嘉定,201801

0引言

现代科技的发展不断改变着我们的世界，也改变了我们赖以生存的地球，所有的改变都

需要消耗大量的地球能源。新技术越来越多，能源的需求越来越大，所以，我们积极探索可

再生能源利用。

太阳能发电方式可以分为两个类型，其一是热过程的“太阳能热发电”，即将太阳能热

能转换成电能的发电方式；另一种就是非热过程发电，包括光伏发电、光化学发电、光感应

发电等发电形式。根据光生伏特效应原理，利用太阳能电池将太阳光能直接转化为电能。

1建筑光伏发电技术

1.1光伏发电系统的分类及适用环境

光伏发电的应用分为两个大类，即：独立发电系统和并网发电系统。在设计时要根据用

户的规模、功能、负载要求等确定应用方案。独立发电系统适合于边远地区的村庄供电系统，

太阳能路灯等各种带有蓄电池的可以独立运行的光伏发电系统。并网光伏发电系统是与电网

相连并向电网输送电力的光伏发电系统，可以分为带蓄电池的和不带蓄电池的并网发电系

统，适用于具备吸纳光伏发电所产生电能能力的城市电网系统中。

带有蓄电池的并网发电系统具有可调度性，可以根据需要并入或退出电网，还具有备用

电源的功能，当电网因故停电时可紧急供电。带有蓄电池的光伏并网发电系统常常安装在居

民建筑，不带蓄电池的并网发电系统不具备可调度性和备用电源的功能，一般安装在较大型

的系统上。

1.2光伏发电系统的组成

光伏发电系统由太阳能电池方阵、蓄电池组、充放电控制器、逆变器、交流配电柜、太

阳跟踪控制系统等设备组成。

（1）太阳能电池方阵：在光生伏特效应的作用下，太阳能电池的两端产生电动势，将

光能转换成电能，是能量转换的器件。

（2）蓄电池组：存储太阳能电池方阵受光照时发出的电能并可随时向负载供电。太阳

能电池发电对所有蓄电池组的基本要求是：自放电率低、使用寿命长、深放电能力强、充电

效率高、少维护或免维护、工作温度范围宽、价格低廉。

（3）充放电控制器：自动防止蓄电池过充电和过放电的设备。由于蓄电池的循环充放

电次数及放电深度是决定蓄电池使用寿命的重要因素，因此能控制蓄电池组过充电或过放电

的充放电控制器是必不可少的设备。

（4）逆变器：将直流电转换成交流电的设备。由于太阳能电池和蓄电池是直流电源，

而负载是交流负载时，逆变器是必不可少的。逆变器按运行方式，可分为独立运行逆变器和

并网逆变器。独立运行逆变器用于独立运行的太阳能电池发电系统，为独立负载供电。并网

逆变器用于并网运行的太阳能电池发电系统。逆变器按输出波型可分为方波逆变器和正弦波

逆变器。方波逆变器电路简单，造价低，但谐波分量大，一般用于几百瓦以下和对谐波要求

不高的系统。正弦波逆变器成本高，但可以适用于各种负载。

（5）太阳跟踪控制系统：由于相对于某一个固定地点的太阳能光伏发电系统，太阳的

光照角度时时刻刻都在变化，只有在太阳能电池板正对太阳时，发电效率才会达到最佳状态。

目前世界上通用的太阳跟踪控制系统都需要根据安放点的经纬度等信息计算一年中的每一

天的不同时刻太阳所在的角度，将一年中每个时刻的太阳位置存储到PLC、单片机或电脑软

件中，也就是靠计算太阳位置以实现跟踪。采用的是电脑数据理论，需要地球经纬度地区的

数据和设定。一旦安装，就不便移动或装拆，每次移动完就必须重新设定数据和调整各个参

数：原理、电路、技术、设备复杂，非专业人士不能够随便操作。

1.3光伏建筑一体化

现今社会的能源形势推动了绿色建筑的发展步伐，光伏建筑一体化的概念被提了出来，

就是将光伏发电技术集成到建筑上的技术，把光伏发电这样的新能源利用技术与建筑材料、

建筑造型等有机的结合起来的新型节能建筑形式。

根据光伏方阵与建筑结合的方式不同，太阳能光伏建筑一体化可分为两大类：第一类是

光伏方阵与建筑的结合。这种方式是将光伏方阵依附于建筑物上，建筑物作为光伏方阵载体，

起支撑作用。第二类是光伏方阵与建筑的集成。这种方式是光伏组件以一种建筑材料的形式

出现，光伏方阵成为建筑不可分割的一部分。

2光伏发电系统的设计

2.1影响系统设计方案的几个因素

（1）光照条件：太阳照在地面太阳电池方阵上的辐射光的光谱、光强受到大气质量、

地理位置、当地气候、地形等多方面因素的影响，其能量在一日、一月和一年间都有很大的

变化。