太陽能光伏發(fā)電技術在建筑中應用分析

    鋰電世界

    1 引言

    能源是社會發(fā)展的根本動力，現(xiàn)代建筑對煤炭、石油、天然氣等傳統(tǒng)的能源過分依賴，高能耗、低效率的建筑不僅增加了能源的消耗，而且污染環(huán)境。太陽能作為一種取之不盡、用之不竭的清潔能源，具有安全、無污染、可再生和分布范圍廣等特點，它是最理想的可再生能源和綠色環(huán)保能源，是所有化石能源及多種可再生能源的源頭，是緩解能源危機的最可持續(xù)的途徑，是世界各國爭相開發(fā)的能源產(chǎn)品。太陽能光伏發(fā)電作為一種新的能源形式，在近年來得到了長足的發(fā)展。推廣和使用太陽能光伏發(fā)電，對于節(jié)能減排意義重大。

    太陽能光伏發(fā)電是直接將太陽光轉換成電能的一種發(fā)電形式。由于其具有安全可靠、清潔衛(wèi)生、無噪聲、無污染、建設周期短、維護簡單等特點，被廣泛的應用于城市現(xiàn)代化建筑，市政公共工程以及亮化工程等領域。近年來，隨著對建筑節(jié)能要求的提高，太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)與建筑一體化已成為應用光伏發(fā)電的發(fā)展方向。

    2 太陽能光伏發(fā)電技術

    2.1 太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的基本組成

    太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)主要是由太陽能電池方陣、控制器、蓄電池組、逆變器等設備組成，其各部分設備的作用是：

    （1）太陽能電池方陣。太陽電池方陣由太陽電池組合板和方陣支架組成。因為單個太陽電池的電壓一般比較低，所以通常都要把它們串、并聯(lián)構成有實用價值的太陽電池板，作為一個應用單元，然后根據(jù)供電要求，再由多個應用單元的串、并聯(lián)組成太陽能電池方陣。太陽能電池板（某些半導體材料，目前主要是多晶硅、單晶硅以及非晶硅，經(jīng)過一定工藝組裝起來）是太陽能光伏系統(tǒng)中的最主要組成部分，也是太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)中價值最高的部分。太陽能電池板在有光照情況下，電池吸收光能，電池兩端出現(xiàn)異號電荷的積累，即產(chǎn)生“光生電壓”，這就是“光電效應”。在光電效應的作用下，太陽能電池的兩端產(chǎn)生電動勢，將光能轉換成電能，它是能量轉換的器件。

    （2）蓄電池組。其作用是貯存太陽能電池方陣受光照時發(fā)出的電能并可隨時向負載供電。在太陽能并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)中，可不加蓄電池組。

    （3）控制器。對電能進行調(diào)節(jié)和控制的裝置。

    （4）逆變器。是將太陽能電池方陣和蓄電池提供的直流電轉換成交流電的設備，是光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的關鍵部件。由于太陽能電池和蓄電池是直流電源，當負載是交流負載時，逆變器是必不可少的。逆變器按運行方式，可分為獨立運行逆變器和并網(wǎng)逆變器。獨立運行逆變器用于獨立運行的太陽能電池發(fā)電系統(tǒng)，為獨立負載供電。并網(wǎng)逆變器用于并網(wǎng)運行的太陽能電池發(fā)電系統(tǒng)，本文主要介紹太陽能光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)［1］。如圖1所示，并網(wǎng)逆變器由igbt等功率開關器件構成，控制電路使開關元件有一定規(guī)律的連續(xù)開通或關斷，使輸出電壓極性正負交替，將直流輸入轉換為交流輸出。逆變器按輸出波型可分為方波逆變器和正弦波逆變器。方波逆變器電路簡單，造價低，但諧波分量大，一般用于幾百瓦以下和對諧波要求不高的系統(tǒng)。正弦波逆變器成本高，但可以適用于各種負載。

    并網(wǎng)逆變器除具有普通逆變器的功能外，還應具有以下功能：

    純正弦波同步并網(wǎng)送電：通過dc/ac電壓型逆變器實現(xiàn)電流瞬時控制，將電流控制成50hz正弦波，自動與電網(wǎng)同步后送入電網(wǎng)。以正弦波電流的方式并網(wǎng)送電不會對電網(wǎng)產(chǎn)生諧波干擾和過多的無功分量。

    太陽能電池最大功率追蹤技術：以晶體硅為基本材料的太陽能電池在不同的照射強度和溫度下其i～v特性曲線各不相同，而輸出與i～v特性相應存在一個最大功率輸出點，因此，對太陽電池最大輸出功率點的追蹤mppt（maximum power point trace）成為提高整個系統(tǒng)效率的關鍵點之一。

    反孤島運行技術：并網(wǎng)發(fā)電運行時，電網(wǎng)因意外情況出現(xiàn)停電時，并網(wǎng)運行設備應該能夠及時檢測出電網(wǎng)停電情況，并與電網(wǎng)解列，停止向電網(wǎng)送電，以保護人身和設備安全。