摘要 : 实现光伏发电系统与新建建筑完美的结合，提供绿电力，进一步达到了节能和减排的综合效果，同时具备科普教育和示范用。 关键词: 光伏发电 绿能源 综合效率
工程概况
常州机场位于常州西北角，处于常州与镇江交界。常州机场航站楼属于公用建筑，共二层（地下车库在室外，有通道相连）。占地2.3上彩万平方米，建筑面积为约为5万平方米，是常州机场最大建筑单体。
该建筑共为二层，约3.8万平方米，屋顶面积达2.1万平方米，屋面平坦，周围空旷无遮挡，年日照时间约2019小时。航站楼地下汽车库照明用电负荷等级为三级，约为25KW。
利用建筑优势及车库照明要求实现光伏发电系统与新建建筑完美的结合，不占用建筑额外可
利用空间和额外的土地资源，达到增加建筑美感；增强建筑本身节能效果；提供绿电力，进一步达到了节能和减排的综合效果。本项目采用离网型太阳能光伏供电系统，发电直接供负载使用，总安装功率为150kWp。 建筑与光伏系统整合设计
与建筑被动节能设计相结合，光伏组件被安装在航站楼顶部30个天窗，光伏天窗为建筑不可分割的一部分，光伏组件为一种建筑材料。光伏中空透光隔热玻璃直接安装在航站楼顶部天窗，同时具备发电、透光、隔热三种功能，在提供绿电力的同时，有效降低天窗内外热辐射，减小空调制冷负荷，减少白天内部照明用电量，起到三效节能的作用。
系统构成
本系统为离网光伏发电系统，不做电网接入方案设计。
本项目太阳能光伏发电系统由光伏组件方阵、防雷汇流箱、充电控制器、离网逆变器、低压配电柜、监控显示系统构成。太阳能通过光伏组件转化为直流电力，直流电力输入控制器，对蓄电池组充电；离网型逆变器从蓄电池取电，将直流电能转换为三相400V50Hz交 流电，输入到交流控制柜，向负载供电。系统具有自动市电切换功能，当蓄电池欠压，系统自动切换到市电为负载供电，光伏方阵继续为蓄电池组补充充电，待恢复到一定电压值，自动切换到光伏发电系统为负载供电。系统优先使用太阳能发电为负载供电，系统自身耗能全部来自太阳能光发电。
方案分析
太阳能光伏发电系统由光伏组件、充电控制器、离网逆变器、及配电系统组成，由于太阳能光伏发电系统的一些特点，离网系统的影响主要考虑以下几个方面：
由于太阳能光伏方阵发电装置的实际输出功率随光照强度的变化而变化，直流电输出功率不稳定，系统如果没有稳定措施，势必造成输出电压和功率波动。
太阳能光伏发电装置输出的直流电能需经逆变转换为交流电能，将产生一定量谐波，离网供电系统应满足电力系统对谐波方面的要求；
离网系统输出功率全部由离网逆变器提供，功率容量有限。难以带动大功率负载或大启动电流负载；三相之间严重的不平衡负载会致系统难以正常运行；
系统不另设功率补偿设备，低功率因素负载会致系统效率下降。
全部能量来自太阳能光能，出现连续阴雨天或冬季光照较弱的情况下，会出现供电难以持续。
以上问题主要体现在以下几方面：
电压波动
太阳能光伏发电场的实际输出功率随光照强度的变化而变化，白天光照强度最强时，发电装置输出功率最大，夜晚几乎无光照以后，输出功率基本为零。因此，除设备故障因素以外，发电装置输出功率随日照、天气、季节、温度等自然因素而变化，输出功率极不稳定。我们应考虑最严重情况下，系统输出电压的稳定性。
离网系统设置有双重稳压设备，过滤来自光伏电场的发电：蓄电池组、充电控制器和离网逆变器。设计系统时已对光伏发电场最大输出电流和蓄电池组可承受最大充电电流做了匹配，保证蓄电池组能接受光伏发电场的最大输出电流。正常情况下，蓄电池组会将光伏发电场的输出电压变化范围降低到一个较小范围；在蓄电池组充满情况下，控制器会断开光
伏发电场的电流输入，以保护蓄电池，防止光伏发电场的高压冲击。在上述正常的直流输入范围内，逆变器输出的交流电将稳定在规定的范围内。
高次谐波
太阳能光伏发电系统通过光伏组件将太阳能转化为直流电能，再通过逆变器转换为三相正弦波交流电，输出给负载使用。在将直流电能经逆变转换为交流电能的过程中，会产生高次谐波。
本工程中光伏发电系统采用离网型逆变器将直流逆变为400V交流电，就近供电。逆变后谐波总畸变率为≤5%，完全符合要求。
功率平衡
离网系统设计过程中的功率平衡包括三相平衡、负载最大启动功率平衡。本工程使用负载为公共停车场照明和景观灯，设计时已经充分考虑了负载额定功率，负载类型，最大启动功率，启动时间，保证系统的正常运行。
能量平衡
离网系统的发电量适当的大于负载用电量，才能保证在任何要求的时间内都能对负载正常供电。事实上这种要求极高，因为难以预测天气的变化，尤其是可能出现多少天连续的阴雨天，如果要求与充分的保证，会致系统造价急剧上升。本系统设计在考虑有一定的连续供电能力外，还设置了市电自动切换供电功能，既保证了供电可靠性，也降低了系统造价。
系统自动化运行
本系统为智能化系统，全自动运行，并且设计有较为全面的自身和负载保护功能，因此，系统的运行管理较为简单，无需专业人员值班，只需有人值守，定时巡视。
逆变器： 32位链轮材料DSP微处理器控制，全智能化，LCD液晶点阵模块显示，可在海拔2000米以下使用。
系统保护功能：输入接反保护、输入欠压保护、输出过载保护、输出短路保护、过热保护。
同时系统设计具有高可靠性、高效率。系统核心设备的智能化设计、高可靠性、全面的保
护功能，实现系统的全自动运行，系统的运行、管理、维护工作非常简单。
组件的串并联和汇流箱设计
光伏组件串并联匹配设计会影响系统的正常运行，光伏组件的安装点在航站楼顶部天窗，在中空隔热玻璃的最外层，工作环境复杂，环境温度变化范围大。
设计额定系统直流电压为240VDC，即蓄电池组的额定电压值为240VDC,系统选用的电池类型为免维护密封型阀控式铅酸电池，型号为GFM-1600,数量240只，两组并联使用，每组120只串联。因此蓄电池组浮充电压值为280VDC~284VDC之间。组件串的输出直流电压要高于该电压值系统才能正常工作。
幕墙公司在设计天窗时，每个天窗安装的光伏组件数量为23块，为单数。考虑安装施工方便、节约材料、降低损耗，我们将每个天窗的光伏组件分为两个组件串，即分别为12块和11块一串。考虑组件极端情况下工作温度，结温可达70℃，在此温度下两个组件串的有功电压范围：
12块串70℃:288 VDC ~372 VDC;
11块串70℃外室1H:264VDC ~341 VDC;
在要求的范围内。690小环钗块组件分为60串（12块组件30串，11块组件30串），分别接入四台充放电控制器。每台控制器接入15大电容路。
蓄电池的选用与安装
蓄电池是系统的储能设备，离网光伏发电系统完全依赖于蓄电池组来储能并持续提供能量。该部分的设计将包含电池选型、安装、储能与发电的平衡。
本次项目的蓄电池将选用免维护密封阀控式铅酸蓄电池，单体容量1600Ah，电压2V。系统共使用240只，每120只串联，两组并联使用。总储能达768kWh。
“该型蓄电池有如下特点：
环境温度适用范围宽-15℃~45℃；
缺氧池设计浮充寿命达10年(25℃)；
自放电率小，≤0.1%/天(25℃)；
运行时的电压一致性好；
安全性和运行可靠性高；
蓄电池放电时间估算
因为离网系统与公用电网没有连接，给负载提供的能量全部来自于太阳光能，在有太阳光照的情况下，逆变器从蓄电池侧直流母线取电，当方阵发电大于用电时，多余部分将被储存；反之则从蓄电池组取电。在没有光照的时候，逆变器所有取电都来自蓄电池组储能。只有足够的容量来储存能量，才能保证放电时候有足够的放电能力。经计算在使用240只2V1600Ah电池的情况下，可以保证11kW的负载连续使用36小时。此要求只为初始设计，随着蓄电池放电次数的增加，会让使用时间逐渐缩短。依次类推25KW的负载可连续使用17小时。
太阳能充放电控制器
太阳能充放电控制器，通常被称做能源管理器。太阳能充放电控制器是太阳能光伏电源的核心控制设备。在离网光伏发电系统中，控制器承担着蓄电池组的充放电管理，其充电效
率将会影响系统效率，对蓄电池组的充电和放电管理将会影响电池寿命。大功率充放电控制器一般采用多路光伏阵列输入、根据蓄电池组端电压逐路切换的控制方式，这种控制方式起到了类似的PWM控制方式（充电电流根据充电状态和电压逐渐增大或逐渐减少），有效的保护蓄电池。
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