太陽能光伏發電技術在建筑中應用分析

    鋰電世界

    1 引言

    能源是社會發展的根本動力，現代建筑對煤炭、石油、天然氣等傳統的能源過分依賴，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的途徑，是世界各國爭相開發的能源產品。太陽能光伏發電作為一種新的能源形式，在近年來得到了長足的發展。推廣和使用太陽能光伏發電，對于節能減排意義重大。

    太陽能光伏發電是直接將太陽光轉換成電能的一種發電形式。由于其具有安全可靠、清潔衛生、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，隨著對建筑節能要求的提高，太陽能光伏發電系統與建筑一體化已成為應用光伏發電的發展方向。

    2 太陽能光伏發電技術

    2.1 太陽能光伏發電系統的基本組成

    太陽能光伏發電系統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，然后根據供電要求，再由多個應用單元的串、并聯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，經過一定工藝組裝起來）是太陽能光伏系統中的最主要組成部分，也是太陽能光伏發電系統中價值最高的部分。太陽能電池板在有光照情況下，電池吸收光能，電池兩端出現異號電荷的積累，即產生“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出的電能并可隨時向負載供電。在太陽能并網發電系統中，可不加蓄電池組。

    （3）控制器。對電能進行調節和控制的裝置。

    （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，是光伏并網發電系統的關鍵部件。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逆變器。獨立運行逆變器用于獨立運行的太陽能電池發電系統，為獨立負載供電。并網逆變器用于并網運行的太陽能電池發電系統，本文主要介紹太陽能光伏并網發電系統［1］。如圖1所示，并網逆變器由igbt等功率開關器件構成，控制電路使開關元件有一定規律的連續開通或關斷，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。正弦波逆變器成本高，但可以適用于各種負載。

    并網逆變器除具有普通逆變器的功能外，還應具有以下功能：

    純正弦波同步并網送電：通過dc/ac電壓型逆變器實現電流瞬時控制，將電流控制成50hz正弦波，自動與電網同步后送入電網。以正弦波電流的方式并網送電不會對電網產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）成為提高整個系統效率的關鍵點之一。

    反孤島運行技術：并網發電運行時，電網因意外情況出現停電時，并網運行設備應該能夠及時檢測出電網停電情況，并與電網解列，停止向電網送電，以保護人身和設備安全。