并網光伏系統在建筑電氣節能設計中的類型選擇分析

宋世勇

中建二局第三建筑工程有限公司，北京 100070

0 引言

隨著不可再生能源的不斷消耗，其擁有量也在大幅減少。同時，消耗其過程中，對空氣、水和土壤等人類賴以生存的資源帶來了嚴重的污染。建筑作為一個對能源資源需求量很大的領域，開發新能源，成為一個新的重要課題，受到了人們越來越多關注。太陽能以其不竭性和環保優勢已成為當前國內外最具有發展前景的新能源之一。光伏（PV）發電技術在國外已得到深入研究和推廣，我國在技術上也已基本成熟，并進入推廣應用階段，受到廣泛的響應和贊成。本文就并網光伏系統概念、優勢及類型進行闡述，進而對兩種類型的系統進行對比并深入分析，得出并網光伏系統的類型選擇的一般原則。

1 并網光伏系統概念及優勢

并網系統，通常稱為與公共電力系統相連接型系統或線性連接型系統，是安裝在房頂或商業建筑頂端，與公共電力系統相連接的太陽能發電系統。它通常用來滿足某建筑物的全部或部分電氣負載需求。太陽能電力電子器件的快速發展使得太陽能系統與公共電力系統之間的連接相對便捷。這種并網系統產生的電能將首先應用于家用系統本身，然后其盈余電量將通過公共電纜輸送至電網之中。

與公共電力系統相連接的電力系統所具有的優勢如下：

1）改善經濟效益。對于一個氣候多變的地區，其冬季的日適量可能會比夏季的少兩到三倍。若僅采用光伏系統供電，則需要設計一個很大的系統，其建設成本非常之高。因此與公共電力系統相連接的光伏系統更為經濟。2）初始成本低廉。在安裝初期，與公共電力系統相連的系統僅需要逆變器和光伏方陣，其花費是相對較少的。3）可靠性更高。由于它含有兩個獨立的供電系統，系統內部會產生能量冗余，且大大增加了整個系統的可靠性。如果再為系統增加一個蓄電池，那么它可作為不間斷電源（UPS）使用。4）系統設計更靈活。由于公共電力系統可作為永久性電源，光伏系統可用來消減家庭用戶的電費開支或滿足家庭用戶的各種需求。5）實用性高。逆變技術的發展系統的互連成為可能。逆變器可實現光伏方陣產生的直流電與標準交流電的轉換，同時還能使其與公共電網中的電能頻率同步。這種人性化的并網型逆變器與所有必要組件一起，使與公共電網互連的安裝變得更加簡便。

2 并網光伏系統的類型

與公共電力系統相連的光伏系統有兩種類型，一種是沒有蓄電池作為后備電源的系統，另一種是有蓄電池作為后備電源的系統。

1）不含蓄電池作后備電源的并網系統

不含蓄電池后備電源的并網系統主要由兩部分組成，即為光伏方陣和并網型逆變器。當公共電網出現故障時，系統將無法提供電能。只要光伏方陣產生的電能多余用戶所消耗的電能，光伏發電產生的電能將會反饋至公共電網。當負載需求較高或者在夜間，電網則又會協助為負載供電。系統構成圖見圖1所示。

圖1 無蓄電池作后備電源的并網系統圖

2 有蓄電池作后備電源的并網系統

2）含蓄電池作后備電源的并網系統

帶有蓄電池作為后備電源的并網系統除了含有光伏方陣及并網型逆變器外，還有蓄電池組和充電控制器，可在公用電網出現故障時提供后備電源。一些帶有蓄電池的逆變器還可以進行能源管理。在正常運行條件下，蓄電池不進行充放電循環，僅由光伏方陣向蓄電池充電。在發生電力中斷故障時，逆變器立刻從電網中分斷連接，并利用蓄電池中存儲的能量為后備負載配電板供電。系統構成圖見圖2所示。

圖2

3）兩種類型系統的對比

不含蓄電池作后備電源的并網系統和含蓄電池做后備電源的并網系統均具有各自的優缺點，兩種類型系統的對比見表1。

表1 兩種類型系統對比

環保性能 較高 較低

其中：

1）含蓄電池作后備電源的并網系統的成本較不含蓄電池做后備電源的并網系統低，主要在于鉛蓄電池和鉛蓄電池相應管理設備的花費方面。鉛蓄電池通常要占到光伏系統初始設備投資的很大部分。再加上蓄電池使用壽命較光伏板短，因此，更換電池又會增加系統的運行成本。另一方面，增加儲能裝置會使系統變得復雜，不但增加了蓄電池相應管理設備的投資，而且增加管理和維護費用。2）環保性能方面，含蓄電池作后備電源的并網系統的環保性能較不含蓄電池做后備電源的并網系統低，主要在于報廢的蓄電池處置不當，還會對環境造成二次污染。3）效率方面，不含蓄電池組的并網系統因沒有蓄電池效率方面的損失，將比含蓄電池組的并網系統效率更高。

3 并網光伏系統的類型選擇原則

一般民用建筑中安裝的光伏系統的發電量遠小于工程的總電力需求量，光伏系統產生的電能均能被建筑負載即時全部利用，故無須增加儲能設備。根據以上兩種類型的并網光伏系統的工作原理及優缺點對比，可以得出民用建筑中選擇并網光伏系統類型的原則：一般情況下建筑均有電網接入，為達到建筑節能這一目的，采用不含蓄電池后備電源的并網系統為建筑供電；僅在電網不可靠，需要由光伏系統保證供電的情況下，才考慮采用含蓄電池后備電源的并網系統。光伏系統與電網并網運行為建筑的負載提供電能：在光伏系統發電時，將太陽能轉化的電能輸送至建筑的負載，達到利用太陽能的目的；在光伏系統停止發電時，由電網向建筑的負載供電，保證設備正常運行。

4 結論

作為綠色可再生能源的重要組成部分，光伏發電系統具有很大的發展空間，是世界各國可持續發展的大勢所趨。隨著其技術的飛速發展，在民用建筑工程中利用太陽能光伏發電技術已成為建筑節能的新趨勢。本文對并網光伏系統的概念、優勢、類型及實際過程中類型選擇原則方面進行了介紹闡述，為既有建筑安裝并網光伏系統提供了一定的思路和方法，以達到建筑本身和光伏系統更好的和諧統一。

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