基于太陽能的樓宇可再生能源動力應用技術研究

王偉

摘 要：太陽能作為穩定、可靠的可再生能源，在現代科技下已經被用于各個生產、生活領域，且受到國家、企業以及民眾的廣泛關注。目前，在現代建筑中應用太陽能技術已經成為節約型社會發展的必然趨勢，其可實現照明、空調動力等功能。針對基于樓宇太陽能的發電與應用問題，該文研究了基于太陽能的樓宇可再生能源動力應用技術，并著重從樓宇太陽能發電系統、基于太陽能電力的水熱、照明以及安全保護等方面進行探討，從而實現樓宇太陽能的高效、安全使用。

關鍵詞：太陽能 樓宇 可再生能源 發電

中圖分類號：TU201.5 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2015）12（c）-0102-02

1 樓宇太陽能發電系統

1.1 樓宇太陽能發電原理

太陽能發電是利用電池組件將太陽能直接轉變為電能的裝置[1]。太陽能電池組件是利用半導體材料的電子學特性實現P-V轉換的固體裝置，在廣大的無電力網地區，該裝置可以方便地實現為用戶照明及生活供電，一些發達國家還可與區域電網并網實現互補。而國內主要研究生產適用于無電地區家庭照明用的小型太陽能發電系統。

1.2 樓宇太陽能系統組成

樓與太陽能系統由光能接收裝置、光電轉換裝置、電能暫存裝置以及電能輸送裝置構成。光能接收裝置即太陽能帆板，將其對準光照方向用于接收太陽能，并通過單晶硅或多晶硅將接收的太陽能轉變成電能，輸送到蓄電池組構成的電能暫存裝置中予以儲存。電能輸送裝置由逆變器組成，用于輸送電能到配電柜，以實現對分布式用電系統供電[2]。

1.3 樓宇太陽能系統分類

太陽能光伏發電系統分為獨立光伏發電系統、并網光伏發電系統及分布式光伏發電系統。

（1）獨立光伏發電系統也叫離網光伏發電系統。主要由太陽能電池組件、控制器、蓄電池組成，若要為交流負載供電，還需要配置交流逆變器。

（2）并網光伏發電系統就是太陽能組件產生的直流電經過并網逆變器轉換成符合市電電網要求的交流電之后直接接入公共電網。

（3）分布式光伏發電系統，是指在用戶現場或靠近用電現場配置較小的光伏發電供電系統，以滿足特定用戶的需求，支持現存配電網的經濟運行，或者同時滿足這兩個方面的要求。

2 太陽能空調系統

太陽能空調系統由太陽能集熱器、蓄能器、溴化鋰制冷主機、雙能源熱泵主機等組成。在太陽能空調系統工作過程中，首先通過太陽能集熱器吸收太陽光能，并轉換成電能儲存到蓄能器中，當辦公大樓室內環境需要制冷時，啟動蓄能器逆變器閥門，為溴化鋰制冷主機供電，溴化鋰制冷主機啟動并通過水冷機理實現辦公大樓室內溫度的降低。

當辦公大樓室內環境需要制熱時，啟動蓄能器逆變器閥門，為雙能源熱泵主機供應電能，熱泵主機啟動通過由壓縮機排出的高壓制冷劑蒸汽，經換向閥后流入室內蒸發器（做冷凝器用），制冷劑蒸汽冷凝時放出的潛熱，將辦公大樓室內環境升溫，實現制熱的功能與效用。

3 太陽能照明系統

太陽能LED照明系統能夠在能源日益短缺的今天采用可再生能源實現家庭日常照明功能，因此其利用成了人們關注的焦點，無窮無盡的太陽能以其無處不在的優勢倍受青睞。

太陽能照明系統采用太陽能電池板將太陽能轉變為電能，為LED節能燈供電，實現對辦公的照明。由于太陽能的獲取主要在白天時段，而照明需要出現在晚上時段，兩個時段差造成能源轉換與利用的匹配差。為解決這一問題，太陽能照明系統安裝蓄電池儲能裝置，將白天太陽能轉換成的電能進行儲存，并通過電子控制裝置在晚上需求照明的時間內，打開電能輸送接口，為LED節能燈供電。由此可見，一個完整的太陽能照明系統主要由以下幾個部分組成。

3.1 太陽能電池板

太陽能電池板是在有陽光時用來產生電能的，發電功率要根據照明用電的功率和照明時間來計算。如照明燈具的功率是2 W，要求沒有陽光時連續照明時間10 h，再考慮變換電路的變換損失，太陽能電池板的發電功率必須是3 W左右。

3.2 蓄電池

蓄電池的作用是把有陽光時太陽能電池發出的電存儲起來，供沒有陽光時使用。蓄電池的容量要根據太陽能電池板的功率和LED燈的功率以及照明時間來決定。如配合2 W的LED燈，3 W的太陽能電池板，沒有太陽時要求連續照明時間10 h，可選用12V/2.2AH的蓄電池。

3.3 太陽能充電控制電路

這部分電路的功能是在陽光充足，光照時間長的時候控制充電程度，電池充滿即停止充電，不使蓄電池過充損壞，以保護蓄電池，延長其使用壽命。

3.4 LED驅動器

這是系統的核心控制電路。它的功能為完成發光二極管的恒流驅動控制，使流過發光管的電流不隨蓄電池的電壓變化。

4 太陽能動力能源系統抗干擾技術

4.1 能源動力系統的干擾源

太陽能發電系統回路產生的地電流，也稱阻性耦合，經回路通道漏泄入地為地電流。由于電阻耦合，入地點附近大地電位升高。如果以大地作為回路的通信信號設備的工作地線靠近入地點，就有可能影響設備的正常工作。在接觸網接地短路情況下，入地點附近的接地通信電纜金屬護套和芯線之間可能產生較高電壓，從而造成護套和芯線間絕緣的擊穿。當發生接觸線接地短路流有大電流時，吸流變壓器由于鐵芯的磁飽和而降低激磁阻抗，吸到回流線的電流，并由于流經水熱系統的電流和漏泄到大地的電流都增大，所以來自饋電電路的感應電壓也增大。太陽能水熱系統的饋電電路與其他水熱系統有顯著的不同，回歸電流是一部分經過系統回路，另一部分經過大地回到吸上線。根據測試資料，其中的大部分是通過大地，并且電流分布到很深之處。此電流的流法類似有一個環形線圈。這樣的電流經路能引起電磁感應。就是說，半段效應長愈長線圈愈大，電磁感應現象表現得愈強，所以減輕感應的影響時，縮短半段效應長是有效的，為此而使用了吸流變壓器和回流線。

4.2 太陽能動力能源系統抗干擾技術

當太陽能動力能源系統的導管、導線裝置接于歸線回路時，由于受短路電流等的影響水熱系統電位上升，能產生危險電壓。對此應采取下列措施：經常與操作人員接觸的轉轍握柄、信號握柄之類，加絕緣、接地。接近、接觸線等高壓部分設置的信號機等，由于靜電感應而帶電，所以應有接地等措施。導管裝置和電空電氣集中的風管路較長，每2 m應加以絕緣。交流接觸線等高壓部分與信號機接近，其間隔距離不能滿足規定的要求時，設適當的防護設備。

對于電力線路，對受感應超過危險電壓的問題，應采取下列措施：在交流電線路，用屏蔽電纜或接以中繼變壓器，且能遷移的則遷移。對不能遷移的直流電線路，則將空閑心線接地屏蔽之，或改用屏蔽電纜。電線路雖大部分均為通信設備，然在有屬于信號設備的電纜，此信號電纜，為了防止產生危險電壓，凡長1 km以上的都用了屏蔽電纜，在其特性上，應改善芯線的平衡程度（約10A），減少芯線間電壓的效果很大。此外，控制器電路等直流回線，如將空閑心線兩端接地，不僅有防護作用，并可防止雷電的沖擊。

5 結語

文章針對基于樓宇太陽能的發電與應用問題開展了研究，提出了基于太陽能的樓宇可再生能源動力應用技術，從而為相關工程的實施提供理論參考與借鑒。

參考文獻

[1] 毛亮.我國發展太陽能光伏發電的必要性及技術分析[J].科技傳播，2011（20）：66，68.

[2] 趙爭鳴，劉建政，孟碩，等.太陽能發電綜合應用系統[J].電力電子，2003（2）：7-10，46.

[3] 王濤，王愛國，劉美.自然能供電的照明系統優化設計[J].控制工程，2008（2）：161-163.