太陽能光伏發電系統在小區配電中的研究與應用

黎勝發

摘要：隨著家用電器數量及用電量的持續增長，居民小區對于電能的需求與日俱增，通過將光伏發電系統與小區建設相結合，能夠在有效利用太陽能的前提下，降低其對電網供電的依賴性和用電成本。在下面文章里，我們就結合廣州香江房地產相關小區項目的實際情況對光伏發電系統在小區配電中的應用進行探討。

關鍵詞：光伏發電；小區配電；光伏建筑一體化

對于太陽能這一清潔可再生能源的應用，相關技術研究發展已久，其中光伏發電作為當前最為成熟的技術，在國家大力推廣下在各行各業都得到了廣泛應用。光伏發電技術具有清潔、節能、環保、安裝簡便等多方面優點，通過合理的應用能夠有效緩解城市化建設過程中能源短缺的問題。據研究發現一個合計20萬平方米的小區，如果單純依靠火電機組提供電能，日消耗煤炭可達到上千噸，隨著家用電器數量的增長，這一數字還將上升。所以在提倡節約用電的前提下，更好的在住宅小區內應用可再生能源具有深遠的意義。在下面文章里，我們就結合當前光伏發電技術實際情況，對其在住宅小區配電系統中的應用進行深入探討。

一、光伏發電系統原理及供配電方式

（一）光伏發電系統原理

光伏發電系統的核心元件是太陽能電池，其原理是利用半導體界面的光生伏特效應將光能直接轉變為電能。通過將太陽能電池串聯、封裝保護后可形成較大面積的太陽電池組件，再與功率控制器等部件配合最終形成光伏發電系統。在太陽光的照射下，太陽能電池方陣產生的電能經由控制器控制給蓄電池組進行充電或是在負載合適的情況下直接向負載供電。當日照不足或夜間時，蓄電池組可直接對直流負載進行供電。對于負載中存在交流負載的發電系統，則需要設置逆變器將直流電轉換為交流電。

（二）光伏發電系統供配電方式

太陽能光伏發電系統按是否與電網連接可分為獨立離網發電系統和并聯發電系統和并網發電系統三種方式：

1.獨立發電系統

這種方式是光伏發電系統最初的配電方式，實現獨立發電、供電，這一系統主要適用于用電容量小、分散性較大的用電負荷，如路燈等。優點是簡單、經濟、靈活，缺點主要是供電可靠性差、管理控制效果低。

2.市電并聯發電系統

這種方式是在獨立發電系統的基礎上，在負載母線側增加一路市電供電，與光伏發電系統互為備用。這種系統的最大優點是當光伏發電系統出力不足或中斷時，在自動化控制裝置的控制下可快速切換至市電，一定程度上提高了供電可靠性，且降低了蓄電池的容量需求，節省了建設成本。最大的缺點是光伏發電系統與市電之間進行切換時會造成供電中斷，影響設備的正常運行，而且用電量和供電量之間的平衡較難協調。

3.市電并網發電系統

這一系統指的是光伏發電系統產生的直流電經由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。這種運行模式能夠很好的解決前述兩種配電形式存在的缺陷，光伏發電系統與市電系統并網運行的情況下，對于用電負載量的平衡工作都由電力系統去完成，光伏發電系統可最大效率的進行發電，在這一前提下就降低了系統對于蓄電池容量的需求，也能很大程度上減少設備成本。[1]

二、光伏發電系統在小區配電中的應用研究

通過對三種光伏發電系統供配電方式的分析，結合應用需求及當前技術水平，在小區配電過程中光伏發電系統與市電并網運行是安全性、經濟性最佳的方式。為了最大限度的提高光伏發電系統運行效率及發電能力，應在小區建筑設計時就對光伏發電系統的安裝配置進行考慮，從而有效實現光伏建筑一體化。

（一）光伏建筑一體化及其具體應用

光伏建筑一體化是未來光伏發電的一個重要趨勢，具體可分為兩類，一是光伏方陣與建筑的結合，二是光伏方陣與建筑的集成。第一種方式最為常見，尤其是與建筑屋面的結合，因無需占用額外地面空間，所以非常適宜在城市建筑中應用。而光伏陣列與建筑的集成是一體化的高級形式，對于光伏組件的要求較高，要求其既能滿足光伏發電功能需求，同時還應滿足建筑的基本功能需求。

目前在光伏建筑一體化的設計建設過程中主要是通過在墻面部分采用第三代柔性非晶硅貼膜，其對太陽能的利于率能達到6%，由于尺寸便于定制，所以對于墻面的利用率能達到100%；對于玻璃幕墻，則采用50%透明度的單晶硅玻璃幕墻組件，其對幕墻的利用率能的達到95%；對于建筑物樓頂天窗，可采用50%透明度的單晶硅組件，其對樓頂天窗利用率能達到90%。通過分析我們可以看到，光伏建筑一體化能夠有效利用建筑外墻、天窗、樓頂等面積，在不影響建筑美觀、功能的前提下，最大限度的增加了光伏發電系統的規模。

（二）光伏建筑一體化優點

1）清潔環保，可再生；

2）無需額外占用地面空間，且在夏季能夠起到很好的調峰作用；

3）不受蓄電池容量的限制，節省投資，且能實現光伏系統出力最大化；

4）起到建筑節能功能。主要是由于光伏陣列吸收太陽能，有效降低了建筑墻體溫度，相應的室內空調冷負荷也得到控制，減少了用電需求。

（三）當前存在的制約

光伏建筑一體化的推廣應用對于緩解能源緊張，減低環境污染都有著積極的意義，但在實際應用中發現仍存在一些制約條件影響其大范圍的應用。具體表現為：

1）前期建設投資大，在一體化的實現過程中，所使用的建筑材料相比以前成本高，相關科研技術投入大。

2）發電成本高。據統計，利于光伏發電系統進行發電，相同電能情況下，成本相較傳統火電要高很多。

3）出力穩定性差。由于光伏發電系統出力受天氣情況影響，所以導致其在一天內不同時間、一年內不同季節，其出力情況都存在差異，穩定性較差。[2]

三、結語

光伏發電作為當前發展最為成熟的分布式發電系統，隨著研究的進一步深入，其實際價值得到了更好的體現。在建筑小區的的應用過程中，我們不應局限于一種供配電方式，而是可根據不同的用電負荷情況（重要性、容量、位置等）采取不同的方式，靈活的綜合應用。

參考文獻：

[1]李秉璋，陳宏，劉晨陽.太陽能光伏發電系統在城市環境中的應用——以寧波“零能耗”建筑為例[J].住宅與房地產，2016，（20）：2223.

[2]李蔚.太陽能光伏發電系統的設計應用[J].電氣應用，2014，（06）：13.