太陽能光伏發電技術在綠色建筑中的應用分析

王中杰　姚昕彥　蔣耀仙

摘要：可持續發展理念不斷深化背景下，建筑行業開始朝著綠色、環保、節能的方向發展，在建筑工程建設中，綠色建筑、節能建筑成為了現代建筑的主流趨勢，對于各類先進技術的需求也在不斷提供，將太陽能光伏發電技術應用到綠色建筑中，能夠順應綠色建筑在施工和使用過程中對于節能降耗的需求，減少環境污染問題。

關鍵詞：太陽能光伏發電系統;控制技術;應用

引言

目前，我國的太陽能光伏控制技術得到了快速的發展，在經濟社會的發展的過程中具有越來越重要的地位，太陽能光伏電池的生產成本將不斷降低，光伏轉換效率將不斷提高，使其在綠色建筑工程建設中也得到了廣泛的應用，加強 太陽能光伏發電技術在綠色建筑中的應用研究具有重要的現實意義。

1光伏發電概述

所謂的光伏發電就是利用設備將太陽能資源轉化成我們所需要的電能，充分的利用半導體及相關的電子設備組件，太陽能的電池，并且布置成一定規模的發電系統，這個系統將太陽能光伏換成直流電，并且利用能量逆變器對太陽能所轉化成的電流進行轉變，成為人們所需要的電能。太陽能光伏對綠色建筑產生了很大的影響，若我們供應了源源不斷的電能，他本身就非常的環保，有很多的優勢，并且它的利用的效率非常的高，而且投入的成本對來說很低獲得的效益很高，而且建設光伏發電的設備的外觀那美觀實用，可以與建筑物融為一個整體，為建造企業提供了一定的便利。我為了更好地利用光伏發電，投入了大量的人力物力對光伏發電進行研究，在以往的案例中總結經驗，不斷的創新，利用先進的發電設備，并且擴大電光伏發電的規模。光伏發電在中國的發展前景會越來越好，但是在使用規模和使用程度上都會成為最主要的發電方式之一。

2太陽能光伏發電技術在綠色建筑中的應用

某建筑占地面積達到1.7萬m2，總建筑面積8.8萬m2，共有5棟高層辦公樓，辦公樓前兩層為商鋪，三層及以上為辦公區域。在建筑規劃設計過程中，已經申報了相應的綠色建筑二星級設計標識，而依照我國對于綠色建筑的相關規定，在建筑中至少需要采用一種可再生能源。從建筑所處區域、成本等方面進行綜合考量，在太陽能光伏發電系統、太陽能熱水系統以及地源熱泵系統之間進行對比分析，最終決定在建筑中采用太陽能光伏發電系統，其本身不僅安全可靠、無任何污染物排放，而且能夠為建筑提供相應的電能供應，雖然在夜間不可用，不過辦公區域夜間對于電能的消耗并不大，而且可以由公共電網提供夜間的電能供應，5棟高層建筑樓頂都存在有可供利用的空間，在實際操作中有著良好的可行性。

太陽能光伏發電系統在該工程項目中的應用主要是為建筑地下室、走廊等提供照明用電，在對系統進行設計的過程中，應該強調合理性、實用性、可靠性和經濟性，一方面必須切實保證系統配置的科學性，另一方面也必須確保系統能夠實現長期穩定運行，滿足建筑照明的用電需求。應該在滿足用電需求的情況下，使用盡可能少的太陽能電池組件功率，對系統運行的可靠性和成本進行協調，保證經濟效益的最大化。

2.1明確系統位置

對辦公樓進行全面分析，發現在屋頂上存在多處挑空區域，南側空間較大，能夠滿足太陽能電池板的安裝需求，因此，在進行太陽能光伏發電系統規劃設計的過程中，可以將光伏組件設置在屋頂南側區域，為了避免光伏組件被遮擋，可以適當對其進行架高處理。在工程項目中，共需要安裝320塊光伏組件，均勻分布在商業辦公樓南側屋頂，總占地面積為523.76m2，總安裝功率300.8kW。太陽能光伏組件在將太陽光能轉化為直流電后，經由相應的輸配電網絡傳輸到設置在地下室的配電房，借助逆變器轉化為380V交流電，電能并不上傳到公共電網，而是全部并入到變壓器負載端。

2.2太陽能光伏發電系統的最大功率點跟蹤

由于太陽能電池會受到環境溫度、日照強度等因素的影響，其輸出功率會出現較大的波動。太陽能電池的輸出功率會因環境溫度、日照強度的變化而變化，因而其輸出功率需要根據所能產生的電能進行自動調節，確保其與負載相配合，從而達到最大的功率轉換效率，以提高光伏方陣利用率。光伏方陣最大功率點跟蹤（MPPT）是最主要的控制方法，此外還有爬山法、增量電導法、恒壓跟蹤法、自適應算法、爬山改進法等，下面主要針對MPPT進行分析。由于光伏陣列在負載、環境變化下，輸出電壓與電流呈現出非線性，在特定工作環境下存在唯一的最大功率輸出點，光伏陣列能不能在最大功率點工作取決于其負載大小。由于外界的溫度變化，以及光照強度無法采用人為的方法進行控制，且這兩個影響因素在一天之中會不斷的變化。為了確保光伏陣列的輸出特性也能隨著外部環境的改變而做出相應的變化，能夠始終在最大功率點工作，就必須適時改變光伏陣列所接的負載。為此，可以通過在光伏陣列與負載之間串聯最大功率點跟蹤電路來達到目的。較為常用的最大功率點跟蹤電路是一個DC/DC變換器，DC/DC變換器占空比與其所帶負載的函數就是光伏陣列所帶的等效負載，對占空比進行調節就能夠實現改變光伏陣列所帶負載的目的，以達到最大功率點跟蹤，充分利用光伏陣列產生的電能的效果。

2.3太陽能光伏發電系統的儲能及充放電控制

儲能及充放電的控制對于太陽能光伏發電系統也有重要的影響，控制器要完成最大輸出功率跟蹤，保持最大功率輸出，以預防蓄電池出現深度放電與過充電，并達到最佳狀態。一般而言，在線式電壓檢測主要是通過檢測蓄電池的端電壓，在其大于某個限定值時就判斷為已充滿，從而停止太陽電池向蓄電池充電。但是，在停止充電后端電壓會下降，蓄電池充電實際上并未充足，從而使蓄電池的壽命、充電器整體效能的提高遇到瓶頸，因而需要選擇新的離線式檢測。通過一個太陽電池給多個蓄電池模塊進行輪換充電，在充電電路斷開后各個蓄電池端壓都有足夠的時間恢復正常，可以確保檢測結果正確反映蓄電池容量。并且，在原有電路增加放電自鎖功能、下限自鎖電路，利用放電自鎖功能可以防止蓄電池對負載進行小電流放電，并防止蓄電池深度放電以起到保護蓄電池的作用。在太陽能光伏發電系統當中，無論是蓄電池的負載，還是太陽電池的輸出，又或者是蓄電池的自放電，都是不確定量，因而儲能及充放電控制可以采取模糊控制方法來實現。

結束語

太陽能是一種清潔的新能源，是我國未來的能源結構當中重要的組成部分，其開發與利用對于能源發展意義重大。太陽能光伏發電是一種主要的開發途徑，其主要是利用太陽能電池吸收光能，從而產生光生電子-空穴對，通過太陽能電池的內建電場使光生電子和空穴被分離，進而在太陽能電池的兩端產生正負電荷積累形成光生電壓，最終產生可利用的電能。當前，太陽能光伏發電系統得到了重大的發展，其中關鍵的控制技術起到了重要的作用。

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