新型太陽能光伏車棚的研究及應(yīng)用

劉穎

杭州華鼎新能源有限公司 浙江杭州 310000

隨著人類用電需求越來越高，原有的化石能源發(fā)電產(chǎn)生的污染也越來越大，節(jié)能和使用清潔能源變得越來越重要。清潔能源發(fā)電走進(jìn)了我們的日常生活。光伏車棚方便建設(shè)，外形美觀，可充分利用太陽能形成電力供應(yīng)[1]。將停車棚與光伏發(fā)電技術(shù)相結(jié)合，使停車棚不僅能為車輛遮風(fēng)擋雨，又能利用太陽能進(jìn)行發(fā)電，供電動(dòng)車充電、停車棚的照明和向電網(wǎng)供電。

1 陽能光伏車棚系統(tǒng)組成

太陽能光伏車棚系統(tǒng)主要由光伏支架、太陽能電池方陣、逆變升壓系統(tǒng)、充電裝置系統(tǒng)和防雷及接地系統(tǒng)組成（圖1）。光伏支架：作為直接支撐太陽能電池板的核心結(jié)構(gòu)，根據(jù)當(dāng)?shù)鼗撅L(fēng)、雪壓，滿足抗風(fēng)抗雪載能力，并按照最佳安裝傾角，設(shè)計(jì)出支架各個(gè)構(gòu)件所需截面尺寸。太陽能電池方陣：是光伏系統(tǒng)主要部件，也是收集太陽光的核心組件，將接收到的太陽光能直接轉(zhuǎn)換成電能，大量的太陽能電池板經(jīng)過若干組串聯(lián)合在一起構(gòu)成光伏組件的方陣。逆變升壓系統(tǒng)：包括智能匯流箱、直流配電柜、并網(wǎng)逆變器、升壓變壓器等，最終并網(wǎng)匯集。智能匯流箱是用于連接光伏方陣和逆變器，具備防雷功能和監(jiān)測(cè)電流、電壓。直流配電柜是對(duì)直流電能進(jìn)行分配、監(jiān)控、以及保護(hù)功能。并網(wǎng)逆變器是將直流電轉(zhuǎn)換成交流電的電力裝置，并具有系統(tǒng)故障保護(hù)功能。升壓變壓器主要是將低壓交流電升壓到10kV或35kV。充電裝置系統(tǒng)包括充電樁及充電裝置，防雷及接地系統(tǒng)：包括防雷器、引下線和接地網(wǎng)等[2]。支架通過鋼柱接地與水平接地體之間采用熱鍍鋅扁鋼連接，形成避雷接地網(wǎng)。防止或減少雷擊建筑物所發(fā)生的人身傷亡以及電氣系統(tǒng)損壞。

圖1 光伏車棚側(cè)視圖

2 太陽能光伏車棚布置原則

為了能讓光伏車棚中的太陽電池組件陣列更多地獲取太陽輻射的能量，接收充分的日照時(shí)間，太陽能光伏車棚選址一般位于橫向朝南、周圍對(duì)太陽光無遮擋的地方。但在實(shí)際實(shí)施過程中，可能不一定能完全滿足此條件，因此只能盡量做到各種環(huán)境因素兼顧。

3 太陽能光伏車棚發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)

本次設(shè)計(jì)的并網(wǎng)型光伏車棚發(fā)電系統(tǒng)，包括太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)及相應(yīng)的配套上網(wǎng)設(shè)施，本次設(shè)計(jì)利用停車棚頂部，完全不占用土地。該系統(tǒng)沒有電池儲(chǔ)能裝置，利用逆變器將直流電轉(zhuǎn)換成交流電后，按并網(wǎng)規(guī)范要求安全并入所在廠區(qū)低壓0．4KV用電系統(tǒng)。光伏系統(tǒng)為自發(fā)自用，余電上網(wǎng)模式。

3.1 廠區(qū)光伏車棚的位置及建筑平面設(shè)計(jì)

本次設(shè)計(jì)中光伏車棚的位置位于廠區(qū)的北側(cè)大門入口兩側(cè)，每個(gè)汽車停車位按照長為6m，寬為3m設(shè)計(jì)，249個(gè)車位。每2個(gè)車位中間安裝一個(gè)充電樁，可以給電動(dòng)車充電使用。

3.2 廠區(qū)光伏車棚的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

本次設(shè)計(jì)中光伏車棚每個(gè)汽車的停車位對(duì)應(yīng)的電池板頂棚長為6m，寬為3m，高為3．312m。

3.3 光伏車棚發(fā)電系統(tǒng)電氣設(shè)計(jì)

本次設(shè)計(jì)將光伏組件及支架按光伏車棚頂部實(shí)際條件進(jìn)行合理布置，形成車棚頂部光伏陣列，用于太陽能的獲取及光電轉(zhuǎn)換，然后將光伏組件進(jìn)行合理串并聯(lián)后接入?yún)R流箱，，對(duì)匯流箱進(jìn)行防雷保護(hù)，根據(jù)并網(wǎng)型光伏逆變器的容量配置分路接入直流配電柜。直流配電柜的出口按額定功率匹配接入并網(wǎng)逆變器，經(jīng)過逆變器將直流電流轉(zhuǎn)換為滿足并入電網(wǎng)要求的交流電流并入電網(wǎng)。

3.4 光伏車棚發(fā)電系統(tǒng)電路和防雷設(shè)計(jì)

（1）設(shè)計(jì)電路。選用太陽能發(fā)電并網(wǎng)技術(shù)，并利用信息網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)對(duì)此并網(wǎng)發(fā)電過程和數(shù)據(jù)的采集和傳輸進(jìn)行監(jiān)控，只有這樣才能應(yīng)對(duì)廠家對(duì)逆變器數(shù)據(jù)不完全開放的缺點(diǎn)。

（2）分析系統(tǒng)安全性。首先要對(duì)各種配件進(jìn)行檢測(cè)，確保質(zhì)量的穩(wěn)定性，然后要保障系統(tǒng)避免遭遇外部因素影響。系統(tǒng)元件受外部因素的影響很大，對(duì)元件造成很大影響的外部因素通常有浪涌和雷擊等[3]。浪涌和雷擊會(huì)對(duì)光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)造成影響，所以為了避免外部等破壞性因素，通過安裝防雷設(shè)備對(duì)其系統(tǒng)進(jìn)行保護(hù)。對(duì)于產(chǎn)生的交流電，逆變器產(chǎn)生的交流電要想和電網(wǎng)連接，必須經(jīng)過配電柜才能實(shí)現(xiàn)。為了防止產(chǎn)生電涌浪網(wǎng)、雷電影響，已主動(dòng)采取防雷保護(hù)措施。對(duì)于產(chǎn)生的直流電，首先太陽能光伏結(jié)構(gòu)要具備接地性能，然后通過安裝防雷配電柜和防雷匯流箱可有效對(duì)光伏并網(wǎng)系統(tǒng)進(jìn)行保護(hù)。

本次廠區(qū)光伏停車棚的設(shè)計(jì)，為工廠廠房屋頂太陽能并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的研究、設(shè)計(jì)積累了經(jīng)驗(yàn)。但光伏停車棚發(fā)電并網(wǎng)對(duì)于工廠配電系統(tǒng)產(chǎn)生的問題，還需要在具體實(shí)施后進(jìn)行深入的研究和分析。太陽能發(fā)電的應(yīng)用前景十分廣闊，分布式太陽能發(fā)電系統(tǒng)將成為太陽能發(fā)電的重要組成部分。

4 結(jié)語

總而言之，太陽能光伏車棚適用于社區(qū)、學(xué)校、商業(yè)廣場、工廠、政府機(jī)構(gòu)和旅游景區(qū)，可停放各種類型的車輛，并且能給電動(dòng)車、電動(dòng)汽車提供充電功能。除了能為車輛遮風(fēng)擋雨，還能利用太陽能創(chuàng)造出清潔的光伏能源供給電動(dòng)車充電和燈光照明，起到了良好的節(jié)能減排作用。隨著新能源的不斷發(fā)展和城市節(jié)能減排、綠色環(huán)保的需求，太陽能光伏建筑一體化越來越成為太陽能應(yīng)用發(fā)電的新潮流，太陽能光伏車棚使光伏系統(tǒng)與車棚實(shí)現(xiàn)完美結(jié)合，是光伏與建筑一體化探索的一次成功示范。