太陽能光伏建筑一體化的應(yīng)用
光伏建筑一體化一般分為獨(dú)立安裝型和建材安裝型兩種類型。
①獨(dú)立安裝型。是指普通太陽能電池板施工時(shí)，通過特殊的安裝配件把太陽能電池板同周圍建筑結(jié)構(gòu)相連。優(yōu)點(diǎn)是普通太陽能電池板能在普通流水線上大批量生產(chǎn)，成本低價(jià)格便宜，既能安裝在建筑結(jié)構(gòu)體，上又能單獨(dú)安裝。缺點(diǎn)是無法直接代替建筑材料，使用光伏組件與建材料的重疊使用造成浪費(fèi)，施工成本高。
②建材安裝型。是在建材生產(chǎn)時(shí)，把太陽能電池片直接封裝在特殊材料內(nèi)，如屋面瓦單元，幕墻單元，外墻單元等。外表面設(shè)計(jì)有防雨結(jié)構(gòu)，施工時(shí)按模塊方式拼裝，集發(fā)電功能與建材功能于一體，施工成本低。
相比較而言，建材安裝型的技術(shù)要求相對更高，因?yàn)樗粌H用來發(fā)電，而且承擔(dān)建材所需要的防水、保溫、載荷強(qiáng)度等要求。但是由于必須適應(yīng)不同的建筑尺寸，很難在同一條流水線上大規(guī)模生產(chǎn)，有時(shí)甚至需要投入大量的人力進(jìn)行手工操作生產(chǎn)。
建材安裝型又分為：屋頂一體化，墻面一體化，建筑結(jié)構(gòu)一體化等。屋頂一體化方式是指將太陽能電池板做成屋頂面板或瓦的形式覆蓋平頂屋面或坡屋頂整個(gè)屋面，也可以覆蓋部分屋面，后者與建筑的整體具有更高的靈活性。
太陽能電池板與屋頂整合為一體，一是可以最大限度地接受太陽光的照射，二是可以兼做屋頂?shù)恼陉柊澹蛘咦龀赏L(fēng)隔熱屋面，減少屋頂夏天的熱負(fù)荷。
考慮到兩個(gè)方式的特點(diǎn)對應(yīng)普及來說，獨(dú)立安裝型優(yōu)先考慮，下面以家庭屋頂安裝太陽能電池系統(tǒng)為例，講述光伏建筑一體化的應(yīng)用。
家庭屋頂安裝分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)，特指在用戶場地附近建設(shè)，運(yùn)行方式以用戶側(cè)自發(fā)自用，多余電量上網(wǎng)，且在配電系統(tǒng)平衡調(diào)節(jié)為特征的光伏發(fā)電設(shè)施。
一般而言，一個(gè)分布式光伏發(fā)電項(xiàng)目的容量在數(shù)千瓦以內(nèi)，與集中式電站不同，光伏電站的大小對發(fā)電效率影響很小。因此對其經(jīng)濟(jì)性的影響也很小，小型光伏系統(tǒng)的投資收益率并不比大型的低，并且就近發(fā)電就近使用減少了輸配電的成本，還能夠在一定程度上緩解局部地區(qū)用電緊張的情況。
但是分布式光伏發(fā)電的能量密度相對較低，每平方米分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)的功率僅約100瓦，再加上適合安裝光伏組件的建筑屋頂面積有限，不能從根本上解決用電緊張問題。大型地面電站發(fā)電是升壓接入輸電網(wǎng)僅作為發(fā)電站而運(yùn)行，而分布式光伏發(fā)電是接入配電網(wǎng)發(fā)電用電并存，且要求盡可能地就地消納。
根據(jù)2013年統(tǒng)計(jì)，國際上分布式光伏發(fā)電占光伏發(fā)電的67%左右，德國、美國、日本等主流國家的分布式光伏發(fā)電所占比例更是達(dá)到80%以上。而我國分布式光伏應(yīng)用較低，我國目前仍以大型電站占絕對主導(dǎo)，未來家庭屋頂安裝分布式光伏潛在成成長空間巨大。
屋頂并網(wǎng)發(fā)電全套系統(tǒng)包括太陽電池組件、支架、逆變器和計(jì)量表。計(jì)量表用于記錄發(fā)電量和上網(wǎng)電度。
1. 家庭安裝太陽電池組件的簡單測量工具
利用萬用表可以方便地大致確定太陽電池組件的方位。一般在中午11:00~1:00，通過調(diào)節(jié)發(fā)電板的方位，使太陽電池組件的電壓、電流值達(dá)到最大化，此時(shí)的位置可以確定為太陽電池組件較佳角度方位。當(dāng)然還要參考方位經(jīng)度、緯度的理論值。
下面簡單介紹萬用表（MF）的使用方法。左手拿萬用表，右手像拿筷子一樣拿兩只測筆，黑線為負(fù)極（-），紅線為正極（+）。
測直流電壓（DCV）的方法:把儀表的白點(diǎn)放在“50”DCV的位置上，把紅線頭插在表面“+”號正級上，黑線頭插在表面“-”號負(fù)極上，然后把紅線測點(diǎn)放在光伏板接線盒右邊“+”正極， 黑色特點(diǎn)放在光伏板接線盒左邊“-”負(fù)極，此時(shí)的儀表讀數(shù)為電池板的電壓，一般在12~36V之間。
測量交流電壓ACV的方法：把儀表上的白點(diǎn)對準(zhǔn)電壓“250”V檔位，將紅黑兩支測筆任意接到交流電被測的兩個(gè)點(diǎn)上，此時(shí)表上的數(shù)值為交流電壓。測交流電時(shí)不分正負(fù)極，任意插到測點(diǎn)都可以。
把表的白點(diǎn)對準(zhǔn)“500”檔位（DCmA），然后把紅線從表面拔出插到表上10A孔內(nèi)，將紅線正極接入光伏電池板右邊正極線段，黑色負(fù)極接入左邊負(fù)極線端，此時(shí)可通過調(diào)整光伏板的方位角度，使電流值達(dá)到最大化。
2. 一般家庭屋頂太陽電池系統(tǒng)控制器的規(guī)格和型號識(shí)別
個(gè)位數(shù)表示電壓等級，
如：X1、XX1、XX2、XX3、XX4
對應(yīng)：12V、12V、24V、36V、48V
十位數(shù)表示電流等級，
如：5X、10X、20X、30X
對應(yīng)：5A、10A、20A、30A
例如：
51表示電流5A（安）、電壓12V（伏）；
101表示電流10A（安）、電壓12V（伏）；
203表示電流20A（安）、電壓36V（伏）；
304表示電流30A（安）、電壓48V（伏）；
小型獨(dú)立光伏系統(tǒng)控制器的數(shù)字表示它能控制的電壓和電流的最大值。控制器內(nèi)部設(shè)有過充、過放、過熱等保護(hù)數(shù)據(jù)。控制器內(nèi)部設(shè)有顯示窗口。控制器內(nèi)設(shè)有工作狀態(tài)指示燈。
左邊第1個(gè)指示燈亮，表示光伏板正在發(fā)電（為綠燈），不亮表示光伏板沒有發(fā)電，左邊第2個(gè)指示燈為紅色表示虧電，為黃色表示欠電壓，為綠色表示正在充電，為綠色閃爍表示電已充滿。左邊第3個(gè)燈亮表示電流正在輸出電量。
控制器內(nèi)設(shè)有三路接線端，左邊第一個(gè)“+”右邊“-”極接充電池負(fù)極；中間一組正極接電瓶的正極，負(fù)極接電瓶的負(fù)極，第三組用于接負(fù)載設(shè)置自動(dòng)控制工作時(shí)間。
3. 一般家庭屋頂太陽電池系統(tǒng)轉(zhuǎn)換器（逆變器）DC-AC的認(rèn)識(shí)
逆變器的作用是將直流電轉(zhuǎn)換成交流電，DC表示直流，AC表示交流。逆變器的功率（P）為120~1 0000W。逆變器的供電電壓（DC）12V、24V、36V、48V、60V、72V、96V為直流電壓，是它所適應(yīng)電瓶的電壓。
電瓶一塊均為12V，24V為兩塊電瓶串聯(lián)，36V為三塊電瓶串聯(lián)，48V為4塊電瓶串聯(lián)，以此類推96V為8塊電瓶串聯(lián)。逆變器的輸出電壓（AC）110V、220V為交流電壓，國內(nèi)一般為220V電壓。逆變器的頻率F為50Hz。
逆變器的波形分為純正弦波和方波。
①正弦波的波形為圓弧形，修正直流電的難度大，轉(zhuǎn)換出的電波和國家電網(wǎng)的電波一樣，這種逆變器價(jià)格較高，可帶電磁爐、微波爐等帶磁場的電氣，也叫高頻逆變器。
②方波的逆變器輸出電波形狀為方形，修正直流電的難度較小，轉(zhuǎn)換出的電波和國家電網(wǎng)電波不一樣，小于50Hz對家電有損壞，會(huì)降低家電使用壽命，價(jià)格相對較低，可帶電視、洗衣機(jī)、風(fēng)扇等小功率容性負(fù)載，但不可以負(fù)載電磁爐微波爐等。
正弦波光伏逆變器分為高頻和工頻，區(qū)別在于高頻的體積小，質(zhì)量小，效率高，適合帶任何容性負(fù)載。如電腦、電視機(jī)、打印機(jī)、傳真機(jī)等開機(jī)啟動(dòng)沒有峰值的電器；工頻逆變器的體積大，質(zhì)量大，轉(zhuǎn)換效率相對高頻較低一些。適合負(fù)載任何感性負(fù)載，如空調(diào)、冰箱、發(fā)電機(jī)等大功率啟動(dòng)峰值增大較大的電器。
各種家用電器啟動(dòng)電流峰值不同。下面就常用的家用電器啟動(dòng)電流峰值進(jìn)行列舉：飲水機(jī)為3A電流；豆?jié){機(jī)為3.7A電流；電磁爐為9A電流；微波爐為5A電流；電視電腦為0.3A電流；全自動(dòng)洗衣機(jī)為2A電流；電飯鍋為4.2A電流；電冰箱為8A電流。
當(dāng)然上面所列舉的啟動(dòng)峰值電流為根據(jù)經(jīng)驗(yàn)所估計(jì)得出的數(shù)值，實(shí)際的啟動(dòng)峰值電流應(yīng)根據(jù)各個(gè)設(shè)備的具體額定功率來進(jìn)行具體的計(jì)算，或者直接通過實(shí)際測量得出啟動(dòng)峰值電流。
4. 一般家庭屋頂太陽電池系統(tǒng)蓄電池
蓄電池在家庭獨(dú)立型或混合型光伏系統(tǒng)中使用，并網(wǎng)的家庭光伏系統(tǒng)可以不使用。蓄電池用于存儲(chǔ)太陽能電池板發(fā)出的直流電。
太陽能光伏發(fā)電在系統(tǒng)配置中，光伏板的電壓應(yīng)高于蓄電池標(biāo)稱電壓的1.5倍為最佳配置，比如光伏板的電壓為17V充12V的一塊電瓶最合適；再比如光伏板電壓為36V，充24V的兩塊串聯(lián)電瓶最合適。
如果配置的光伏板電壓低于蓄電池標(biāo)稱電壓的1.5倍，有時(shí)會(huì)因?yàn)殡妷禾统洳簧想姡蝗绻哂谛铍姵貥?biāo)稱電壓的1.5倍，會(huì)因?yàn)殡妷禾叱鋲碾娖俊?/div>
100A.h的電瓶用10A的電流充最合適，120A.h的電瓶用12A的電流充最合適，140A.h的電瓶用14A的電流充最合適。
光伏板串聯(lián)增加電壓，電流不變并聯(lián)增加電流，電壓不變，電流越大，用的導(dǎo)線越粗，電壓越高，用的導(dǎo)線越細(xì)。
電瓶串聯(lián)增加電壓，電流不變。例如：120A.h兩塊電瓶串聯(lián)電壓為24V，電流為120A。電瓶串聯(lián)時(shí)正極接負(fù)極，負(fù)極接正極。
電瓶并聯(lián)增加電流，電壓不變。例如：100A.h兩塊電瓶并聯(lián)，電壓為12V，電流為200A。電瓶并聯(lián)時(shí)正極接正極，負(fù)極接負(fù)極。
離網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)電壓以電瓶電壓為準(zhǔn)，控制器控制的系統(tǒng)電流為光伏板功率除以系統(tǒng)電壓。例如：300W光伏板除以24V電瓶，電壓為12.5A電流控制器要用20A控制器。
5. 一般家庭屋頂太陽電池系統(tǒng)的接線方法
①光伏板的正極接到控制器左邊第1組的正負(fù)極上，光伏板左邊負(fù)極右邊正極。
②蓄電池的正負(fù)極接到控制器中間一組的正負(fù)極上。
③逆變器直流端的正負(fù)極接到蓄電池正負(fù)極上。
④逆變器交流端接到負(fù)載上。
⑤直流LED燈正負(fù)極接到控制器最后一組正負(fù)極上。
⑥調(diào)控制器上數(shù)字顯示窗口，控制燈的用電時(shí)間。
在離網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)中逆變器的功率決定負(fù)載的功率，負(fù)載越大用的逆變器也越大。
6. 一般家庭屋頂太陽電池系統(tǒng)的基本參數(shù)
功率P等于電壓乘電流。即：功率P=電流*電壓(P=UI)
光伏板的發(fā)電量等于電流乘電壓乘日照時(shí)間。
即：光伏板的發(fā)電量=電流*電壓*日照時(shí)間(W=Pt=UIt)
一般參考河南平原地區(qū)日照每瓦年發(fā)電1.15度。250W光伏板每年發(fā)電287度。
逆變器的電量需求50A/kW。1000W的逆變器每小時(shí)需50A電流，1500W的逆變器，每小時(shí)需1.5×50A=75A電流，2000W的逆變器每小時(shí)需2.0×50A=100A電流。
光伏板的發(fā)電量先存入電瓶，再經(jīng)過逆變器變?yōu)榻涣麟姽┘译娛褂茫噪娖康姆烹娏恳笥谀孀兤鞯男枨螅拍苷９ぷ鳎駝t負(fù)載不能使用。電瓶的放電量大于逆變器的需求量越多，供電時(shí)間越長。
下面以3kW離網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)配置為例說明系統(tǒng)配置：
光伏板260W4塊，采取二串二并型，電瓶4塊串聯(lián)。單塊光伏板電壓34.8V，電流7.48A，電壓4塊電瓶串聯(lián)48V。
那么，系統(tǒng)功率260×4=1040W，功率1040W÷電壓48V=系統(tǒng)電流21.6A。控制器用30A48伏的控制器，1040W太陽能板÷480A.h，電瓶完全飽和4~5小時(shí)。
關(guān)于負(fù)載工作時(shí)間的計(jì)算：
例如：60A.h電池一塊，負(fù)載功率100W，電池放電系數(shù)為80%，逆變器轉(zhuǎn)換率為90%，則：
電池容量（60A.h）×電池電壓（12V）×電池放電系數(shù)（0.8）×逆變器轉(zhuǎn)換率（0.9）÷負(fù)載功率100W=5.18小時(shí)。
該3kW逆變器離網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)負(fù)載單獨(dú)工作時(shí)間。比如：40寸電視功率100W，單獨(dú)使用30小時(shí)；電風(fēng)扇功率60W，單獨(dú)使用50小時(shí)；照明功率90W，單獨(dú)使用33小時(shí)。
并網(wǎng)式光伏電站，光伏板和逆變器按1:1配置最合理。逆變器功率要大于光伏板的配置，光伏板大于逆變器功率會(huì)造成發(fā)電量流失。并網(wǎng)逆變器的功率大小和負(fù)載沒有任何關(guān)系。
家用電優(yōu)先用光伏發(fā)電的電，負(fù)載功率大逆變器的發(fā)電功率，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)抽取市電補(bǔ)充多余功率；負(fù)載功率小于逆變器，發(fā)電功率優(yōu)先用光伏電站發(fā)的電，多余部分繼續(xù)輸入國家電網(wǎng)。
蓄電池的安裝。電池是必須保護(hù)的部件，電池不應(yīng)直接放在水泥地上，因?yàn)檫@樣會(huì)增加電池自放電，尤其是在表面潮濕的水泥地面上更為嚴(yán)重。如果用開放式電池，則必須提供放氣，以免引起爆炸。任何電池均應(yīng)放在那些非專業(yè)人員接觸不到的地方。尤其是不能讓小孩子靠近電池。
如果會(huì)出現(xiàn)氣溫低于0℃以下的天氣，那么電池必須安裝在水密性的盒子內(nèi)，并埋于地下雙動(dòng)線以下或者是將電池置于能保持溫度高于0℃的建筑物中。如果要買電池，應(yīng)選擇一個(gè)排水性的良好的地點(diǎn)，且為電池挖一個(gè)排氣孔。
控制器和逆變器通常會(huì)與開關(guān)、保險(xiǎn)等安裝在控制中心內(nèi)。控制器必須安裝在接線盒中，且能把其他元件如二極管等固定在其上。過熱會(huì)縮短電池壽命，故接線盒應(yīng)安置在陰涼通風(fēng)的地方。控制器不要與電池安裝在一起，因?yàn)殡姵禺a(chǎn)生的腐蝕氣體可能引起電子元件失效。
逆變器應(yīng)安裝在可控制環(huán)境中，因?yàn)檫^高的溫度和大量的灰塵會(huì)減少逆變器的壽命，且可能引起故障。逆變器也不應(yīng)同電池安裝在同一個(gè)盒內(nèi)，因?yàn)楦g氣體破壞電子元件，而且逆變器開關(guān)動(dòng)作時(shí)產(chǎn)生的火花可能會(huì)引起爆炸。
但是為了減少導(dǎo)線的阻抗損失，逆變器應(yīng)安裝在盡可能靠近電池的地方。在異變?yōu)榻涣麟姇r(shí)，因?yàn)榻涣麟妷和ǔ１戎绷麟妷焊撸阅孀兤鬏敵龆说膶?dǎo)線尺寸可以縮小一些。逆變器的輸入輸出回路應(yīng)有保險(xiǎn)或斷路器。這些保險(xiǎn)器件應(yīng)安裝在醒目的位置上，且其上標(biāo)注清晰。
最后還要強(qiáng)調(diào)的是，在安裝時(shí)不要忽視接地的工作，它關(guān)系到人和設(shè)備的安全問題，應(yīng)該認(rèn)真對待。所有的設(shè)備的金屬外殼應(yīng)該做到可靠接地。太陽能電池板的金屬邊框、金屬支架都應(yīng)該做到可靠接地。
為了保障我們的生命財(cái)產(chǎn)安全，一定要做到安全用電。凡是有可能導(dǎo)致觸電事故發(fā)生的地方，應(yīng)該做好警示標(biāo)識(shí)。放置光伏發(fā)電設(shè)備的地方應(yīng)盡量和我們經(jīng)常活動(dòng)的區(qū)域隔離開來。有條件的地方可以加裝防護(hù)網(wǎng)進(jìn)行隔離，這樣可以有效的防止人因接觸碰到發(fā)電設(shè)備和線路，而發(fā)生觸電事故。
關(guān)鍵詞：
太陽能光伏
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