太阳能光伏发电系统在小区配电中的研究与应用

黎胜发

摘要：随着家用电器数量及用电量的持续增长，居民小区对于电能的需求与日俱增，通过将光伏发电系统与小区建设相结合，能够在有效利用太阳能的前提下，降低其对电网供电的依赖性和用电成本。在下面文章里，我们就结合广州香江房地产相关小区项目的实际情况对光伏发电系统在小区配电中的应用进行探讨。

关键词：光伏发电；小区配电；光伏建筑一体化

对于太阳能这一清洁可再生能源的应用，相关技术研究发展已久，其中光伏发电作为当前最为成熟的技术，在国家大力推广下在各行各业都得到了广泛应用。光伏发电技术具有清洁、节能、环保、安装简便等多方面优点，通过合理的应用能够有效缓解城市化建设过程中能源短缺的问题。据研究发现一个合计20万平方米的小区，如果单纯依靠火电机组提供电能，日消耗煤炭可达到上千吨，随着家用电器数量的增长，这一数字还将上升。所以在提倡节约用电的前提下，更好的在住宅小区内应用可再生能源具有深远的意义。在下面文章里，我们就结合当前光伏发电技术实际情况，对其在住宅小区配电系统中的应用进行深入探讨。

一、光伏发电系统原理及供配电方式

（一）光伏发电系统原理

光伏发电系统的核心元件是太阳能电池，其原理是利用半导体界面的光生伏特效应将光能直接转变为电能。通过将太阳能电池串联、封装保护后可形成较大面积的太阳电池组件，再与功率控制器等部件配合最终形成光伏发电系统。在太阳光的照射下，太阳能电池方阵产生的电能经由控制器控制给蓄电池组进行充电或是在负载合适的情况下直接向负载供电。当日照不足或夜间时，蓄电池组可直接对直流负载进行供电。对于负载中存在交流负载的发电系统，则需要设置逆变器将直流电转换为交流电。

（二）光伏发电系统供配电方式

太阳能光伏发电系统按是否与电网连接可分为独立离网发电系统和并联发电系统和并网发电系统三种方式：

1.独立发电系统

这种方式是光伏发电系统最初的配电方式，实现独立发电、供电，这一系统主要适用于用电容量小、分散性较大的用电负荷，如路灯等。优点是简单、经济、灵活，缺点主要是供电可靠性差、管理控制效果低。

2.市电并联发电系统

这种方式是在独立发电系统的基礎上，在负载母线侧增加一路市电供电，与光伏发电系统互为备用。这种系统的最大优点是当光伏发电系统出力不足或中断时，在自动化控制装置的控制下可快速切换至市电，一定程度上提高了供电可靠性，且降低了蓄电池的容量需求，节省了建设成本。最大的缺点是光伏发电系统与市电之间进行切换时会造成供电中断，影响设备的正常运行，而且用电量和供电量之间的平衡较难协调。

3.市电并网发电系统

这一系统指的是光伏发电系统产生的直流电经由并网逆变器转换成符合市电电网要求的交流电之后直接接入公共电网。这种运行模式能够很好的解决前述两种配电形式存在的缺陷，光伏发电系统与市电系统并网运行的情况下，对于用电负载量的平衡工作都由电力系统去完成，光伏发电系统可最大效率的进行发电，在这一前提下就降低了系统对于蓄电池容量的需求，也能很大程度上减少设备成本。[1]

二、光伏发电系统在小区配电中的应用研究

通过对三种光伏发电系统供配电方式的分析，结合应用需求及当前技术水平，在小区配电过程中光伏发电系统与市电并网运行是安全性、经济性最佳的方式。为了最大限度的提高光伏发电系统运行效率及发电能力，应在小区建筑设计时就对光伏发电系统的安装配置进行考虑，从而有效实现光伏建筑一体化。

（一）光伏建筑一体化及其具体应用

光伏建筑一体化是未来光伏发电的一个重要趋势，具体可分为两类，一是光伏方阵与建筑的结合，二是光伏方阵与建筑的集成。第一种方式最为常见，尤其是与建筑屋面的结合，因无需占用额外地面空间，所以非常适宜在城市建筑中应用。而光伏阵列与建筑的集成是一体化的高级形式，对于光伏组件的要求较高，要求其既能满足光伏发电功能需求，同时还应满足建筑的基本功能需求。

目前在光伏建筑一体化的设计建设过程中主要是通过在墙面部分采用第三代柔性非晶硅贴膜，其对太阳能的利于率能达到6%，由于尺寸便于定制，所以对于墙面的利用率能达到100%；对于玻璃幕墙，则采用50%透明度的单晶硅玻璃幕墙组件，其对幕墙的利用率能的达到95%；对于建筑物楼顶天窗，可采用50%透明度的单晶硅组件，其对楼顶天窗利用率能达到90%。通过分析我们可以看到，光伏建筑一体化能够有效利用建筑外墙、天窗、楼顶等面积，在不影响建筑美观、功能的前提下，最大限度的增加了光伏发电系统的规模。

（二）光伏建筑一体化优点

1）清洁环保，可再生；

2）无需额外占用地面空间，且在夏季能够起到很好的调峰作用；

3）不受蓄电池容量的限制，节省投资，且能实现光伏系统出力最大化；

4）起到建筑节能功能。主要是由于光伏阵列吸收太阳能，有效降低了建筑墙体温度，相应的室内空调冷负荷也得到控制，减少了用电需求。

（三）当前存在的制约

光伏建筑一体化的推广应用对于缓解能源紧张，减低环境污染都有着积极的意义，但在实际应用中发现仍存在一些制约条件影响其大范围的应用。具体表现为：

1）前期建设投资大，在一体化的实现过程中，所使用的建筑材料相比以前成本高，相关科研技术投入大。

2）发电成本高。据统计，利于光伏发电系统进行发电，相同电能情况下，成本相较传统火电要高很多。

3）出力稳定性差。由于光伏发电系统出力受天气情况影响，所以导致其在一天内不同时间、一年内不同季节，其出力情况都存在差异，稳定性较差。[2]

三、结语

光伏发电作为当前发展最为成熟的分布式发电系统，随着研究的进一步深入，其实际价值得到了更好的体现。在建筑小区的的应用过程中，我们不应局限于一种供配电方式，而是可根据不同的用电负荷情况（重要性、容量、位置等）采取不同的方式，灵活的综合应用。

参考文献：

[1]李秉璋，陈宏，刘晨阳.太阳能光伏发电系统在城市环境中的应用——以宁波“零能耗”建筑为例[J].住宅与房地产，2016，（20）：2223.

[2]李蔚.太陽能光伏发电系统的设计应用[J].电气应用，2014，（06）：13.