基于BIPV系统的太阳能小屋设计_图文_百度文库
基于BIPV系统的太阳能小屋设计
科技信息Ｏ本刊重稿０
２０１４年第７期
基于ＢＩＰＶ系统的太阳能小屋设计
朱莉包诗瑶谢建强
（安徽工程大学数理学院，安徽芜湖２４１０００）
【摘要ｌ本文在光伏建筑一体化系统（ＢＩＰｖ系统）的基础上研究光佚电池在小屋外表面的优化铺设问题。光伏组件的安装设计对建筑项目全年寿命周期各阶段的发电量与经济效益的指标有重要影响。对于问题１，在小屋外表面铺设电池分组阵列时我们从使小屋的全年光伏岛池发电总量最大化而单位发电量费用最小化出发。对于问题２，在考虑电池板的朝向与倾角对光伏电池工作效率的影响的情况下，确定方阵的最优倾角是光伏发电系统优化中必不可少的重要环节和先决条件。通过Ｍａｔｌａｂ软件建立倾斜放置的光伏电池板表面接收太阳辐射能模型，计算得到光伏板上的辐射能，推导出光伏电池板的最佳倾角，并同时建立基于光伏电池板安装的最佳倾角模型。对于问题３，根据附件７给出的小
屋建筑要求．用机械制图软件ＵＧ绘审ｌ出小屋的外形图。根据问题ｌ’２的铺设方案，并采用自动跟踪式独立光佚电池，对所建小屋进行竞佚组件的优化铺设。
【关键词】优化铺设；经营性运营成本折现值；最佳倾角；自动跟踪式独立光伏系统
在设计太阳能小屋时．需在建筑物外表面铺设光伏电池，光伏电
（７）地面反射比ｐ＝０．２
４符号的定义与说明
Ａ＾：耗电量的单位
ＫＷｈｌｍ：：辐射量单位每平方米的千瓦时
Ｈ／ＫＷｈ：月平均太阳辐射总量ｒｏ：日地平均距离。
ｒ：任意时刻日地距离的准确值丘：太阳常数
地：日没时角的弧度值
撕：朝向赤道斜面上日没时角的弧度值矾：日辐射量
日。：南向斜面日辐射量
池组件所产生的直流电需要经过逆变器转换成２２０Ｖ交流电才能供家
庭使用．并将剩余电量输入电网。不同种类的光伏电池每峰瓦的价格
差别很大．且每峰瓦的实际发电效率或发电量还受太阳辐射强度、光
线入射角、环境、建筑物所处的地理纬度、地区的气候与气象条件、安
装部位及方式（贴附或架空）等的影响。
问题１：请根据山西省大同市的气象数据，仅考虑贴附安装方式，选定光伏电池组件，对小屋（见附件２）的部分外表面进行铺设，并根据电池组件分组数量和容量．选配相应的逆变器的容量和数量。
问题２：电池板的朝向与倾角均会影响到光伏电池的工作效率。请选择架空方式安装光伏电池．重新考虑问题ｌ。
同题３：根据附件７给出的小屋建筑要求。请为大同市重新设计一个小屋．要求画出小屋的外形图．并对所设计小屋的外表面优化铺
Ｒ：南向斜面与水乎面１３辐射量之比
匝：反射辐射‰：散射辐射
日：水平面上的日总辐射矾：水平面上的日散射辐射胁：斜面上的总辐射
胁：夏半年在倾斜面上的辐射量
设光伏电池，给出铺设及分组连接方式．选配逆变器，计算相应结果。２问题分析
根据题目．我们将问题细分为４个小问题分别记为：Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４即：
Ｐ１：根据山西省大同市的气象数据，仅考虑贴附安装方式，选定光伏电池组件．对小屋的部分外表面进行铺设．并根据电池组件分组数量和容量。选配相应的逆变器的容量和数量。
Ｐ２：考虑电池板朝向与倾角对光伏电池工作效率的影响．以架空
玩：冬半年在倾斜面上的辐射量
Ｐ：地面的反射比
５模型的建立与求解
５．１经济性评价模型的建立
方式安装光伏电池，重新考虑问题Ｐ１。首先从连贯性。等量性．极限性这三个因素综合考虑．通过Ｍａｔｌａｂ计算得到光伏板上的辐射能，推导
出光伏电池板的最佳倾角。
Ｐ３：根据附件７的要求用机械绘图软件ＵＧ设计一个小屋．同时
采用自动跟踪式独立光伏电池．并对所建小屋进行光伏组件的优化铺设。
Ｐ４：分别计算出Ｐｌ。Ｐ２，Ｐ３铺设方案的光伏电池发电总量。经济效益及投资的回收年限。在光伏系统的经济分析中，使用动态平直供电成本作为评价该系统的供电技术经济性指标。
光伏系统经济分析使用动态平直供电成本作为评价该系统的供电技术经济性指标。该分析方法是将供电系统在整个寿命周期内发生
的各项费用全部折现．再用等额分付因子分摊到系统运行期间内的各年．然后除以系统的年发电量．得到该系统的动态平直供电成本。本系统使用的组件寿命为３５年．因此采用３５ａ作为经济分析的周期。
动态平直供电成本＝珲平均差喾薹毳器｝妻防丽，总成本折现
值＝初期投资成本＋系统的经营性运营成本＋系统的偶合成本。
核算系统寿命周期内的各项投资成本及其费用．折为现值，并将其等额分摊至系统运行期内的每一年。其中投资成本包括初期投资成
本．经常性运营成本和偶生成本。各项总计初期投资成本为：
３模型的假设
根据题意。进行如下假设：
（１）在设计光伏电池的优化铺设方案及计算光伏组件的发电量时
不考虑温度及风速的影响：
（２）逆变器安置在室内：
（３）设计中将造成电池组件功率衰竭的各种因素按１０％的损耗计算：
（４）设计中不考虑蓄电池的成本。经营性运营成本及其充放电损耗量：
（５）在实际发电量计算时不考虑ＡＭ值得影响：
（６）所有光伏组件在０。１０年效率按１００％，１０～２５年按照９０％折
１５９２５０．００元（查询相关数据得：通胀率为３％．利率为６％，按平均光电
ｔ（（燃Ｈ１－（鹄警州＝－１ｚｓｚ０３．８６
转换效率１５％计算）。
运营成本折现值：平均每年的成本５．２问题一的求解
光伏并网系统的偶生成本就是蓄电池和逆便器的更换成本．在此光伏电池的偶生成本折现值＝５２０００＊２０％＝１０４００元总成本折现值＝１５９２５０－１２１２３２０３．８６＋１０４００＝４６４４６．１４元
题中仅考虑逆变器的影响。逆变器的维护成本为初始成本的２０％。
算，２５年后按８０％折算：
※基金项目：此文为安徽工程大学大学生创新创业训练计划项目研究成果，项目编号２０１２１０３６３２０８。
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沙漠、草地、水塘，光伏板倾斜面上的辐射量一样吗？
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&我们都知道，为了获取更多的辐照量，光伏板一般倾斜放置，此时太阳辐照量由太阳直射辐照量、散射辐照量和地面反射辐照量三部分组成，地表条件不同时，地面反射辐照量也会不同。
假定地面反射是各向同性的，利用角系数的互换定律，可得到：
从公式可以看出，地面反射辐照量与地面反射率是成正比的，即反射率越大反射辐照量就越大。那么不同地表条件下的反射率是多少呢？
典型地表面的地表反射率表
通常为简化计算地面反射率 取值0.2，但如果是渔光项目，光伏电站建在鱼塘里，从上表可以看到水表面的反射率是0.69。利用安徽某地区的辐射数据进行测算，当下垫面为水面时，最佳倾角条件下总辐射量要高1.7%左右，折算到满发小时数大概将近20小时。
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solarbe2005（西北水利水电工程有限责任公司& 陕西西安& 710000）
　　摘要：世界范围内能源的需求量愈来愈大，能源的紧缺问题日益突出，传统三大主要能源煤炭、石油以及天然气的储量已经不足以支撑人类长时间的消耗，我国出现大范围的雾霾天气，对环境以及人体造成诸多损害，而大力发展绿色、无污染的寻找替代能源变得越来越迫切。
　　关键词：分布式；光伏发电；系统设计
　　一、分布式光伏发电的优点
　　太阳能转化成电能的这个技术被称作太阳能光伏发电技术。太阳能光伏发电的技术除了能够取代一些化石燃料进行发电，而且还能够避免二氧化碳等一些对身体有害的气体的排放，能够进一步的降低大气污染的状况，所以进一步的发展太阳能光伏产业已经成为了世界范围内各个国家处理经济发展和能源开发的最有效的一种方式，能够更好的协调经济发展能源开发与环境保护三者之间的关系，推动经济社会的可持续发展。现阶段西方很多经济发展水平比较高的国家，就像美国，日本等国家的光伏发电技术已经被广泛的应用在国防等领域，甚至有些国家已经把这个技术灵活的运用在了人们的日常生活之中。从根本上解决了人们用电困难等问题，保障能够持续不断的为国家公共电网提供无限的电能。最近几年的时间以来'我国在光伏行业领域的成就也非常的突出，国家政府等有关部门加大了对光伏发电技术的重视力度。有关部门也针对光伏发电的实际情况以及相关问题颁布了一些补贴性的政策，从而通过这样的方式来推动光伏产业的进一步发展，地方政府也积极的响应配合国家的政策推动光伏产业的进步。在这个过程中，一部分经济落后地区的消费者开始慢慢的接受和认可了光伏产品，越来越多的太阳能电源产品开始走进了千家万户。光伏的市场开始逐步的扩大。但是我国现阶段太阳能发电的能力和水平相当有限，与西方的一些发达国家进行比较仍然存在着非常明显的差距。主要的反应在科学水平比较低，科技含量相对来说比较少，电池的使用寿命低，生产成本和原材料成本比较高。所以到目前为止我国必须要结合自身的实际情况，加大创新力度不断的改善科学技术提高自身的能力和水平，推动我国太阳能光伏发电产业向着更加现代化的方向发展。
　　二、分布式与集中式的对比
　　2.1分布式光伏发电
　　分布式基本原则：主要基于建筑物表面，就近解决用户的用电问题，通过并网实现供电差额的补偿与外送。优点：光伏电源处于用户侧，发电供给当地负荷，视作负载，可以有效减少对电网供电的依赖，减少线路损耗。充分利用建筑物表面，可以将光伏电池同时作为建筑材料，有效减少光伏电站的占地面积。与智能电网和微电网的有效接口，运行灵活，适当条件下可以脱稿电网独立运行。缺点：配电网中的潮流方向会适时变化，逆潮流导致额外损耗，相关的保护都需要重新整定，变压器分接头需要不断变换，等问题。电压和无功调节的困难，大容量光伏的接入后功率因数的控制存在技术型难题，短路电力也将增大。需要在配电网级的能量管理系统，在大规模光伏接入的情况下进行负载的同一管理。对二次设备和通讯提供了新的要求，增加了系统的复杂性。
　　2.2集中式光伏发电
　　集中式基本原则：充分利用荒漠地区丰富和相对稳定的太阳能资源构建大型光伏电站，接入高压输电系统供给远距离负荷。
　　优点：由于选址更加灵活，光伏出力稳定性有所增加，并且充分利用太阳辐射与用电负荷的正调峰特性，起到削峰的作用。运行方式较为灵活，相对于分布式光伏可以更方便地进行无功和电压控制，参加电网频率调节也更容易实现。建设周期短，环境适应能了强，不需要水源、燃煤运输等原料保障，运行成本低，便于集中管理，受到空间的限制小，可以很容易地实现扩容。
　　缺点：需要依赖长距离输电线路送电入网，同时自身也是电网的一个较大的干扰源，输电线路的损耗、电压跌落、无功补偿等问题将会凸显。大容量的光伏电站由多台变换装置组合实现，这些设备的协同工作需要进行同一管理，目前这方面技术尚不成熟。为保证电网安全，大容量的集中式光伏接入需要有LVRT等新的功能，这一技术往往与孤岛存在冲突。
　　三、分布式光伏系统结构
　　太阳能光伏发电系统是选取光伏组件半导体材料产生的电能效应，是把太阳光通过一定的方式直接的转化为我国生活中常用的电能。它的规模各不相同，并且在发电的过程中不会产生任何形式的污染气体以及污染物质，它的性质非常的便捷，干净，而且没有任何的噪音，在使用的整个过程中都不需要对其进行修改和维护。太阳能光伏发电系统根据不同的标准被划分为两个不同的类型。一类是太阳能光伏发电独立系统，另一类是太阳能光伏发电并网系统。这篇论文仅仅是对太阳能光伏发电并网系统进行了相关的研究和论证。这篇论文所涉及到的家用太阳能光伏发电系统属于小范围的分布式光伏，所以在设计和规划的整个阶段中必须有联系到实际的情况，在实践的基础上进行创新。通常条件下应当秉持适用的要求，它具有非常强的可靠性，坚固性非常强，维修起来方便快捷，能够适用于各种不同的地理以及气候条件。
　　3.1安装地点的选择
　　家庭分布式光伏系统地点的选择通常情况下大多数的家庭都选择安装在自己家的多余的空地上，必须要考虑的问题是有效的利用面积，以及房屋能够承受的最大的应力，还要适当的考虑当地的气候变化以及地理特征。假设选择安装在自己家多余的空地上，可以考虑选择混凝土条基础做支架。除此以外，支架基础强度的规划必须要结合当地的气候来作为可靠的支撑。必须要引起重视的是，要考虑气候条件的变化造成的热胀冷缩的反应，必须要留出适当的空隙。
　　3.2家用分布光伏系统设计
　　现阶段被人们认可和接受最多的两种不同类型的太阳能电池板是单晶硅以及太阳能电池组件。我国的太阳能资源分布最密集的地区分别是青藏高原以及甘肃地区。这些地区利用丰富的太阳能资源结合当今社会高速发达的科学技术，进行研究分布光伏研究系统。使用电能的家庭能够通过系统的安装位置以及他们每一个年度使用电量的多少来选择多大规模的安装机。安装的过程中，假设安装的位置是一个没有坡度的平面位置，那么就必须要计算光伏支架倾斜的角度，南半球朝北，北半球相反，降低了出现问题的概率，极大的提高了工作效率，降低了成本。
　　设计以全年均衡冬半年最大数据为依据，在默认方位角为0&的条件下，利用软件模拟得到最佳光伏板倾角为53&。倾斜面上平均日辐射量为3.95千瓦时每平方米，计算得到的峰值日照小时数为3.95h。
　　通过对设计细节以及设计规范的研究和分析，我们能够看出光伏组件的工作效率以及在运输电量的过程中造成的电能损耗，这个系统从整体上讲可以符合大部分用户对电量的要求。另外立足于分布式发电系统的发展现状，提出了一些发展建议。
　　参考文献：
　　[1]李绍武.一种小型光伏微电网系统的设计[J].湖北民族学院学报：自然科学版，2013.
　　[2]邵小雷.分布式光伏发电系统的电气设计研究[J].山东工业技术，2016.
　　[3]任朝阳，曹自平，杨锋.分布式光伏发电检测系统的设计[J].微型机与应用，2015.
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