[科普中國(guó)]-威海市民文化中心光伏發(fā)電系統(tǒng)

簡(jiǎn)介威海市民文化中心工程總建筑面積耐地上四層, 地下一層, 主體高錐體高南北長(zhǎng)東西長(zhǎng)南側(cè)、北側(cè)包括婦女兒童活動(dòng)中心、藝術(shù)館、博物館等多個(gè)部分。屋頂中部安裝非晶硅光伏發(fā)電系統(tǒng)屋頂四角和中間為最高點(diǎn)向落水口處降低形成雙曲屋面。

整個(gè)屋頂面積周邊采用相近顏色玻璃保證屋頂波浪效果的連續(xù)性。光伏玻璃組件采用四邊形擬合曲面既滿足發(fā)電功能不受影響, 也確保建筑性能不變。屋頂光伏系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和應(yīng)用無(wú)論從外觀還是從功能上都是該建筑的畫(huà)龍點(diǎn)睛之筆。波浪形的雙曲屋面是整個(gè)建筑的建筑特色, 也是外維護(hù)結(jié)構(gòu)的難點(diǎn)和重點(diǎn)之處。屋頂整個(gè)中部安裝的非晶硅光伏系統(tǒng)直流總功率由塊非晶硅組件組成1。

陰影分析由于光伏屋頂并不是整個(gè)建筑的最高點(diǎn)玻璃錐體部分有可能會(huì)對(duì)光伏區(qū)域造成遮擋, 因此必須通過(guò)整體的建模對(duì)光伏屋頂進(jìn)行環(huán)境模擬分析。只有通過(guò)正確的電池板布置方式能盡量消除陰影遮擋對(duì)整個(gè)光伏系統(tǒng)造成的影響。其次分析受遮擋區(qū)域的遮擋程度按電池遮擋程度不同和朝向不同劃區(qū)域設(shè)計(jì)組件并串聯(lián)盡可能確保電流、電壓的穩(wěn)定輸出。

材料選擇為了滿足建筑師對(duì)屋面有如海浪一樣與大海藍(lán)天和諧呼應(yīng)的要求該項(xiàng)目采用了非晶硅薄膜電池。當(dāng)非晶硅薄膜電池作為一種建筑材料被用于屋頂?shù)臅r(shí)候它便由一種電氣產(chǎn)品變成了一種建筑結(jié)構(gòu)構(gòu)件安全性能成為必須滿足的必檢項(xiàng)。

非晶硅薄膜電池基片為玻璃即附有透明導(dǎo)電氧化物薄膜的玻璃標(biāo)準(zhǔn)的非晶硅薄膜電池在結(jié)構(gòu)上其實(shí)就是, 浮法玻璃鋼化夾膠玻璃。根據(jù)一《玻璃幕墻工程技術(shù)規(guī)范》規(guī)定

夾層玻璃的單片厚度不宜小于5mm。

因此, 無(wú)論從結(jié)構(gòu)計(jì)算還是規(guī)范的構(gòu)造要求上講, 這種組合的電池均不能滿足建筑結(jié)構(gòu)要求。同時(shí)為了配合屋頂主體鋼結(jié)構(gòu)的建筑模數(shù), 并滿足建筑采光美觀要求, 我們?cè)诮M件設(shè)計(jì)上選擇了用二次層壓的方法將片電池組合成的均非晶硅光伏組件。在合成的過(guò)程中將片電池串聯(lián)成一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)功率為、僅有一個(gè)出線盒的標(biāo)準(zhǔn)組件單元。

系統(tǒng)防雷設(shè)計(jì)太陽(yáng)能電池陣列安裝在屋頂當(dāng)雷電發(fā)生時(shí)太陽(yáng)電池方陣會(huì)受到雷擊的侵入。系統(tǒng)具有的防雷措施為太陽(yáng)能電池直流側(cè)采用防雷電涌保護(hù)器起到防雷擊保護(hù)作用太陽(yáng)能電池板安裝框架和支架與建筑物防雷接地系統(tǒng)進(jìn)行可靠連接對(duì)所有線槽金屬外殼進(jìn)行可靠接地處理以削減雷電波侵入的幅值《引在屋面采用必鍍鋅鋼筋形成網(wǎng)格在每間距左右設(shè)一根導(dǎo)電通路, 導(dǎo)線下端與鋁主梁接通。

支撐系統(tǒng)設(shè)計(jì)1.調(diào)節(jié)系統(tǒng)

在主次支撐結(jié)構(gòu)梁上按設(shè)計(jì)需要安裝可升降調(diào)節(jié)桿, 將四角處調(diào)節(jié)桿調(diào)節(jié)到該部位曲面所需要的那一個(gè)平面再根據(jù)所需高差調(diào)節(jié)其它調(diào)節(jié)桿。放置非晶硅光電板于調(diào)節(jié)桿上方, 將帶有杠桿功能的玻璃壓塊滑至螺釘孔處緊固螺栓。玻璃安裝完成后保證了原設(shè)計(jì)效果。

2.龍骨支撐系統(tǒng)

主梁通過(guò)可調(diào)節(jié)連接件與主體鋼結(jié)構(gòu)連接, 保證采光頂安裝精確性。主梁間留有不小于巧間隙可調(diào)節(jié)隨溫度變化引起的伸縮。主梁與主體鋼結(jié)構(gòu)之間用螺栓連接三維可調(diào)主梁接頭采用插接式次梁與主梁之間用螺釘或螺栓連接。這樣采光頂形成單獨(dú)的鉸支結(jié)構(gòu)體系使采光頂本身具備吸收和消化變形的能力具有施工方便、受力合理,并能與主體結(jié)構(gòu)協(xié)調(diào)一致的抵抗外部突發(fā)作用2。

光伏區(qū)域劃分設(shè)計(jì)威海市民文化中心光伏屋頂投影面積時(shí)除去邊部異形光伏組件, 光伏發(fā)電面積, 塊光伏組件依據(jù)安裝位置和傾斜角度劃分為個(gè)光伏區(qū)域。區(qū)域劃分須遵循條原則《同一區(qū)域光伏組件受光照情況盡量一致《每個(gè)區(qū)域?qū)?yīng)一處集線點(diǎn), 集線點(diǎn)位置應(yīng)能使多數(shù)組件到達(dá)集線箱距離短, 最節(jié)省光伏電纜用量一般集線點(diǎn)在區(qū)域的中心位置為最佳綜合考慮直流集線箱的安裝條件和主線槽的鋪設(shè)路徑。

屋面的曲形結(jié)構(gòu)使得不同區(qū)域的光伏組件受光照條件不一致由東向西、由南向北、由西向東、由北向南傾斜的板塊在同一時(shí)間接受太陽(yáng)的差異比較大若選用集中式大型逆變器雖然能節(jié)省工程造價(jià)但因組串的失配會(huì)致使逆變器和組件效率大大降低, 嚴(yán)重影響發(fā)電量并縮短光伏組件壽命。因此, 本工程設(shè)計(jì)選用多個(gè)小型并網(wǎng)逆變器, 每個(gè)逆變器對(duì)應(yīng)一個(gè)光照一致的光伏區(qū)域, 既能保證組件最大功率點(diǎn)一致又能保證逆變器最大功率點(diǎn)跟蹤跟蹤的精確度, 實(shí)現(xiàn)逆變器和組件的最大轉(zhuǎn)換效率達(dá)到性能最優(yōu)、發(fā)電最大。

并網(wǎng)設(shè)計(jì)逆功率檢測(cè)保護(hù)控制器是用來(lái)檢測(cè)太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)并網(wǎng)點(diǎn)所連的變壓器低壓側(cè)總出線的總輸出功率根據(jù)檢測(cè)到的功率大小輸出相應(yīng)信號(hào)控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)作。逆功率檢測(cè)保護(hù)控制器對(duì)低壓側(cè)總輸出進(jìn)行閉環(huán)檢測(cè), 根據(jù)檢測(cè)總輸出功率的大小輸出相應(yīng)信號(hào)控制光伏發(fā)電系統(tǒng)個(gè)回路投入并網(wǎng)運(yùn)行或切斷并網(wǎng)。

當(dāng)檢測(cè)到變壓器二次側(cè)低壓母線總負(fù)載消耗小于光伏發(fā)電系統(tǒng)時(shí)控制器將逐個(gè)切斷光伏回路直到光伏發(fā)電功率小于負(fù)載消耗功率當(dāng)逆功率檢測(cè)保護(hù)控制器檢測(cè)到逆向倒送電時(shí)控制將所有的光伏發(fā)電系統(tǒng)回路切斷, 停止光伏發(fā)電系統(tǒng)并網(wǎng), 不向外部電網(wǎng)反送電能。

總結(jié)威海市民文化中心275kw光伏屋頂項(xiàng)目, 采用的非晶硅薄膜電池可以真實(shí)得像鍍膜玻璃一樣與建筑完美結(jié)合。它不僅為建筑提供電力, 還為社會(huì)創(chuàng)造能源、減少排放。這項(xiàng)工程技術(shù)具有高性能、高質(zhì)能滿足建筑幕墻、屋頂?shù)葓?chǎng)合使用填補(bǔ)了我國(guó)空白, 達(dá)到了國(guó)際先進(jìn)水平3。