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光伏发电系统在公共建筑中的设计分析

放大字体  缩小字体 发布日期:2015-04-29  来源:《电气&智能建筑》  作者:叶云山
  目前,我国还处于建设发展时期,每年建成的房屋面积高达16亿至20亿平方米,超过所有发达国家年建成建筑面积的总和,而97%以上是高能耗建筑。与此同时,能耗的总量逐年上升,在能源总消费量中所占的比例已从二十世纪七十年代末的10%,上升到近年的27.45%.而作为经济较为发达的江苏省,近年来的新建建筑面积增长比例也远超东部同等发展水平的几个省份。出于对党和政府对降低建筑能耗的重视,江苏省《公共建筑节能设计标准》DGJ32/J 96—2010国内首次在公共建筑中提出可再生能源利用的强制技术设计要求:根据当地气候和自然资源条件,应充分利用太阳能、地热能等可再生能源。甲类建筑应设置可再生能源利用系统,可在下列装置中任选一项或多项。
 
  (1)太阳能热水系统。
  (2)地源热泵空调系统。
  (3)太阳能光伏发电系统或光诱导系统
 
  本文以太阳能光伏发电系统在吴江区某商服楼作为公共建筑内的设计为案例,简单分析可再生能源在电气设计中的实践应用。
 
  1 工程概况及设计依据
 
  吴江某商服楼工程位于吴江区人民路以南,总建筑面积约为80489m2.工程为地下一层,为汽车库及设备用房,按一类汽车库设计。地上共分为塔楼及裙房两部分,其中塔楼地上一共21层,裙房部分地上4层。 
 
  根据江苏省《公共建筑节能设计标准》DGJ32/J 96—2010对于公共建筑的分类管理,对于甲类建筑的定义为:单幢建筑面积大于等于20000m2,且全面设置中央空气调节系统的公共建筑或单幢建筑面积小于20000m2,大于等于5000m2,且全面设置中央空气调节系统的重要公共建筑;甲类建筑必须达到65%节能设计目标。商服楼工程相应的应该设置可再生能源利用系统,在太阳能热水系统、地源热泵空调系统和太阳能光伏发电系统或光诱导系统三者之中选择一项。
 
  通过与建设单位的沟通,地源热泵空调系统由于使用方并无此需求,不予考虑;太阳能热水系统由于商服楼的使用性质以办公为主,热水的日常用量较小,达不到甲类建筑的最小用量比例,如设置热水系统相当不经济。综合分析之后,方案决定此项目采用太阳能光伏发电系统。
 
  2 可行性分析
 
  根据项目所在地的地理位置、气候条件及太阳辐射量进行分析。
  (1)项目实施地地理位置
  项目实施地位于苏州吴江区,处于:东经120°38′,北纬31°25′.根据建筑热工设计分区,苏州属于夏热冬冷地区。
  (2)项目实施地气候条件
  项目实施地位于苏州市吴江区,全年日照充足,年平均温度15.8℃,相对湿度为76%,降雨量约为1076.2mm,无霜期较长,达230天。
  (3)项目实施地太阳辐射量
  经专业软件计算及相关资料查询核实,苏州地区年平均太阳总辐射量7911MJ/m2a;年平均晴天数为300天/年,具备太阳能电站建设的气候条件。
  苏州地区水平面及32°斜面上各月太阳辐射量变化情况如表1、表2所示。
  经以下表格数据得出结论为,项目实施地年平均日光照时间约3.5小时,符合太阳能光伏发电作为可再生能源利用的参数要求。
11-001

11-002
 
  3 光伏发电系统设计
 
  (1)系统容量
 
  参照规范要求,当甲类建筑仅采用太阳能光伏电池和光诱导系统作为可再生能源利用装置时,其太阳能光伏发电系统和光诱导系统的总功率应不低于建筑物总变压器装机容量的0.2%,其中太阳能光伏发电系统的设置应符合相关规范的要求。
 
  经过对商服楼的资料收集汇总进行负荷计算,为该项目配套设计四台1600kVA的SCB10型变压器,总计装机容量为6400kVA.按此容量计算出商服楼工程需要设置不小于6400×0.2%=12.8kVA的光伏发电系统。经过对光伏组件的选型与计算,采用54块每块240W容量的太阳能组件进行系统组合,共计12.96KW.
 
  (2)系统组成
 
  区别于国家投资的户外大型光伏发电站以发电售电为目的,设置在公共建筑内的小型光伏发电系统的目的仅在于再生能源的充分利用,故建设单位对于此类小型系统的要求大抵可以归纳为:投资最小化,转换效率高,后期维护少。因此,电气设计对于光伏发电系统在建筑内的应用在满足需求的同时也应力求系统结构简单。项目充分考虑各项因素,为商服楼工程设计了一套并网非蓄能式的发电系统,直接将所发电能并入内部电网,供照明和办公室使用。
 
  系统组成的简化图如图1所示。
11-003
 
  该太阳能并网系统主要由太阳电池板(组件)、控制器、并网逆变器、汇流箱、电缆线等,主要由电子元器件构成,不涉及机械部件,可靠稳定寿命长、安装维护简便。电能经逆变器、交流配电柜后接入大楼塔楼的竖向母线,实现能源有效利用。同时,对光伏系统设备在工程中防雷电波侵入,供电部门要求的防倒送电等设备均集成在控制检测系统内。
 
  (3)组件布局
 
  根据建筑专业要求,充分考虑与建筑本身及周边环境的协调和美观太阳能电池组件贴南面屋面敷设。电池方阵布置方案如下: 
  1)建筑屋顶层的面积约为100m2,电池组件贴屋面敷设,方阵方位角为朝南,方向5°,倾角约为30°.
  2)电池板尺寸规格为1650×992×45mm,单块重量为25kg,选用电池组件54块,电池板每块纯重1350kg.
  太阳能组件在屋面布置图(阴影填充区域)如图2所示。
11-004
 
  (4)系统发电量
 
  根据苏州地区太阳能辐射情况,经计算该系统每天可以发电:37度。这些电还可供办公和照明使用。
 
  4 总结
 
  文章结合苏州市吴江区某具体公共建筑,对太阳能光伏发电系统在电气设计中的实践应用进行分析,为工程设计中不同的建筑类型,不同的建设需求提供可参考的实际案例。
 
  参考文献
  1 《公共建筑节能设计标准》(DGJ32/J 96)2010版
  2 《公共建筑节能设计标准》(GB50189)
  3 《全国民用建筑工程设计技术措施》(2009年版)
 
 
 
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