2021-4-9 | 光伏技术论文
利用建筑物的平屋面，安装太阳能电池板，光伏发电系统正在逐步成为建筑物供电系统的重要组成。甘肃海外工程总公司负责设计施工总承包的安哥拉罗安达市海滨别墅项目，在建筑物屋顶平屋面设计安装了一套太阳能光伏发电系统，为别墅弱电系统提供电源。
1特点
有效地利用了建筑物的平屋面，安装太阳能电池板，该技术具有安装快速、施工机具简单、仪器仪表配置少等优点。
2适用范围
适用于公共、民用建筑屋顶、阳台等平台，与建筑物相结合，满足安装、清洁、维护和局部更换的要求。
3工艺原理
系统采用离网太阳能光伏发电系统供电、柴油发电机组、市电备用方式。其工作原理是利用光伏电池板为发电部件，将太阳辐射能源转换成电能。太阳能组件在太阳光照下，电池吸收光能，电池两端产生电动势，将光能转换成电能。控制器再对所发的电能进行调节和控制，一方面，把调整后的能量送往直流负载或交流负载，另一方面，把多余的能量送往蓄电池储存，同时控制蓄电池充满后不被过充。当所发的电能不能满足负载时，控制器又把蓄电池的电能送往负载。蓄电池所储存的电能接近放完时，为保护蓄电池，控制器控制蓄电池不被过放电。逆变器负责将直流电转换成交流电，供交流负载使用。正常情况下，系统采用光伏发电系统供电，遇长时间阴雨天气，蓄电池不足以支持设备运行，系统切换为柴油发电机组供电和蓄电池充电，特别情况当柴油发电机组出现故障时，切换为市电为系统供电和蓄电池充电，以保障设备正常运行。光伏发电系统框图如图1所示。
4工艺流程及操作要点（见图2）
4.1安装场地现场查勘
海滨别墅园区都为多层建筑，建筑物间距布置合理，每栋建筑均获得了良好的采光。
4.2气象资料搜集
当地位于热带地区，地势较高，日照特别充足，是一个光照条件十分好的城市。
4.3日照结果分析
根据太阳能平均辐射指标为5.35kWh/m2/d，在海滨别墅项目中设计安装了光伏发电系统。为弱电系统及弱电机房照明供电。
4.4太阳能电池阵列的发电量计算
太阳能光伏发电系统设计功率计算方法：为了使太阳能发电系统能为负荷提供足够的电源，要根据用电器的功率，合理选择部件，由弱电设备功率表算出弱电设备功率约1800W，考虑开关电源效率及损耗，总负载为2100W。本工程负载电压为220V，功率为2100W，每天工作24h，最长连续阴雨天为1.4d，两个最长连续阴雨天之间的最短间隔天数为2d，选用太阳能电池采用组件标准功率为175W，工作电压35V，工作电流5A，蓄电池采用铅酸免维护蓄电池，浮充电压为2V。其水平面的年平均日辐射量为5350（Wh/m2），可计算出太阳能电池方阵功率及蓄电池容量。经计算该工程需太阳能电池方阵功率为9450W，蓄电池容量为500Ah。系统一共配置太阳能电池板54块，设计7个太阳能方阵安装于设备用房屋顶。
4.5选取太阳电池方阵的方位角与倾斜角
为了有效地利用太阳能，如何选取太阳电池方阵的方位角与倾斜角非常重要。1）方位角太阳电池方阵的方位角是方阵的垂直面与正北方向的夹角（南半球）。方阵朝向正北（即方阵垂直面与正北的夹角为0°）时，太阳电池发电量是最大的。要将方位角调整到在一天中负荷的峰值时刻与发电峰值时刻一致时，则方位角＝（一天中负荷的峰值时刻（24小时制）－12）×15＋（经度－116）＝（19－12）×15＋（11－116）≈02）倾斜角倾斜角是太阳电池方阵平面与水平地面的夹角，此夹角是方阵一年中发电量为最大时的最佳倾斜角度。一年中的最佳倾斜角与当地的地理纬度有关。和方位角一样，在设计中也要考虑到屋顶的倾斜角及积雪滑落的倾斜角（斜率大于50%～60%）等方面的限制条件。安哥拉首都罗安达位于非洲西海岸，南纬5～18度，东经11～24度，地处热带地区，利用地区纬度选择方阵倾角。一年中的最佳倾斜角可以参考当地纬度选择太阳没能方阵的最佳倾斜角为10°（屋顶太阳能效果图见图3）。
4.6设备选择
由总负载为2100W计算得出蓄电池容量500AH，采用220V系统，太阳能方阵六路，每路最大电流5A。保证蓄电池充满电负载完全由蓄电池供电能供约31h，即能连续工作一个阴雨天。主要设备配置有：太阳能电池、控制器、蓄电池、逆变器。主要技术参数如表1所示。
4.7支架荷载计算
按规范要求对作用于组件同一方向上的各种荷载应作最不利组合。查资料可知：8级风的的风速为：17.2－20.7m/s对应的基本风压为：wp=V*V/1600（V为风速）V取最大值为：20.7m/swp=V*V/1600=0.2678kN/m2由于支架系统基座水泥墩与承重梁连为一体，且水泥墩和系统支架自重已达1.87kN/m2，总重量已远远大于水平风压，因此该太阳能发电系统重量可满足抗风及抗拔力要求。
4.8基座施工
1）按照太阳能基座的尺寸要求进行轴线定位放线；2）设置200mm×200mm的钢筋混凝土基础连梁（见图4），连梁设4根Φ16竖向拉筋通长配置，与相应位置女儿墙上预埋的钢筋绑扎连接，箍筋φ6@200；绑扎钢筋前，将基础连梁位置处的屋面保护层混凝土进行凿毛处理，目的是为了保证二次浇筑的连梁混凝土和屋面保护层混凝土粘接牢固，但须注意避免破坏屋面防水层。两个方阵基础间隔2200mm，保证各个方阵光照充足。方阵到女儿墙边456mm，便于维护清洁组件。3）由于在屋面的面层上进行基础连梁的施工，必须考虑屋面的坡向和排水问题，施工时在连梁底部每隔1m留置排水洞（见图5）。具体做法是将100mm的PVC管材截成与基础梁同宽的筒体后，然后沿中心线方向一分为二，将这样类似拱形的片材按照每隔1m的要求放在梁底；浇筑完混凝土拆模后就会看到拱形的排水洞。检查每一个排水洞是否畅通，如有垃圾等必须清理干净，保证屋面有雨水时流淌通畅。4）在浇筑混凝土前应对其平面位置、外形尺寸进行复核，浇筑过程中注意控制其表面标高和平整度，验收标准如下：轴线位置偏差≤8mm；外形尺寸偏差≤±20mm；相邻两道梁上表面标高偏差控制在0～+10mm；平面水平度每米偏差≤5mm，全长偏差≤10mm。5）基础连梁拆模后，要及时进行养护，保证混凝土的强度达到C25级。待太阳能支座安装固定完毕后，对基础连梁进行抹灰饰面，将太阳能支座及其铁件等包裹在抹灰层内，不使其外露，做到整洁、美观，符合抹灰工程的施工质量要求。