與建筑結(jié)合的 光伏發(fā)電 可以分為BIPV(建筑集成光伏)和BAPV(建筑附加光伏)。超大規(guī)模光伏發(fā)電(VLS- PV)是國際能源機(jī)構(gòu)(IEA)的第8 項任務(wù)(Task8),其主要研究、追蹤超大規(guī)模光伏發(fā)電的技術(shù)和信息,并開展國際間的交流與合作。
VLS- PV研究的具體內(nèi)容為10MWp以上的光伏發(fā)電系統(tǒng),一般指荒漠光伏電站。目前全世界建成的2~100MWp的荒漠電站有56 個,正在醞釀建設(shè)的荒漠電站不少于20 個。超大規(guī)模光伏電站(LS- PV)的技術(shù)特點：1.在輸電網(wǎng)(發(fā)電側(cè))并網(wǎng),電流是單方向的；沒有儲能系統(tǒng)；2.并入中壓電網(wǎng)(10kV、35kV、110kV)；3 . 不能自發(fā)自用和“凈電表計量”,只能給出“上網(wǎng)電價”；4.小于1%的自用電從電網(wǎng)取(BIPV的大部分電自用)；5 .一般功率很大,1MWp以上；6.一般都是無人值守；7.要求離負(fù)荷中心較近,就地使用；8 .一般占用荒地；9.自動跟蹤和聚光電池一般是用在荒漠電站使用；10.有氣象和運行數(shù)據(jù)自動監(jiān)測系統(tǒng)和遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)。
一、光伏發(fā)電激勵政策
1.《可再生能源法》和國家發(fā)展和改革委關(guān)于印發(fā)《可再生能源發(fā)電價格和費用分?jǐn)偣芾碓囆修k法》(實施細(xì)則),發(fā)改價格[2006]7 號。
該政策明確了3 項原則,即電網(wǎng)企業(yè)要全額收購RE 發(fā)電量；給出合理上網(wǎng)電價(合理成本加合理利潤)；不讓電網(wǎng)企業(yè)賠錢,超出常規(guī)電價部分在全國電網(wǎng)分?jǐn)偂?/p>
2. 發(fā)改能源[2007]2174 號：《可再生能源中長期發(fā)展規(guī)劃》,2007 年8 月31 日發(fā)布。
3. 國家電力監(jiān)管委員會2007 年第25 號令：《電網(wǎng)企業(yè)全額收購可再生能源電量監(jiān)管辦法》,2007 年9 月1 日生效。
4. 國務(wù)院辦公廳2007 年8 月2 日轉(zhuǎn)發(fā)：國家發(fā)改委、國家環(huán)?？偩帧㈦姳O(jiān)會、能源辦《節(jié)能發(fā)電調(diào)度辦法(試行)》(國辦發(fā)[2007]53 號)。
5. 國家發(fā)改委發(fā)布：《可再生能源電價附加收入調(diào)配暫行辦法》(發(fā)改價格[2007]44 號)。
6. 發(fā)改辦能源(2007)2898 號：《關(guān)于開展大型并網(wǎng)光伏示范電站建設(shè)有關(guān)要求的通知》,明確了大型并網(wǎng)光伏電站的上網(wǎng)電價通過招標(biāo)確定。
7. 發(fā)改能源(2008)610 號：《可再生能源發(fā)展“十一五”規(guī)劃》,2008 年3 月3日發(fā)布。
8. 財建[2009]129 號：關(guān)于印發(fā)《太陽能光電建筑應(yīng)用財政補(bǔ)助資金管理暫行辦法》的通知,2009 年3 月23 日發(fā)布。2009年補(bǔ)助標(biāo)準(zhǔn)原則上定為BIPV每峰瓦補(bǔ)貼20 元,BAPV每峰瓦補(bǔ)貼15 元。
9. 2009 年7 月21 日,金太陽工程出臺。金太陽工程的要點包括：1)財政部、科技部和國家能源局聯(lián)合發(fā)文；2) 每個省20MW(含財政部、建設(shè)部項目),全國3 年總量為500~600 MW；3)覆蓋BIPV,離網(wǎng)光伏系統(tǒng)和大型并網(wǎng)電站；4)門檻很高,要求注冊資金1 億元,項目規(guī)模不小于300千瓦,項目資本金不少于30%；5)關(guān)鍵設(shè)備必須通過國家批準(zhǔn)的認(rèn)可機(jī)構(gòu)認(rèn)證(太陽電池、逆變器、蓄電池、控制器、跟蹤系統(tǒng))；6)要滿足“電網(wǎng)接入相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和要求”；7)用戶側(cè)并網(wǎng)原則上“自發(fā)自用”,富余電量和大型電站電量給脫硫燃煤機(jī)組標(biāo)桿電價,不給特殊電價；8)鼓勵地方安排資金支持；9) 將根據(jù)技術(shù)先*進(jìn)程度和市場發(fā)展?fàn)顩r確定補(bǔ)貼上限；10) 鼓勵有條件的地方安排一定的支持資金；11) 項目申報以及由哪個部門匯總未明確。
二、并網(wǎng)系統(tǒng)的設(shè)計要點
1. 并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)的設(shè)計步驟
1)在考察的基礎(chǔ)上進(jìn)行預(yù)可行性研究(RetSchreen)；
2)方案確定和設(shè)備選型(太陽電池、逆變器、監(jiān)控設(shè)備等)；
3)工程設(shè)計,即對與建筑結(jié)合、土建施工、抗風(fēng)能力、防雷接地、電網(wǎng)接入系統(tǒng)的設(shè)計；
4)特殊設(shè)計。
2. 系統(tǒng)的預(yù)可行性研究RETScreen找軟件可以對系統(tǒng)進(jìn)行預(yù)可行性研究,該軟件所能完成的工作包括7 個方面。
1)資源評估
涉及太陽輻射數(shù)據(jù)、環(huán)境溫度、10m風(fēng)速、氣壓等方面的評估。
2)不同安裝和運行方式下的輻射量計算涉及固定安裝、不同朝向和不同傾角、單軸跟蹤、雙軸跟蹤等方面的計算。
3)設(shè)備選型和容量計算包括對太陽電池、蓄電池以及系統(tǒng)各個環(huán)節(jié)的效率、發(fā)電量的測算。
4)成本分析科研、設(shè)計、設(shè)備、土建、運輸、安裝、運行維護(hù)、周期性投資等。
5)按照標(biāo)準(zhǔn)分析溫室氣體的減排
6)財務(wù)評估
涉及貸款、贈款、利息、稅收、CDM、光伏電價測算、IRR、現(xiàn)金流、資金回收期等方面。
7)敏感性分析
涉及對影響電價或IRR 主要因素的分析。
3. 方案設(shè)計和設(shè)備選型
1)方案設(shè)計
并網(wǎng)光伏建筑的電氣方案主要有4種,即“上網(wǎng)電價”方式、“凈電表計量”方案、“凈電表計量”三相電接線方案、“金太陽工程”并網(wǎng)發(fā)電。
(1)“上網(wǎng)電價”方式“上網(wǎng)電價”方式(如圖1 所示)的特點：①電網(wǎng)公司以高電價收購PV電量；②用戶繳納常規(guī)低價電費；③PV電表接在用戶電表之前(電網(wǎng)一側(cè))。
(2)“凈電表計量”方案“凈電表計量”方案(如圖2 所示)的特點：①電力公司不用高價收購PV電量；②允許抵消用電量(自發(fā)自用)；③PV計量電表裝在用戶電表之后(負(fù)載一側(cè))。
(3)“凈電表計量”三相電接線方案“凈電表計量”三相電接線方案見圖3。
(4)“金太陽工程”并網(wǎng)發(fā)電“金太陽工程”并網(wǎng)發(fā)電(見圖4)的特點：①電力公司只與建筑業(yè)主結(jié)算；②PV開發(fā)商與建筑業(yè)主結(jié)算；③由電力公司確定并網(wǎng)點和電能計量裝置。
2)設(shè)備選型
設(shè)備選型一般涉及5 個方面的內(nèi)容：太陽電池；支架系統(tǒng)、夾具、線槽、接線箱(線路防雷)；逆變器；直流配電、交流配電、繼電保護(hù)和電能計量；數(shù)據(jù)采集和顯示以及遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)監(jiān)控。
4. 特殊設(shè)計
在光伏并網(wǎng)建筑中還有一些特殊的設(shè)計,主要包括遮擋和占地計算(太陽電池方陣間距計算)、抗風(fēng)能力設(shè)計、系統(tǒng)的防雷接地設(shè)計。
1)太陽電池方陣間距計算
計算太陽電池方陣間距(如圖5 所示),即計算當(dāng)太陽電池子陣前后安裝時的*小間距D。按照國家標(biāo)準(zhǔn)公式計算,當(dāng)光伏電站功率較大,需要前后排布太陽電池方陣,或當(dāng)太陽電池方陣附近有高大建筑物或樹木時,需要計算建筑物或樹木的陰影,以確定方陣間的距離或太陽電池方陣與建筑物的距離。一般確定原則為冬至當(dāng)天9：00~15：0 0 太陽電池方陣不應(yīng)被遮擋。
太陽高度角的計算公式：
sinα=sinφsinδ+cosφcosδcosω
太陽方位角的計算公式：
sinβ=cosδsinω/cosα
式中：
φ———為當(dāng)?shù)鼐暥龋?br />
δ———為太陽赤緯,冬至日的太陽赤緯為- 23.5°；
ω———為時角,上午9:00 的時角為45°。
D=cosβ ×L,L=H/tanα,α=arcsin(sinφsinδ+cosφcosδcosω)
2)太陽電池方陣抗風(fēng)能力設(shè)計
太陽電池方陣抗風(fēng)能力的設(shè)計(見圖6),依據(jù)GB50009- 2006 建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范、GB50017- 2003《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》?？癸L(fēng)能力設(shè)計需要計算受風(fēng)梁在受風(fēng)條件下的彎曲應(yīng)力和彎曲度；需要計算支撐臂在順風(fēng)條件下的壓曲強(qiáng)度和逆風(fēng)條件下的拉伸強(qiáng)度；需要計算受風(fēng)條件下,螺栓剪切力(折斷力)的耐受強(qiáng)度。
(1)風(fēng)壓荷載
太陽電池方陣支架結(jié)構(gòu)的設(shè)計要考慮風(fēng)壓荷載,防止因強(qiáng)風(fēng)導(dǎo)致破壞。風(fēng)壓荷載計算公式為W=Cw×Qw×Aw。式中W 為風(fēng)壓荷載(N)；Cw為風(fēng)荷載體型系數(shù)(如表1 所示)；Q 為設(shè)計用風(fēng)壓(N/m2)；Aw為受風(fēng)面積(m2)。
設(shè)計用風(fēng)壓Q 的計算公式為Q=Qo×H×I。式中Qo為基準(zhǔn)風(fēng)壓,Qo=1/2×ρ×Vo2,ρ 為空氣密度(N×s2/m4),冬季空氣密度取1.274(N×s2/m4)；Vo 為地面10m 處50年中的*大風(fēng)速(m/s),取42(m/s)。H 為高度修正系數(shù)(見表2),基準(zhǔn)高度為10m。I為環(huán)境系數(shù),在對風(fēng)無遮擋的空曠地帶,I 為1.15；在對風(fēng)有少量遮擋的地帶,I 為0.9；在對風(fēng)有較大遮擋的地帶,I 為0.7。
(2)受風(fēng)梁彎曲強(qiáng)度和彎曲度的計算彎曲力矩M=WL2/8(N?m),式中W為單位長度的風(fēng)壓(N/m),L為跨距長度(m)。
彎曲應(yīng)力P=M/Z(N/cm2),式中Z 為角鋼的截面系數(shù)。
彎曲度A=(5Wt×L3)/(384×E×Im)(cm),式中Wt 為受風(fēng)梁上的總風(fēng)壓(N),L 為跨距長度(m),E 為材料的縱向彈性系數(shù)(N/cm2), Im 為橫截面二次力矩(cm4)。
(3)支撐臂的壓曲荷載(順風(fēng)時)可以用歐拉公式計算支架所能承受的壓曲荷載為Pk=n×π2×(E×Im)/L2(N)。
式中n 為由支撐條件決定的系數(shù),緊密無松動為1；E 為材料的縱向彈性系數(shù)(N/cm2)；
Im 為截面軸向二次力矩(cm4)；L 為軸長(cm)；總荷重(W+G)/2 應(yīng)小于Pk。
(4)支撐臂的拉伸強(qiáng)度(逆風(fēng)時)
拉伸張力B(N/cm2)=W/A。式中W為每根支撐梁所承受的風(fēng)壓(N)；A 為支撐臂的截面積(cm2)。
(5)安裝螺栓的強(qiáng)度(逆風(fēng)時)雖然有4 只螺栓,但受力*大的是后面2 根。所以螺栓*大折斷力τ=1/2×W/A(N/cm2)。式中W 為總的逆向風(fēng)壓(N)；A為螺栓截面積(cm2)。
(6)BAPV的安裝方式
BAPV的安裝方式分為生根和不生根2種方式(如圖7 所示),不生根方陣水泥墩重量計算(見圖8)包括5 個方面的內(nèi)容：①支點在方陣南側(cè)底部；②計算風(fēng)荷載的傾覆力矩(動力距)；③計算前后水泥墩的重力矩之合(阻力矩)；④計算合力的作用點；⑤要求合力的作用點落在地基中央2/3以內(nèi)。
(7)設(shè)備的防雷和接地
在做與建筑結(jié)合的光伏系統(tǒng)防雷接地時,依據(jù)《建筑物防雷設(shè)計規(guī)范GB50057- 94》。建筑物分為3 個等級,一類建筑：儲存爆炸物、易燃物和其它易受雷擊易造成巨大損失的建筑；二類建筑：重要的政府機(jī)構(gòu)、博物館、檔案館、計算中心、通信中心等；三類建筑：一般公共建筑、辦公建筑、民居等。
建筑物的防雷和接地已經(jīng)有標(biāo)準(zhǔn),也很完善。因此,在建筑物上安裝的光伏系統(tǒng)一般不單獨安裝避雷裝置。GB50057- 94中規(guī)定突出屋面的金屬物體可不裝接閃器,但應(yīng)與屋面防雷裝置相連；需要保護(hù)突出屋面的非金屬物體則需要裝接閃器。
三、相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)
完善的標(biāo)準(zhǔn)、檢測和認(rèn)證體系是規(guī)范市場、保證產(chǎn)品質(zhì)量、市場健康有序發(fā)展的前提。
目前我國的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)落后于市場發(fā)展,質(zhì)量監(jiān)管部門須抓緊落實國家標(biāo)準(zhǔn)的制定；在沒有國家標(biāo)準(zhǔn)時,可以先行出臺“認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)”,以后再升級到國家標(biāo)準(zhǔn)(有一些可以參考國際標(biāo)準(zhǔn),有一些要制定)。技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)該是“自下而上”的,應(yīng)遵循企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)———行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)———國家標(biāo)準(zhǔn)———國際標(biāo)準(zhǔn)。建議企業(yè)發(fā)揮作用,從企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)做起,促進(jìn)國家標(biāo)準(zhǔn)的制定。政府應(yīng)預(yù)留部分經(jīng)費用于加強(qiáng)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè),包括對已有實驗室(檢測設(shè)備、檢測能力)、公共測試平臺、培訓(xùn)機(jī)構(gòu)和培訓(xùn)體系等建設(shè)。
來源：高工在線
