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1、 太阳能光伏发电1.1 太阳能电池发电原理太阳能电池是利用光伏效应将太阳能直接转换成电能的装置。当N型和P型两种不同型号的半导体材料接触后，由于扩散和漂移作用，在界面处形成由P型指向N型的内建电场。太阳能电池吸收一定能量的光子后，半导体内部产生电子空穴对，电子带负电，空穴带正电。在P-N结内建电场的作用下，电子和空穴被别离，产生定向运动，并被太阳能电池的正、负极收集，在外电路中产生电流，从而获得电能。1.2 太阳能系统特点简单方便、平安可靠、无噪音、无空气污染、不破坏生态、能量随处可得、无需消耗燃料、无机械转动部件、维护简便、使用寿命长、建设周期短、规模大小随意、可以无人值守、也无需架设输电线
2、路。系统中的太阳能电池组件，使用寿命长具备良好的耐候性，防风，防雹。有效抵御湿气和盐雾腐蚀，不受地理环境影响。具有稳定的光电转换效率，且转换效率高。并保障系统在恶劣的自然环境中能够长期可靠运行。太阳能组件方阵支架都有一定的倾斜角度，该角度和方阵所处的地理纬度和位置有关。1.3 并网太阳能系统发电方式太阳能组件通过适宜的串并联，满足并网逆变器要求的直流输入电压和电流。每块组件接线盒都配有旁路二极管，防止“热斑效应，将组件由于局部被遮荫或电池片故障而导致的失效对系统效率的危害降到最低。同时，太阳能方阵的直流汇流箱内设置防反二极管，以防止各并联组件串之间形成回路，造成能源浪费和缩减组件的寿命。并网逆
3、变器采用双环控制系统，实时检测电网状态，取得电网电压、电流、频率、相位等关键变量，通过计算分析，使输出电力与电网同步运行。且在运行期间，并网逆变器按工频周期检测电网状态，一旦电网异常如突然停电，压降幅度超标，并网逆变器立即触发内部电子开关，实现瞬时与电网断开。同时，并网逆变器不断检测电网状态，一旦其恢复正常并通过并网逆变器的计算分析，并网逆变器将重新并网。总之，作为并网系统的控制核心和直流变交流的枢纽，并网逆变器高度的自动化和精密的检测控制功能从根本上保证了系统并网的平安性和可靠性。太阳能组件边框及其支撑结构均与建筑现有的接地系统连接，并网逆变器开关柜等设备外壳接地，防止直击雷及触电危险。另外
4、，直流和交流回路中均设有防雷模块，防止感应雷击波伤害。系统配有完善的通讯监控系统，全面检测环境和系统的状态，将光照强度、环境温度、太阳能板温度、风速等环境变量和系统的电压、电流、相位、功率因数、频率、发电量等系统变量通过RS485 或以太网或GPRS 传输直控制中心，实现远程监控；同时如将同一地区多个并网电站的信息传输直同一控制中心，可方便区域的电网调度管理。并网系统可作为一种补充性能源，而不能作为后备或主要电力；这是因为其发电量相对安装场所的用电量而言，一般比重不超过20%，而且由于其“孤岛保护功能，即电网停电时，并网逆变器要与电网断开，以防止太阳能系统所发电力在电网停电检修时引发平安事故。
5、切忌不可按照并网系统的发电量而将并网系统与特定的负载挂钩，即将并网系统与特定负载实现一对一供电和用电。这是因为并网系统的发电量依赖于系统的装机容量和天气条件主要是光照和气温，其有效输出不是恒定的而是随机波动的；另一方面，负载的耗电量也会随负载特性功耗的大小变化，如待机和工作时功耗明显不同、负载投入使用的频次、使用时间而随机变化，因此如将并网系统和特定负载挂钩，将很难在不同时点上实现供需平衡。理想的做法是将并网系统的输出直接连接在当地供电母排上，实现系统即发即用，就近使用，缺乏局部可从电网索取补充。2. 设计说明和依据2.1 设计说明严格按照相关工程技术说明书规定组织设计，以说明书中所述标准、规
6、定和标准为根本，同时考虑国内、国外标准要求。除非另作说明，所有相关标准均为现行标准。当设计与技术说明书中规定之标准出现差异或矛盾时，采用较为严格的标准。个别局部在允许的范围内，即经相关政府部门审定及认可后，采纳本地类似标准或标准。2.2 系统设计原那么工程设计在遵循技术先进、科学合理、平安可靠、经济实用的指导思想和设计原那么下，着重考虑以下设计原那么：1先进性原那么随着太阳能技术的开展，太阳能电源设计必须考虑先进性，使系统在一定的时期内保持技术领先性，以保证系统具有较长的生命周期。2 平安可靠原那么针对本工程的特点，选用的结构应充分考虑了风荷载、温度应力和地震作用对幕墙的影响，设计平安系数保证
7、满足国家规定及本工程的要求。3 结构轻巧而稳定原那么结构稳定可以保证结构的平安，同时也会产生一种结构稳定所特有的美感，失稳的结构会给人带来危机感，造成人的紧张，使人很不愉快。但过于保守、粗放的设计那么又显得笨拙、累赘，缺乏灵气，也会使人不愉快。4环保节能原那么光伏太阳能电池发电不会排放二氧化碳或产生对温室效应有害的气体，也无噪音，是一种净能源，与环境有很好的相容性。5 可拆卸更换、维修方便原那么当太阳能屋顶的某个局部受损、更新时，组件板块能否灵活方便地进行拆卸更换，直接关系到系统的功能是否能得到保持，结构能否受到影响等因素，因此在结构设计时要求必须可更换、并且要很方便，且不能影响发电系统正常使
8、用。6 经济性原那么在以上原那么得到充分保证的根底上，要充分考虑经济实用性、效益性，提高发电系统的经济与实用价值。保证资金投向合理，在确保满足国家标准的根底上，合理地使用材料至关重要，只有巧妙地、合理地发挥各种材料的特性，才能产生极佳的经济效益。3. 系统方阵布置及结构设计方案3.1 自然条件3设计根本地震加速度值为0.20g。3.2 抗震设防1根据?中国地震烈度区划图?北京市根本烈度8度。2根据周边已建工程的地质勘察情况，本工程所在区域地貌单一，地层岩性均一且层位稳定，对根底无任何不良影响，适于一般性工业及民用建筑。3抗震设施方案的选择原那么及要求建筑的平、立面布置宜规划对称、建筑的质量分布
9、和刚度变化均匀，楼层不宜错层，建筑的抗震缝按建筑结构的实际需要设置，结构设计中根据地基土质和结构特点采取抗震措施，增加上部结构及根底的整体刚度，改善其抗震性能，提高整个结构的抗震性。3.3 荷载确定原那么在作用于光伏组件上的各种荷载中，主要有风、雪荷载、地震作用、结构自重和由环境温度变化引起的作用效应等等，其中风荷载引起的效应最大。在节点设计中通过预留一定的间隙，消除了由各种构件和饰面材料热胀冷缩引起的作用效应。在进行构件、连接件和预埋件承载力计算时，必须考虑各种荷载和作用效应的分项系数，即采用其设计值。风荷载根据标准，作用于倾斜组件外表上的风荷载标准值，按以下公式(1.1)计算：Wk= gz
10、 .s.z.W0 (1.1)式中: Wk 风荷载标准值( kN /m2 )； gz 高度z 处的阵风系数；标高20 米位置取值1.69. s风荷载体型系数， 按?建筑结构荷载标准?GB50009-2001 取值。取值为1.3。 z风压高度变化系数；取值1.25. Wo 根本风压( kN /m2 )。北京地区根本风压取值0.45KN/M2,按标准要求，进行构件、连接件和锚固件承载力计算时，风荷载分项系数应取w = 1.4，即风荷载设计值为：w = w .wk = 1.4wk (1.2)该工程取值为1.73 kN /m2雪荷载屋面水平投影面上的雪荷载标准值，应下式2.1计算：Sk = r So 2
11、.1式中， Sk 雪荷载标准值kN / m2； r 屋面积雪分布系数；根据标准取值0.6； 根本雪压So kN / m2；依北京地区50 年一遇最大雪荷载查标准取值0.4 kN / m2； 那么该工程最大雪荷载参考值为0.24 kN / m2 .结构自重 m2m2m2 ，因其预埋在承重梁上，完全可以到达载荷的要求，在楼面荷载中不做详述荷载组合按标准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。太阳能支架系统倾斜平面上的组件，其平面外的荷载最不利荷载组合风载、雪载、结构自重合计为：0.61.73+0.24+0.32=1.6 kN/m2，满足本建筑物楼顶对载荷的要求。采光顶太阳能组件综合载荷
12、为 0.7 kN/m2 亦满足楼顶对载荷的要求。抗风及抗拔力考虑，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1.87 kN/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。3.4 非晶硅透光薄膜电池组件采光顶BIPV结构和安装设计3.4.1 非晶硅透光薄膜电池组件采光顶倾角设计依据：方阵安装倾角的最正确选择取决于诸多因素，如：地理位置、全年太阳辐射分布、直接辐射与散射辐射比例、负载供电要求和特定的场地条件，组件特性等。3.4.2 非晶硅透光薄膜电池组件采光顶安装设计依据：该幕墙天窗局部设计完全遵循并满足以下标准。?建筑幕墙? GB/T 2
13、1086-2007?多、高层民用建筑钢结构节点构造详图?01SG519?玻璃幕墙工程技术标准? JGJ1022003?建筑玻璃应用技术规程? JGJ1132003?建筑设计防火标准? GB50016-2006?建筑结构荷载标准? GB50009-2001 (2006 年版)?建筑抗震设计标准? GB50011-2001(2021 版)安装方式：为了满足太阳能采光顶幕墙的室内外整体观感，及采光顶幕墙的平安性，更为了太阳能高效能供电的使用，根据混凝土平面施工图，设计钢结构隐框采光顶玻璃幕墙，洞口采用方钢制作成衍架，衍架与衍架之间采用方钢连接，结构外表喷涂外理。采用夹胶中空太阳能玻璃内加铝副框与方钢
14、栓接，太阳能电源线隐埋在胶缝中间。采光顶结构幕墙抗震8级。3.5 多晶硅电池组件固定式支架BIPV 结构和安装设计3.5.1 多晶硅电池组件固定式支架倾角设计依据：方阵安装倾角的最正确选择取决于诸多因素，如：地理位置、全年太阳辐射分布、直接辐射与散射辐射比例、负载供电要求和特定的场地条件等。与独立光伏发电系统需要照顾冬天发电量不同，并网光伏发电系统只需考虑全年总发电量最大。屋面光伏发电系统受安装面积的限制，不适合安装太阳光追踪系统。综合考虑上网电量、可实现装机容量、发电效率、安装本钱等主要因素，光伏发电系统主要安装方式为：太阳能电池组件以最正确安装角倾斜安装，即所有可利用屋面面积太阳能光伏组件
15、的安装方式为光伏组件电池外表与地面水平方向的最正确倾角朝阳倾斜安装，光伏组件电池外表的水平方位角与建筑朝向一致。3.5.2 多晶硅电池组件固定式支架间距测算当光伏电站功率较大，需要前后排布太阳电池方阵，或当太阳电池方阵附近有高大建筑物或树木的情况下，需要计算建筑物或前排方阵的阴影，以确定方阵间的距离或太阳电池方阵与建筑物的距离。一般确定原那么：冬至当天9:0015:00太阳电池方阵不应被遮挡。光伏方阵阵列间距或可能遮挡物与方阵底边垂直距离应不小于D。计算公式如下： D = 0.707H/ tanarcsin(0.648cos 0.399sin)式中：为纬度(在北半球为正、南半球为负)，该工程纬度取北纬34.6度；H为光伏方阵阵列或遮挡物与可能被遮挡组件底边高度差。3.6 安装考前须知3.6.1 电池组件安装防触电
