与建筑结合的 光伏发电 可以分为BIPV(建筑集成光伏)和BAPV(建筑附加光伏)。超大规模光伏发电(VLS- PV)是国际能源机构(IEA)的第8 项任务(Task8),其主要研究、追踪超大规模光伏发电的技术和信息,并开展国际间的交流与合作。
VLS- PV研究的具体内容为10MWp以上的光伏发电系统,一般指荒漠光伏电站。目前全世界建成的2~100MWp的荒漠电站有56 个,正在酝酿建设的荒漠电站不少于20 个。超大规模光伏电站(LS- PV)的技术特点：1.在输电网(发电侧)并网,电流是单方向的；没有储能系统；2.并入中压电网(10kV、35kV、110kV)；3 . 不能自发自用和“净电表计量”,只能给出“上网电价”；4.小于1%的自用电从电网取(BIPV的大部分电自用)；5 .一般功率很大,1MWp以上；6.一般都是无人值守；7.要求离负荷中心较近,就地使用；8 .一般占用荒地；9.自动跟踪和聚光电池一般是用在荒漠电站使用；10.有气象和运行数据自动监测系统和远程数据传输系统。
一、光伏发电激励政策
1.《可再生能源法》和国家发展和改革委关于印发《可再生能源发电价格和费用分摊管理试行办法》(实施细则),发改价格[2006]7 号。
该政策明确了3 项原则,即电网企业要全额收购RE 发电量；给出合理上网电价(合理成本加合理利润)；不让电网企业赔钱,超出常规电价部分在全国电网分摊。
2. 发改能源[2007]2174 号：《可再生能源中长期发展规划》,2007 年8 月31 日发布。
3. 国家电力监管委员会2007 年第25 号令：《电网企业全额收购可再生能源电量监管办法》,2007 年9 月1 日生效。
4. 国务院办公厅2007 年8 月2 日转发：国家发改委、国家环保总局、电监会、能源办《节能发电调度办法(试行)》(国办发[2007]53 号)。
5. 国家发改委发布：《可再生能源电价附加收入调配暂行办法》(发改价格[2007]44 号)。
6. 发改办能源(2007)2898 号：《关于开展大型并网光伏示范电站建设有关要求的通知》,明确了大型并网光伏电站的上网电价通过招标确定。
7. 发改能源(2008)610 号：《可再生能源发展“十一五”规划》,2008 年3 月3日发布。
8. 财建[2009]129 号：关于印发《太阳能光电建筑应用财政补助资金管理暂行办法》的通知,2009 年3 月23 日发布。2009年补助标准原则上定为BIPV每峰瓦补贴20 元,BAPV每峰瓦补贴15 元。
9. 2009 年7 月21 日,金太阳工程出台。金太阳工程的要点包括：1)财政部、科技部和国家能源局联合发文；2) 每个省20MW(含财政部、建设部项目),全国3 年总量为500~600 MW；3)覆盖BIPV,离网光伏系统和大型并网电站；4)门槛很高,要求注册资金1 亿元,项目规模不小于300千瓦,项目资本金不少于30%；5)关键设备必须通过国家批准的认可机构认证(太阳电池、逆变器、蓄电池、控制器、跟踪系统)；6)要满足“电网接入相关技术标准和要求”；7)用户侧并网原则上“自发自用”,富余电量和大型电站电量给脱硫燃煤机组标杆电价,不给特殊电价；8)鼓励地方安排资金支持；9) 将根据技术先*进程度和市场发展状况确定补贴上限；10) 鼓励有条件的地方安排一定的支持资金；11) 项目申报以及由哪个部门汇总未明确。
二、并网系统的设计要点
1. 并网光伏发电系统的设计步骤
1)在考察的基础上进行预可行性研究(RetSchreen)；
2)方案确定和设备选型(太阳电池、逆变器、监控设备等)；
3)工程设计,即对与建筑结合、土建施工、抗风能力、防雷接地、电网接入系统的设计；
4)特殊设计。
2. 系统的预可行性研究RETScreen找软件可以对系统进行预可行性研究,该软件所能完成的工作包括7 个方面。
1)资源评估
涉及太阳辐射数据、环境温度、10m风速、气压等方面的评估。
2)不同安装和运行方式下的辐射量计算涉及固定安装、不同朝向和不同倾角、单轴跟踪、双轴跟踪等方面的计算。
3)设备选型和容量计算包括对太阳电池、蓄电池以及系统各个环节的效率、发电量的测算。
4)成本分析科研、设计、设备、土建、运输、安装、运行维护、周期性投资等。
5)按照标准分析温室气体的减排
6)财务评估
涉及贷款、赠款、利息、税收、CDM、光伏电价测算、IRR、现金流、资金回收期等方面。
7)敏感性分析
涉及对影响电价或IRR 主要因素的分析。
3. 方案设计和设备选型
1)方案设计
并网光伏建筑的电气方案主要有4种,即“上网电价”方式、“净电表计量”方案、“净电表计量”三相电接线方案、“金太阳工程”并网发电。
(1)“上网电价”方式“上网电价”方式(如图1 所示)的特点：①电网公司以高电价收购PV电量；②用户缴纳常规低价电费；③PV电表接在用户电表之前(电网一侧)。
(2)“净电表计量”方案“净电表计量”方案(如图2 所示)的特点：①电力公司不用高价收购PV电量；②允许抵消用电量(自发自用)；③PV计量电表装在用户电表之后(负载一侧)。
(3)“净电表计量”三相电接线方案“净电表计量”三相电接线方案见图3。
(4)“金太阳工程”并网发电“金太阳工程”并网发电(见图4)的特点：①电力公司只与建筑业主结算；②PV开发商与建筑业主结算；③由电力公司确定并网点和电能计量装置。
2)设备选型
设备选型一般涉及5 个方面的内容：太阳电池；支架系统、夹具、线槽、接线箱(线路防雷)；逆变器；直流配电、交流配电、继电保护和电能计量；数据采集和显示以及远程数据监控。
4. 特殊设计
在光伏并网建筑中还有一些特殊的设计,主要包括遮挡和占地计算(太阳电池方阵间距计算)、抗风能力设计、系统的防雷接地设计。
1)太阳电池方阵间距计算
计算太阳电池方阵间距(如图5 所示),即计算当太阳电池子阵前后安装时的*小间距D。按照国家标准公式计算,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时,需要计算建筑物或树木的阴影,以确定方阵间的距离或太阳电池方阵与建筑物的距离。一般确定原则为冬至当天9：00~15：0 0 太阳电池方阵不应被遮挡。
太阳高度角的计算公式：
sinα=sinφsinδ+cosφcosδcosω
太阳方位角的计算公式：
sinβ=cosδsinω/cosα
式中：
φ———为当地纬度；
δ———为太阳赤纬,冬至日的太阳赤纬为- 23.5°；
ω———为时角,上午9:00 的时角为45°。
D=cosβ ×L,L=H/tanα,α=arcsin(sinφsinδ+cosφcosδcosω)
2)太阳电池方阵抗风能力设计
太阳电池方阵抗风能力的设计(见图6),依据GB50009- 2006 建筑结构荷载规范、GB50017- 2003《钢结构设计规范》。抗风能力设计需要计算受风梁在受风条件下的弯曲应力和弯曲度；需要计算支撑臂在顺风条件下的压曲强度和逆风条件下的拉伸强度；需要计算受风条件下,螺栓剪切力(折断力)的耐受强度。
(1)风压荷载
太阳电池方阵支架结构的设计要考虑风压荷载,防止因强风导致破坏。风压荷载计算公式为W=Cw×Qw×Aw。式中W 为风压荷载(N)；Cw为风荷载体型系数(如表1 所示)；Q 为设计用风压(N/m2)；Aw为受风面积(m2)。
设计用风压Q 的计算公式为Q=Qo×H×I。式中Qo为基准风压,Qo=1/2×ρ×Vo2,ρ 为空气密度(N×s2/m4),冬季空气密度取1.274(N×s2/m4)；Vo 为地面10m 处50年中的*大风速(m/s),取42(m/s)。H 为高度修正系数(见表2),基准高度为10m。I为环境系数,在对风无遮挡的空旷地带,I 为1.15；在对风有少量遮挡的地带,I 为0.9；在对风有较大遮挡的地带,I 为0.7。
(2)受风梁弯曲强度和弯曲度的计算弯曲力矩M=WL2/8(N?m),式中W为单位长度的风压(N/m),L为跨距长度(m)。
弯曲应力P=M/Z(N/cm2),式中Z 为角钢的截面系数。
弯曲度A=(5Wt×L3)/(384×E×Im)(cm),式中Wt 为受风梁上的总风压(N),L 为跨距长度(m),E 为材料的纵向弹性系数(N/cm2), Im 为横截面二次力矩(cm4)。
(3)支撑臂的压曲荷载(顺风时)可以用欧拉公式计算支架所能承受的压曲荷载为Pk=n×π2×(E×Im)/L2(N)。
式中n 为由支撑条件决定的系数,紧密无松动为1；E 为材料的纵向弹性系数(N/cm2)；
Im 为截面轴向二次力矩(cm4)；L 为轴长(cm)；总荷重(W+G)/2 应小于Pk。
(4)支撑臂的拉伸强度(逆风时)
拉伸张力B(N/cm2)=W/A。式中W为每根支撑梁所承受的风压(N)；A 为支撑臂的截面积(cm2)。
(5)安装螺栓的强度(逆风时)虽然有4 只螺栓,但受力*大的是后面2 根。所以螺栓*大折断力τ=1/2×W/A(N/cm2)。式中W 为总的逆向风压(N)；A为螺栓截面积(cm2)。
(6)BAPV的安装方式
BAPV的安装方式分为生根和不生根2种方式(如图7 所示),不生根方阵水泥墩重量计算(见图8)包括5 个方面的内容：①支点在方阵南侧底部；②计算风荷载的倾覆力矩(动力距)；③计算前后水泥墩的重力矩之合(阻力矩)；④计算合力的作用点；⑤要求合力的作用点落在地基中央2/3以内。
(7)设备的防雷和接地
在做与建筑结合的光伏系统防雷接地时,依据《建筑物防雷设计规范GB50057- 94》。建筑物分为3 个等级,一类建筑：储存爆炸物、易燃物和其它易受雷击易造成巨大损失的建筑；二类建筑：重要的政府机构、博物馆、档案馆、计算中心、通信中心等；三类建筑：一般公共建筑、办公建筑、民居等。
建筑物的防雷和接地已经有标准,也很完善。因此,在建筑物上安装的光伏系统一般不单独安装避雷装置。GB50057- 94中规定突出屋面的金属物体可不装接闪器,但应与屋面防雷装置相连；需要保护突出屋面的非金属物体则需要装接闪器。
三、相关技术标准
完善的标准、检测和认证体系是规范市场、保证产品质量、市场健康有序发展的前提。
目前我国的技术标准已经落后于市场发展,质量监管部门须抓紧落实国家标准的制定；在没有国家标准时,可以先行出台“认证标准”,以后再升级到国家标准(有一些可以参考国际标准,有一些要制定)。技术标准应该是“自下而上”的,应遵循企业标准———行业标准———国家标准———国际标准。建议企业发挥作用,从企业标准做起,促进国家标准的制定。政府应预留部分经费用于加强基础设施建设,包括对已有实验室(检测设备、检测能力)、公共测试平台、培训机构和培训体系等建设。
来源：高工在线
