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摘要：近年来，光伏发电逐渐成为新能源发电的主力军，光伏发电具有绝对清洁、使用安全、适用广泛等优点，从长期的能源战略来看，大力发展光伏发电产业是必要的。近期，国内外逐渐兴起将光伏发电与日常生活相结合的使用创新，在部分土地及停车位紧张的地方，将光伏发电与停车棚相结合，发展为一体化光伏车棚既实用又美观，具有广阔的发展前景。
关键词：新能源；太阳能；光伏发电；光伏车棚；光伏建筑一体化（BIPV）
1.引言
近年来，新能源发电成为市场的新宠儿，而太阳能作为取之不尽用之不竭的清洁能源逐步走入大家的视野，光伏发电就是半导体界面的光生伏特效应而将光能直接转变为电能的一种技术，在近年来得到了较快发展。城市中，随着土地资源的愈发紧张和汽车保有量的不断升高，停车难现象也愈发突出，而将分布式光伏发电与汽车车棚相结合的光伏车棚则可以完美解决为车辆遮风挡雨和增加收入的两项任务，具有较大的研究价值和发展前景。
2.分布式光伏发电原理
太阳电池特有的电特性是借助于在晶体硅中掺入某些元素（例如：磷或硼等），从而在材料的分子电荷里造成永久的不平衡，形成具有特殊电性能的半导体材料。在阳光照射下，具有特殊电性能的半导体内可以产生自由电荷，这些自由电荷定向移动并积累，从而在其两端形成电动势，当用导体将其两端闭合时便产生电流。这种现象被称为“光生伏打效应”，简称“光伏效应”。
高性能的太阳能电池组件通过支架被集中安装在屋顶上，经过串联并联后组成太阳能电池方阵。太阳能电池方阵吸收太阳光，并产生直流电，经过光伏逆变器后转化为可供家用电器使用的交流电，剩余电可以上传至电网中，获得相应的电价收入。分布式光伏最大的特点是利用屋顶闲置面积，不占用耕地。可安装分布式光伏发电的建筑包括：各类企业、工业园区、经济开发区等屋顶；政府机关和事业单位的建筑物或设施屋顶；城市居民小区、住宅楼及独立的住宅建筑物、农村地区村民屋顶等。
随着经济发展、社会进步，人们对能源提出越来越高的要求，发展新能源已成为当今世界的历史潮流和必然选择 。太阳能作为一种可再生持续利用的清洁能源，开发潜力巨大。
太阳能光伏发电将太阳能转化为电能，整个发电过程没有任何排放，对环境没有影响，且具有可持续性、永不枯竭的优势。使用过程中，没有任何资源消耗，能够在保护环境的同时产生电能，是首选的清洁能源之一。
3.典型设计方案
（1）项目概况
占地面积：约需要180平，10个车位，每个车位3m*6m。
光伏阵列总容量：20.88kwp；
太阳能电池组件：72块双玻290Wp光伏组件；每块1.2*1.5m
并网形式：采用单点分布式并网
系统主要内容：光伏组件、逆变器、交流并网柜、后台监控系统、防雷接地系统及光伏电缆,车棚钢结构等设备附件；
（2）系统设计原则
系统设计主要应考虑的因素：
根据安装现场及安装条件选择合适的电池组件、安装固定方式及最佳的安装倾角设计；
根据安装地的气象数据，进行双玻光伏组件阵列串并联设计；
光伏阵列防雷接地设计；
根据各光伏方阵的容量及安装特点，进行逆变器的选型、组合设计；
光伏并网点系统接入设计，包含并网开关柜设计、计量、监控设计；
并网发电系统的监控、通讯及数据远传设计；
系统电气电缆选型、敷设设计；
车棚结构的美观性 ，可靠性；
系统设备安装基础设计、设备优化布置设计。
（3）系统设计说明
本项目设计安装在停车场车棚，根据现场勘测结果，车棚可安装72块290单晶组件，车棚上总共安装72块290Wp光伏组件组件，系统总功率为20.88KWp，预计首年发电量约2.4万度（发电量的计算是根据当地历史的气象资料——通过专业气象软件和专有的太阳能系统设计仿真软件为基础计算的）。
光伏阵列产生的绿色清洁能源直流电，就近接入为每个光伏方阵配备的高效率的组串逆变器，逆变器将直流电转换成三相380V的稳定交流电，再经并网点系统接入设备（交流并网柜）与配电室内低压柜内母排连接（或接入相关的预留配电开关），最终将绿色清洁能源（与办公大楼市电相同相位相同频率的电能）提供给大楼就近的负载使用。
系统具有良好的人机界面互动功能，采用大屏幕LCD液晶显示屏，可实时检测和显示系统直流工作电压和电流，交流输出电压和电流、功率、功率因素、频率、故障信息及环境检测参数（可选风速、风向、环境温度、电池板背板温度、组件倾斜面辐照度），统计显示系统日发电量、累计发电量等信息，并可报表打印。另外整个光伏电站系统具备过压、失压、过载、过流、漏电、短路保护功能，具备完善的“孤岛效应”防护功能。
本并网系统设计的总体原则是保证系统特殊外观需求及各项性能指标的前提下，最大限度的优化设计方案，合理选用相关设备及材料，提升系统发电量，降低工程造价，为业主节约投资。设计细节体现质量，也是整个光伏电站系统各项性能指标得以实现的关键。双玻光伏组件安装的每个型材截面形式、安装连接件的位置及连接方式，节点细节，都经过设计人员的精心仔细地推敲，优化计算，在确保各项性能的前提下，达到安全、经济、合理。
（4）光伏系统组成
整个系统主要有太阳能电池组件、逆变器、交流并网柜、监控系统等组成。
系统设备配置如下：
（5）光伏系统实施方案
为了最大限度利用太阳能，增加系统柔性冗余性能，本项目太阳能系统采用组串式型逆变器，最大程度提高发电效率。逆变器之后交流配电增加一个交流隔离开关以保证用电的安全，然后通过电缆接入交流配电柜，太阳能系统发出的电能将优先供应给公司用电负载。
我们结合建筑结构特点，设计符合当地气候条件和建筑设计荷载规范的预制双玻光伏组件基础，将双玻光伏组件与光伏支架相衔接，采用专用的安装夹具将双玻光伏组件固定到轨道部件上，安全可靠又便于安装，后期的清洗和维护将变得非常简单方便。电池板安装连接部件采用铝合金组件构成，并经过详细的系统模拟及结构强度设计计算，完全满足项目需求。
（6）太阳能电池组件布置
双玻光伏组件阵列的设计不仅为光伏系统提供可靠的发电保障，而且要有效地利用建筑屋顶的有限空间以提供更高的输出电量，更重要的是将可再生绿色能源和建筑美学完美的结合在一起，共同展示其强大的视觉效果和功能作用。本系统阵列设计根据可安装位置依次排列，共由567块双玻265Wp光伏组件组件组成。
4.太阳能光伏系统环保综合效益分析
使用矿物能源如石油、煤炭等发电，除了直接经济成本外还会产生二氧化硫、氮氧化物等有害气体和二氧化碳等温室气体，造成空气污染、酸雨灾害和温室效应，还损害了农牧业和人民身体健康，耗费了大量的人力、物力和资金。
该光伏分布式并网项目建成后，预计年发电能力约为2.4万千瓦时，25年运营期共计可并网发电50万千瓦时，按照目前中国火电厂的煤耗，每年可以节省标准煤和减少污染排放量如下表，是真正的无污染的绿色能源。
5. 结语
采用太阳能光伏车棚不仅可以将原本就紧张的土地资源最大化利用，完美切合了太阳能光伏建筑一体化概念，既解决了城市中停车难的问题，也可以给车棚拥有者增加经济收入，可谓是一举两得，具有广阔的研究和发展空间。
参考文献
[1]GB 50009-2012，建筑结构荷载规范[S].
[2]GB 51022-2015，门式刚架轻型房屋钢结构技术规范[S].
[3]GB/T19939-2005，光伏系统并网技术要求[S].