李想
国家能源集团 绿色能源与建筑研究中心 沈阳分中心，诚通人力资源有限公司辽宁 沈阳 110000
摘要：太阳能光伏发电技术也越来越多地运用到民用建筑工程中，尤其以铜铟镓硒（简称CIGS，Copper Indium Gallium Selenide）薄膜组件为代表的建筑光伏一体化（简称BIPV，Building Integrated Photovoltaics）项目备受国内外关注和瞩目，为未来绿色建筑或零排放建筑的发展创造了有利条件。宽敞先进的高铁车站近几年成为途径城市的新地标，同时也是建设CIGS光伏建筑一体化的理想场所。文中分析高铁站房发展光伏建筑一体化应用的特点，并对其技术性及经济性进行可行性分析。
关键词：铜铟镓硒（CIGS）薄膜光伏组件；光伏建筑一体化；光伏发电站
引言
随着太阳能光伏系统在北京南站、上海站和青岛站的成功运用 , 标志着太阳能光伏技术在高铁站中的应用已基本走向成熟。
本文通过某高铁站的光伏系统设计，探索CIGS光伏建筑一体化(BIPV )模式在高铁站房设计中应采用的最佳方式 ,介绍并网发电系统的组成、年发电量的计算方法和经济性分析。
一、CIGS光伏建筑一体化创新技术
CIGS光伏建筑一体化创新技术将铜铟镓硒光伏组件研发成一种能发电的建筑外墙材料，并进一步与装配式技术、智能技术、多能互补技术、直供电技术紧密结合，使建筑从能源的消费者变成能源的生产者，使“绿色能源建筑与城市”成为现实！
1、CIGS（铜铟镓硒薄膜太阳能组件）产品优势
CIGS（铜铟镓硒薄膜太阳能组件）以铜铟镓硒半导体薄膜作为吸收层。相较晶硅组件，铜铟镓硒薄膜太阳能组件光谱吸收范围可扩大至400纳米-1100纳米，温度系数低 31%，弱光性好，单位装机发电量高，受阴影遮挡的影响不显著，长期服役性能稳定，能源回收周期更短，可定制任意颜色、质感、图案。
BIPV（Building Integrated Photovoltaics），即通过建筑物，主要是屋顶和墙面与光伏发电集成起来，使建筑物自身利用太阳能生产电力，以满足建筑物本身的用电和用能需要。
二、某高铁站CIGS光伏建筑一体化项目设计实例
1、太阳能资源分析
根据年等效利用小时数将全国划分为三类太阳能资源区，年等效利用小时数大于1600小时为一类资源区，年等效利用小时数在1400-1600小时之间为二类资源区，年等效利用小时数在1200-1400小时之间为三类资源区。
某高铁站位于中国河北省保定市境内，保定市位于河北省中部，太行山东麓，冀中平原西部，介于北纬38°10′-40°00′，东经113°40′-116°20′之间。保定属暖温带大陆性季风气候区，多年平均气温13.4℃，年平均日照时数2511.0小时，占可照时数的56%。保定市位于太阳能资源三类资源区，光照条件优越，具有利用太阳能发电的良好条件。
2. 规划容量
高铁站高架候车厅屋顶及站台雨棚的太阳能光伏板安装面积共计53006平方米，采用高效CIGS 105Wp光伏组件,共安装CIGS光伏组件73619片，装机量7729.995kWp。系统采用用户10kV母线并网，整个光伏电气系统通过升压变压器，升压到10kV电压并网，采用“自发自用，余电上网”模式，并网点选择在高铁站10kV计量点下口。
3.发电量计算
参照项目地点近10年的太阳能气象数据，按照项目7729.995kWp的装机容量经PVSYST光伏系统设计辅助软件计算。
根据计算得出，建设一个7729.995kWp的CIGS光伏建筑一体化高铁站房，年发电量可达853.9万度。
4. 铜铟镓硒光伏建筑一体化项目设计
1.1光伏电气系统一般按子阵（子系统）进行模块化设计，一个汇流箱连接的光伏组件作为一个子阵，一台逆变器连接的所有汇流箱（光伏组件）作为一个子系统
1.2多台逆变器输出到交流控制柜（隔离变压器)进行并网
1.3整个光伏电气系统通过交流控制柜输出电缆到用户380V母线并网。
1.4组件采用8块为1串的串联方式，通过直流汇流盒进行直流汇流，出线分别接入50kW组串式逆变器，逆变器出线分别接入交流控制柜输出至10kV升压变压器经用户10kV母线并网。
（2）.光伏组件选型
组件选用CIGS标准组件，兼顾安全性、美观度、发电性能及价格优势
2.1 CIGS组件符合安全玻璃要求
2.2 CIGS薄膜组件具有弱光和高温等优势，相同条件下，可发出更多电力
2.3 CIGS组件配置还需得到建筑师、设计院及专业幕墙单位的确认，以确保该配置符合当地建筑法规的要求
（3）.逆变器选型
考虑到光伏建筑一体化的特点，采用组串式逆变器。组串式逆变器具有以下优点：
3.1简单易用
多功能大屏LCD显示，观察数据方便快捷
功率密度业界领先，安装运输便捷
IP65防护等级，户外运行稳定可靠
3.2高效发电
MPPT效率99.5%，中国效率98.5%，发电效率更高
智能风冷，高温不降额，寿命更长
多达8路组串接入，可配置性更高
3.3安全可靠
全功率模块和薄膜电容设计，可靠性更高
集成多种保护和故障监测功能
多种监控方式可选
（4）.监控系统
监控系统根据业主要求选配
系统可配备监控通讯系统和大屏显示器，可实现如下功能：
4.1可以即时显示当前运行数据，也可保存历史数据。包括直流功率、交流功率、阵列电压、阵列电流、当天实时发电量、累积发电量等；
4.2可显示当前环境温度、太阳辐射状况等环境数据，该系统主要由CIGS标准组件、直流汇流盒、组串式逆变器、交流控制柜、二次设备等部分组成。
三、CIGS光伏建筑一体化在高铁站房项目收益分析
1.发电收益
CIGS光伏建筑一体化项目作为建筑的一个发电系统，在建筑园区变压器容量满足接入条件的情况下，接入原建筑的配电室，按“自发自用、余量上网”原则，项目所发电量优先供应企业业主内使用，可通过安装双向计量表记录正向和反向用电，向用户供应的净电量即为用户减少的电网购电量，由此减少的购电支出即为实施光伏项目所产生的节能效益；余电电量单独计量，并以规定的上网电价进行结算;无论是自用部分还是上网部分均享受0.1元/kWh的国家财政补贴。“自发自用、余量上网”模式具体的收益。
CIGS光伏建筑一体化在高铁站房应用后，每年可以产生发电收益580万元，在光伏电站的25年全寿命周期内可产生发电收益14,498.34万元。
2.环保效益
CIGS光伏建筑一体化项目充分利用建筑物空间，不额外占用土地。发电系统在运行过程中无噪音、无污染排放、无光污染，光伏系统通过铜铟镓硒太阳能组件每发一度电，将节省0.31千克供电煤耗，减少二氧化碳排放552.389克，减少污染排放1.5159克二氧化硫、1.6306克氮氧化物、0.1643克PM2.5。
建设一个7730.0 kWp的铜铟镓硒光伏建筑一体化项目，每年可发电853.9万千瓦时，节能减排。
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3. 节约建筑能耗效益：
高铁站房CIGS光伏建筑一体化项目除了发电量带来的收益外，还会产生其他的收益，如替代建材的边际收益，被动建筑节能的制冷（制热）收益，光热综合利用效益，绿色建筑环保收益等。铜铟镓硒光伏建筑一体化项目可以起到降低建筑能耗的作用，可以节约建筑能耗30～40%，可使建筑从能源消耗者变为能源生产者，实现真正的绿色能源建筑。
四、结语
高铁站房是建设光伏建筑一体化项目的理想场所，使用高铁站房建设光伏发电系统可以发挥光伏发电技术的特性，破解当前分布式光伏发电遇到的难题。通过对高铁站投资建设分布式光伏电站进行的分析表明，按照“自发自用，余电上网”并网模式，在高铁站实施建设光伏电站不仅可以降低购买电量，节约高铁站房运行成本，同时还可以获得较好的经济效益、环保效益和节能效益。同时为BIPV的应用场所提供了更多的可能性，对BIPV在国内市场的大范围推广起到了示范作用。
参考文献：
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[3] 韦健. 《利用高铁站房发展分布式光伏发电及 案例分析》节能科技
[4]李安定.《太阳能光伏发电系统工程》北京工业大学出版社
[5]黄磊.《太阳能光伏发电市电并网电站的应用，低压电器》
作者简介：李想，男，（1986.7.7- ）， 沈阳化工学院； 电气工程及自动化， 国家能源集团 绿色能源与建筑研究中心 沈阳分中心， 研发主管，工程师。