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世博中国馆、主题馆光伏建筑一体化关键应用技术研究

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登记号:G20175203

所属行业:建筑业

学科分类:土木建筑工程;

关键词: 太阳能光伏并网发电系统 并网逆变器 逆变控制系统

绿色分类:可持续建筑;

  • 基本信息
成果名称: 世博中国馆、主题馆光伏建筑一体化关键应用技术研究
成果登记号: G20175203 学科分类: 土木建筑工程;
绿色分类: 可持续建筑; 项目关键词: 太阳能光伏并网发电系统  并网逆变器  逆变控制系统    
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成果所处阶段:
合作方式: 成果所属行业: 建筑业
国家/地区: 上海 知识产权:
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该项目分别在中国馆和主题馆建设302kWp和2825kWp的光伏建筑一体化发电项目,总装机容量达3127kWp。中国馆和主题馆太阳能光伏并网发电系统由光伏组件、并网逆变器、计量装置及配电系统组成。太阳能通过光伏组件转化为直流电,再通过并网逆变器将直流电转化为与电网同频率、同电位的380V正弦波交流电后,通过升压至10kV再并入电网。该项目在中国馆60.6米观景平台四周外侧透空位置布置单晶双玻组件,替代建筑玻璃幕墙,具备了建筑所需的防水和遮阳功能,并符合建筑模数和色彩的要求。在68米屋顶层上,选用单晶电池组件替代原设计方案中的屋面装饰铝板,与混凝土屋顶平行敷设。上述60米平台和68米平台的组件安装倾角与建筑结构坡度一致,四个面都采用内倾2%朝向核心筒区,电缆线采用隐蔽方式,接至汇流箱,并通过核心筒两个电缆井到达国家馆地下室的升变压配电房,接入相对应的逆变控制系统,将直流电转换成380V交流电,经升压至10kV接入K18开关站。该项目结合主题馆291米×220米的屋面,根据建筑特点、建筑整体效果及建筑一体化设计要求,选用大菱形分割的方案,在24各36米×72米的菱形平面上铺设多晶电池组件(南倾2%),替代了建筑屋面顶层铝板和透光顶棚,菱形光伏阵列采用单独的支撑桁架,支撑立柱穿过屋面作用于屋顶构架上,支撑桁架与主题建筑钢结构支撑系统一体化设计和施工。菱形光伏阵列中间留有检修通道(马道),可满足将来对电池板进行人工清洗的要求。大菱形周边全部采用异型组件,主要为不同规格的梯形组件,少部分为三角形组件,均采用真电池片,其中梯形组件为可发电组件。主题馆中央大厅上方屋面的光伏组件阵列,采用双面玻璃封装透光型多晶硅电池组件,以确保中庭采光需要。南北两侧各20米宽挑檐上的光伏阵列采用带防水功能的建材型光伏组件。电池组件安装倾角和结构雨水坡度一致,故北侧挑檐的组件南倾2%,南侧挑檐的组件北倾2%。电缆线采用从马道底部走线的隐蔽方式,分别接至汇流箱,并通过屋面两个电缆井到达主题馆地下室的升变压配电房,接入相对应的逆变控制系统,将直流电转换成380V交流电,经升压至10KV接入K18开关站。该项目在中国馆使用的单晶电池组件(包括单晶双玻组件)的转换效率为16.5%,主题馆使用的多晶电池组件(包括多晶双玻组件和所有异型组件)的转换效率为15%,均经独立第三方权威检测机构认定。考虑到主题馆总容量较大,并网逆变器将以100kVA为主,同时配置500kVA和250kVA逆变器各一台。而中国馆主要选用50kVA逆变器为主。另外,根据不同类型光伏阵列组串,两个场馆还选用了其它小容量的逆变器。其中500kVA逆变器最大效率98.5%,250kVA逆变器最大效率96.5%,100kVA逆变器最大效率96.2%,50kVA逆变器最大效率95%,30kVA逆变器最大效率94.5%。该项目中国馆选用一台315kVA非晶合金干式变压器,主题馆选用特制的一台2600kVA非晶合金干式变压器。非晶合金节能变压器由于损耗小、发热少、温升低,空载损耗较传统变压器降低约80%,因此不仅节能,运行性能还非常稳定。其中,315kVA变压器的空载损耗为0.6Io%,2600KVA变压器的空载电流为0.3Io%;噪声均不高于55分贝。该项目拟采用对整个光伏阵列进行精确监控的实用技术,可以了解每组光伏组件的工作状态,降低检修和维护的工作量,提高系统发电量。该项目还采用先进的远程控制技术,可在异地实时了解、掌握和控制整个系统的运行状况(实时数据和实地图像);并通过采取先进的技防措施,确保升变压配电房处于安全的运行状态。在工程施工方面,为保护成品,屋面施工不采用任何焊接手段,并专门研制了多种轻质的经特殊处理的紧固件和结构件,连接方式简洁,安装快捷;根据建筑防水要求,部分区域组件拼接采用了独特的防水技术;由于主题馆西半部分(超过3万平方米)为大跨度建筑结构,下部无任何支撑樑,对屋面载荷和工程施工中的动态载荷、侧平衡和位移等要求极其严格,该工程的施工方案独辟蹊径,大胆创新,采用在屋面预制轨道樑,并专门研制了由变频侍服电机控制的屋面行走塔吊,解决了一系列技术难题,为中国大型屋面工程施工的首创。中国未来太阳能光伏发电应用主要有两各方向:一是利用边远地区的荒地,开发建设大容量(10MWp级)或超大容量(100MWp级)的大型光伏电站,开发规模大,光照条件好,投资成本低。二是利用城市标志性建筑或乡镇单体建筑,化整为零,因地制宜,开发建设各种规模的建筑一体化光伏并网发电项目。该项目的实施,将对未来中国太阳能光伏建筑一体化并网发电项目的推广起到如下作用:(1)对未来光伏建筑一体化方案技术设计和建筑一体化(BIPV)标准探索等方面具有非常深远的借鉴意义。(2)建筑一体化组件技术的应用示范作用,该项目首次研制异型发电组件、防水型组件、结构件和工程施工技术应用等方面,具有极强的示范作用。(3)通过该项目在光伏建筑一体化产权界面划分等问题上的积极探索和实践,在从光伏建筑一体化功能、形态和使用等角度认识和解决问题方面,积累了宝贵的经验。(4)该项目的实施,对于城市标志性建筑的光伏建筑一体化应用的上网电价构成和形成机制具有重大的研究价值。

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