摘要：21世纪以来，随着不可再生能源的逐渐减少，人们越来越重视能源的利用率，不断开发绿色能源。通过光伏发电系统，能够提升能源利用率，减少不可再生能源的开发。同时，也能加强我国建筑节能系统的技术水平，推动我国建筑工艺的创新。因此，本文就光伏发电系统进行研究，通过说明光伏发电系统的原理，以便更好地应用光伏发电技术，带动我国建筑的更好发展。

关键词：光伏发电；建筑节能；应用研究

引言

近年来，随着传统能源的减少，人们越来越重视一些可持续发展能源。因此，为了更好地保证社会的发展，我国不断地在开发新的能源。通过太阳能在建筑中的应用，能够减少不可再生资源的消耗，实现绿色环保。然而，我国的光伏发电系统在建筑中的应用还不够广。因此，一定要重视光伏发电系统的应用，提升光伏发电技术，以促进我国绿色建筑的发展。

1 太阳能光伏发电的原理

光伏幕墙是指利用贴在玻璃上的特殊树脂，结合电池的使用，从而将光能转化成电能。

一般而言，为了保证太阳能电池的转换效率，光伏玻璃所用的玻璃基片一定要保证透光率至少是92%，而厚度也要在合理的范围内。幕墙包含了材料，结构，电气等各个部分，不仅制作复杂，安装也比普通幕墙复杂许多。光伏幕墙的核心是可以存储能量的太阳能电池。因此，在很大程度上，光伏幕墙的发展会受到太阳能电池发展的影响。

目前，我国光伏发电系统中的太阳能电池有两种类型。首先是晶体硅电池。相比起其他类型的电池，这种电池出现的时期较早，且相关技术也比较成熟。我国的光伏发电系统中，有超过 85%的电池使用了硅片材料。通过硅片材料，能够万方数据有效保证能源的转换率。除此之外，晶体硅电池的造型也比较独特。通过阵列排列组合的形式，不仅能够帮助电池产生出新能源，也能实现建筑的美观性。同时，也可以延长光伏系统的使用寿命。然而，如果遇到一些阴雨天等阳光照射不充分的情况时，就无法实现光伏发电系统的能源采集和转换。这非常不利于光伏发电系统的价值实现。因此，为了实现发电的功能，一定要将光伏发电系统安装到日超充足的地方。

其次是薄膜太阳能电池。薄膜太阳能电池的厚度非常薄，一般只有整个微米的厚度。这使得薄膜太阳能实际比一张纸还薄。相应的，其消耗的原材料会比晶体硅消耗得更少。这有利于提升原材料的利用率，实现建筑的节能。另外，也要将玻璃相互结合起来，从而组成薄膜光伏电池板。然而，薄膜太阳能的电池对光的敏感性强于晶体硅材料制作的电池。因此，薄膜太阳能电池在阴天时的工作效果也比较好。如果是遇到一些弱光，或者散光，反射光，也可以有效实现对太阳能的利用。目前，玻璃幕墙节能保温性能的主要措施是使用低辐射镀膜玻璃，也就是在玻璃表面镀上一些金属或者化合物的产品。这种产品的可见光透射率较低。

因此，薄膜太阳能电池的透射率很高，尤其是对红外线的反射率很高，能够更好地保证建筑的隔热性能。

到目前为止。我国晶体硅太阳能电池的应用比薄膜太阳能电池的应用更广。但因为晶体硅的成本下降空间很少，而薄膜太阳能的技术创新空间还很大。随着技术的进步，薄膜太阳能的技术也可以达到与晶体硅差不多的水平。而薄膜太阳能的生产过程更简单，不仅可以生产出较大面积的电池板，也比较适合大规模的量产。加上薄膜太阳能电池板比晶体硅太阳能电池板更薄，使用起来也更加美观，能够更好地与建筑形成一体。因此，未来的市场中，薄膜太阳能的应用会更广些，而其技术水平也会不断提升，从而达到甚至超越晶体硅电池板的技术水平。

2 光伏发电系统和建筑节能

2.1 光伏发电系统

光伏发电系统可以实现将太阳能转化成其他能源的功能。这能有效促进人们对于环境的保护，保证人类的可持续发展。一般而言，光伏发电系统主要包括太阳能电池板，太阳能控制器，蓄电池等组成部分。

通过太阳能电池板，可以有效收集太阳能，使其转化成电能。而蓄电池则是万方数据储存电能的装置，使太阳能能够充分得到利用。太阳能控制器就是为了保护光伏发电系统的装置，不仅可以控制光伏发电系统，也能保护好蓄电池的充电放电过程。而逆变器则是光伏发电系统的电能转化装置。通过将蓄电池里输出的直流电转化成交流电，从而有效保证电能的利用率。

2.2 建筑节能

建筑节能是指节省能源节约资源的绿色建筑类型。通过利用太阳能，能有效减少电能的利用，从而提升建筑的能源利用率，促进建筑的可持续发展。同时，使用太阳能电池收集板的建筑，也能有效实现有关采光遮阳的功能。这不仅有利于整个建筑的实用性，也能加强建筑的绿色节能，使建筑能够绿色供电。一般而言，光伏发电系统都是应用在建筑中日照充足的表面。比如顶楼，屋顶，天窗，甚至高层建筑外层高墙等。只要是太阳能照得到的地方，都可以使用光伏发电系统。除此之外，还可以根据建筑的外观，将光伏发电系统的太阳能收集板制作成合适的样子。比如，可以做成玻璃状的，或者改变造型，改变倾斜率等，从而保

证太阳能收集板与建筑风格的高匹配度，满足人们的审美需求。

3 光伏发电系统在建筑节能中的应用

3.1 光伏发电系统在建筑外墙体中的应用

建筑的外墙体是接触太阳面积最多的，能够很好地收集到太阳能。尤其是在高层建筑中，经常使用玻璃等材料去保证建筑的美观度。因此，可以直接在建筑的高层使用玻璃样式的太阳能电池板。这样既能保证光伏发电系统的美观性，也能有效收集到更多的太阳能。需要注意的是，为了保证太阳能板的能源利用率，就需要重视透明度的问题，使建筑内的透明度能够维持在合理的范围内。同时，也要关注倾斜角是否合适。只有太阳板能够朝向南北方向，才能够使太阳板在太阳和升起的时候都能收集到太阳能。

3.2 光伏发电系统在建筑屋顶中的应用

大部分的建筑屋顶都没有利用太阳能板去收集电能。为了提升建筑对太阳能的利用率，就要在屋顶上安装天阳能板装置，使屋顶的太阳能转换成电能。屋顶的地理优势非常好，不需要考虑太阳能板的倾斜度，装置起来也更加容易，不用考虑透明度，美观度等问题。同时，还可以将太阳能板作为通风管道隔热层以及顶层建筑的遮阳板。然而由于屋顶容易受到气候的影响，因此，还要重视屋顶的万方数据气候变化，以保证太阳能板对一些自然灾害的防护。比如，可以采取设计屋顶倾角的方式解决好一些雨雪堆积的问题，这样既能有效保护好太阳能板，减少雨雪的堆积，也能增加屋顶的观赏性。而在选择电池板时，也可以尽量选择一些材料强度大的电池板，这样就能抵挡一些冰雹。同时也要在屋顶做好防雷措施，使太阳能板能够有效避免雷电。

3.3 光伏发电系统在建筑天窗中的应用

在建筑中的天窗一般具有两大功能，一是可以提高建筑的采光度，二是可以有效防止局部露天建筑受到阳光直射。基于天窗的特点，如果在天窗中使用太阳能电池板，就能很好地保证天窗采光和遮阳的效果。同时，也能收集太阳能，实现绿色能源的应用。为此，在天窗设计太阳能电池板时，一定要考虑整个天窗的采光率。具体而言，可以直接利用折射原理，使用井格型的太阳能板去进行立体采光。同时，也要合理选择好倾斜角角度，以有效避免雨雪天气的雨雪堆积的问题。

3.4 光伏发电系统在其他建筑元素中的应用

太阳能电池板完全可以用在遮阳板，窗户玻璃等建筑元素里。比如，将太阳能电池板当做遮阳板，这样就能有效避雨，且能收集好太阳能。同时，也要结合实际的情况，比如倾斜角，防雨雪，采光率等各个方面，去保证建筑的功能性和审美性。

4 光伏发电系统在绿色建筑中的节能分析

光伏发电系统能够改进建筑，使建筑更加符合绿色生态的理念。进10年来，全球光伏电池的需求一直在增大，不少地区甚至实现了成型的光伏产业链。通过在建筑中使用光伏发电系统，建筑不仅能够实现节能的功能，减少电能的消耗，也能减少一些有关遮阳等需求的经济开支。然而，在我国只有很少的一部分建筑使用了光伏系统。这大大限制了我国绿色建筑的发展。因此，为了减少不可再生能源的消耗，实现经济效益，就一定要重视光伏发电系统应用在建筑中的节能效果和节能经济效益。

4.1 节能效果

绿色建筑使用光伏发电系统是非常节能的。具体而言，不仅能够收集太阳能，也能为建筑提供好相关电力的供应，这节省了电网电力资源。其次，太阳能电池万方数据板作为遮阳板和天窗，也有效实现了遮阳板和天窗的功能，加上太阳能电池板能够吸收光能，这使得电池板抵挡夏天高温的性能比天窗和遮阳板都要更好，这也减少了空调的用电。相当于减少了电网供电，降低了对煤炭资源的消耗，也减少了有害气体等的排放，实现了绿色环保的功能。

4.2 节能经济效益

光伏发电的安装成本虽然很高，但是运营成本非常低，且使用寿命长。比如，在建筑中使用 400kW 的光伏发电系统，能够保证一年至少40万千瓦时的电能供应。整个系统的材料费，安装费等大约是400万。根据我国商业用电价格1.5元/kw.h 的价格，40 万千瓦时的电能就相当于60万。也就是说，只需要不到7年的时间，就可以收回整个系统安装的成本。对于光伏发电系统来说，其使用寿命基本是25年，这相当于还能直接获利18年的时间，也就是可以节省1080万元的费用。即使去除掉一些日常的运营管理和维修，也有接近900万的经济效益可以实现。

5、安科瑞分布式光伏运维云平台介绍

5.1概述

AcrelCloud-1200分布式光伏运维云平台通过监测光伏站点的逆变器设备，气象设备以及摄像头设备、帮助用户管理分散在各地的光伏站点。主要功能包括：站点监测，逆变器监测，发电统计，逆变器一次图，操作日志，告警信息，环境监测，设备档案，运维管理，角色管理。用户可通过WEB端以及APP端访问平台，及时掌握光伏发电效率和发电收益。

5.2应用场所

目前我国的两种分布式应用场景分别是：广大农村屋顶的户用光伏和工商业企业屋顶光伏，这两类分布式光伏电站今年都发展迅速。

5.3系统结构

在光伏变电站安装逆变器、以及多功能电力计量仪表，通过网关将采集的数据上传至服务器，并将数据进行集中存储管理。用户可以通过PC访问平台，及时获取分布式光伏电站的运行情况以及各逆变器运行状况。平台整体结构如图所示。

5.4系统功能

AcrelCloud-1200分布式光伏运维云平台软件采用B/S架构，任何具备权限的用户都可以通过WEB浏览器根据权限范围监视分布在区域内各建筑的光伏电站的运行状态（如电站地理分布、电站信息、逆变器状态、发电功率曲线、是否并网、当前发电量、总发电量等信息）。

5.4.1光伏发电

5.4.1.1综合看板

●显示所有光伏电站的数量，装机容量，实时发电功率。

●累计日、月、年发电量及发电收益。

●累计社会效益。

●柱状图展示月发电量

5.4.1.2电站状态

●电站状态展示当前光伏电站发电功率，补贴电价，峰值功率等基本参数。

●统计当前光伏电站的日、月、年发电量及发电收益。

●摄像头实时监测现场环境，并且接入辐照度、温湿度、风速等环境参数。

●显示当前光伏电站逆变器接入数量及基本参数。

5.4.1.3逆变器状态

●逆变器基本参数显示。

●日、月、年发电量及发电收益显示。

●通过曲线图显示逆变器功率、环境辐照度曲线。

●直流侧电压电流查询。

●交流电压、电流、有功功率、频率、功率因数查询。

5.4.1.4电站发电统计

●展示所选电站的时、日、月、年发电量统计报表。

5.4.1.5逆变器发电统计

●展示所选逆变器的时、日、月、年发电量统计报表

5.4.1.6配电图

●实时展示逆变器交、直流侧的数据。

●展示当前逆变器接入组件数量。

●展示当前辐照度、温湿度、风速等环境参数。

●展示逆变器型号及厂商。

5.4.1.7逆变器曲线分析

●展示交、直流侧电压、功率、辐照度、温度曲线。

5.4.2事件记录

●操作日志：用户登录情况查询。

●短信日志：查询短信推送时间、内容、发送结果、回复等。

●平台运行日志：查看仪表、网关离线状况。

●报警信息：将报警分进行分级处理，记录报警内容，发生时间以及确认状态。

5.4.3运行环境

●视频监控：通过安装在现场的视频摄像头，可以实时监视光伏站运行情况。对于有硬件条件的摄像头，还支持录像回放以及云台控制功能。

5.5系统硬件配置

4.5.1交流220V并网

交流220V并网的光伏发电系统多用于居民屋顶光伏发电，装机功率在8kW左右。

部分小型光伏电站为自发自用，余电不上网模式，这种类型的光伏电站需要安装防逆流保护装置，避免往电网输送电能。光伏电站规模较小，而且比较分散，对于光伏电站的管理者来说，通过云平台来管理此类光伏电站非常有必要，安科瑞在这类光伏电站提供的解决方案包括以下方面：

名称

图片

型号

功能

应用

光伏运维云平台

AcrelCloud-1200

监测光伏发电功率、发电量、功率曲线、发电日月年报表、设备信息、故障报警、气象数据等

应用于单台逆变器数据采集和上传云平台

智能网关

ANet-1E1S1-4G

嵌入式linux系统，网络通讯方式具备Socket方式，支持XML格式压缩上传，提供AES加密及MD5身份认证等安全需求，支持断点续传，支持Modbus、ModbusTCP、DL/T645-1997、DL/T645-2007、101、103、104协议

防逆流装置

（选用）

ACR10R-D10TE

防止光伏系统向电网输送功率，用于单相光伏发电系统

户用逆变器

逆变器推荐：

华为户用逆变器SUN2000-5/6/8/10/12KTL-M1

固德威GW8000-DT

锦浪GCI-1P(4-6)K，GCI-1P(9-10)K

推荐通讯方式RS485

5.5.2交流380V并网

根据国家电网Q/GDW1480-2015《分布式电源接入电网技术规定》，8kW~400kW可380V并网，超出400kW的光伏电站视情况也可以采用多点380V并网，以当地电力部门的审批意见为准。这类分布式光伏多为工商业企业屋顶光伏，自发自用，余电上网。分布式光伏接入配电网前，应明确计量点，计量点设置除应考虑产权分界点外，还应考虑分布式电源出口与用户自用电线路处。每个计量点均应装设双向电能计量装置，其设备配置和技术要求符合DL/T448的相关规定，以及相关标准、规程要求。电能表采用智能电能表，技术性能应满足国家电网公司关于智能电能表的相关标准。用于结算和考核的分布式电源计量装置，应安装采集设备，接入用电信息采集系统，实现用电信息的远程自动采集。

光伏阵列接入组串式光伏逆变器，或者通过汇流箱接入逆变器，然后接入企业380V电网，实现自发自用，余电上网。在380V并网点前需要安装计量电表用于计量光伏发电量，同时在企业电网和公共电网连接处也需要安装双向计量电表，用于计量企业上网电量，数据均应上传供电部门用电信息采集系统，用于光伏发电补贴和上网电量结算。

部分光伏电站并网点需要监测并网点电能质量，包括电源频率、电源电压的大小、电压不平衡、电压骤升/骤降/中断、快速电压变化、谐波/间谐波THD、闪变等，需要安装单独的电能质量监测装置。部分光伏电站为自发自用，余电不上网模式，这种类型的光伏电站需要安装防逆流保护装置，避免往电网输送电能，系统图如下。

这种并网模式单体光伏电站规模适中，可通过云平台采用光伏发电数据和储能系统运行数据，安科瑞在这类光伏电站提供的解决方案包括以下方面：

名称

图片

型号

功能

应用

光伏运维云平台

AcrelCloud-1200

监测光伏发电功率、发电量、功率曲线、发电日月年报表、设备信息、故障报警、气象数据等

应用于多台逆变器、计量仪表及气象数据采集和上传云平台

智能网关

ANet-1E2S1-4G

嵌入式linux系统，网络通讯方式具备Socket方式，支持XML格式压缩上传，提供AES加密及MD5身份认证等安全需求，支持断点续传，支持Modbus、ModbusTCP、DL/T645-1997、DL/T645-2007、101、103、104协议

电能质量监测

APView500

电网频率，电压、电流有效值，有功功率、无功功率、视在功率及功率因数，电压偏差，频率偏差，三相电压不平衡度、三相电流不平衡度；三相电压、电流各序分量；基波电压、电流，功率、功率因数、相位等，谐波（2～50次）。包括电压、电流的总谐波畸变率、各次谐波电压、电流含有率、有效值、功率等，谐波群，间谐波电压波动、闪变。可输入57.7V/100V或220V/380V。

静态无功补偿

ANSVG100-400

光伏并网时主要提供有功功率，这样市电侧有功减少，而无功不变，这样会导致功率因数降低，通过无功补偿装置可以提高系统功率因数。

防逆流装置

ACR10R-D10TE4

防止光伏系统向电网输送功率，用于三相光伏发电系统

直流电表

DJSF1352

电压输入DC750V，电流输入DC300A/75mV，在分布式光伏项目中适用于储能回路等直流信号设备电量测量和电能计量使用

DJSF1352RN

PZ96L-DE

逆变器

逆变器推荐：

阳光电源组串式逆变器SG(30~110)CX系列、SG136TX、SG225HX、SG320HX

华为商用逆变器SUN2000-30/36/40KTL-M3、SUN2000-60KTL-M0、SUN2000-100KTL-M0

固德威GW（25~80）K-MT、GW100K-HT、GW120K-HT、GW136K-HTH等

锦浪GCI-3P(12-25)K、GCI-(25-110)K、GCI-(125-230K)-EHV-5G等

推荐通讯方式RS485

5.5.310kV或35kV并网

根据《国家能源局关于2019年风电、光伏发电项目建设有关事项通知》（国发新能〔2019〕49号），对于需要国家补贴的新建工商业分布式光伏发电项目，需要满足单点并网装机容量小于6兆瓦且为非户用的要求，支持在符合电网运行安全技术要求的前提下，通过内部多点接入配电系统。

此类分布式光伏装机容量一般比较大，需要通过升压变压器升压后接入电网。由于装机容量较大，可能对公共电网造成比较大的干扰，因此供电部门对于此规模的分布式光伏电站稳控系统、电能质量以及和调度的通信要求都比较高。

光伏电站并网点需要监测并网点电能质量，包括电源频率、电源电压的大小、电压不平衡、电压骤升/骤降/中断、快速电压变化、谐波/间谐波THD、闪变等，需要安装单独的电能质量监测装置。

上图为一个1MW分布式光伏电站的示意图，光伏阵列接入光伏汇流箱，经过直流柜汇流后接入集中式逆变器(直流柜根据情况可不设置)，最后经过升压变压器升压至10kV或35kV后并入中压电网。由于光伏电站装机容量比较大，涉及到的保护和测控设备比较多，主要如下表：

名称

图片

型号

功能

应用

光伏运维云平台

AcrelCloud-1200

监测光伏发电功率、发电量、功率曲线、发电日月年报表、设备信息、故障报警、气象数据等

应用于6MW以下光伏变电站

电力监控系统

Acrel-2000

电力监控系统，实现对光伏发电站。测、。信、。控、异常报警、故障记录和分析等功能，接收调度系统指令对光伏电站进行调节和控制。

并网柜

AZG光伏并网柜

容量涵盖范围广，可涵盖2000A以下用户并网需求；

安装方便，外观美观大气；

可选配检有压合闸、失压跳闸等功能，对光伏系统进行失压，欠压保护，及自动合闸功能；

可预留独立铅封计量室，光伏发电一目了然；

可根据客户需求配用国内外知名品牌厂家元件；

可选配电能质量在线监测装置检测光伏发电系统的各电参量，并与后台联机通讯，实现智能化管理；

可选配防孤保护及逆功率保护功能；

具有RS485通讯接口，使用ModBus-RTU通讯协议

汇流箱

APV光伏汇流箱

防护等级为IP65，满足室内外安装要求；

采用霍尔传感器，隔离测量，16路输入；

耐压DC1kV，熔断电流可选择；

可选电压测量功能，测量电压DC1kV；

具有RS485通讯接口，ModBus-RTU通讯协议；

可根据客户需求配用国内外知名品牌厂家的光伏专用直流断路器，光伏专用直流熔断器、防雷保护器等元件。

智能网关

ANet-1E2S1-4G

嵌入式linux系统，网络通讯方式具备Socket方式，支持XML格式压缩上传，提供AES加密及MD5身份认证等安全需求，支持断点续传，支持Modbus、ModbusTCP、DL/T645-1997、DL/T645-2007、101、103、104协议，支持和调度系统远动通讯。

微机保护测控装置

AM5SE

适用于35kV和10kV电压等级的线路保护测控、变压器差动、后备保护测控等功能

电能质量监测

APView500

电网频率，电压、电流有效值，有功功率、无功功率、视在功率及功率因数，电压偏差，频率偏差，三相电压不平衡度、三相电流不平衡度；三相电压、电流各序分量；基波电压、电流，功率、功率因数、相位等，谐波（2～50次）。包括电压、电流的总谐波畸变率、各次谐波电压、电流含有率、有效值、功率等，谐波群，间谐波电压波动、闪变。可输入57.7V/100V或220V/380V。

弧光保护装置

ARB5

集保护、测量、控制、监测、通讯、故障录波、事件记录等多种功能于一体，准确实时监测弧光信号，保护电流，适用于中低压等级电网的弧光故障迅速切除装置。

光伏汇流采集装置

AGF-M16T

一次电流采用穿孔方式接入，20A，穿孔方式接入，安装方便，安全性高

带3路开关量状态监测，可以对汇流箱内的防雷器、断路器状态进行监控

具有内部测温功能，可实时监测箱内温度，保证电气安全

具有DC1500V母线电压测量功能

具备RS485接口，Modbus-RTU协议，将监测数据上传至后台系统

直流电表

DJSF1352

电压输入DC750V，电流输入DC300A/75mV，在分布式光伏项目中适用于储能回路等直流信号设备电量测量和电能计量使用

DJSF1352RN

PZ96L-DE

多功能电表

APM800

各电压等级全电气参数测量、计量和状态量采集

逆变器

逆变器推荐：

阳光电源集中式逆变器SG500MX等

华为商用逆变器SUN2000-196KTL-H3、SUN2000-175KTL-H0等

固德威GW100K-HT、GW120K-HT、GW136K-HTH等

锦浪GCI-(125-230K)-EHV-5G等

推荐通讯方式RS485

6 结束语

总而言之，光伏发电系统是非常重要的。通过光伏发电系统，可以将太阳能转化成电能，从而减少电网电力的消耗，提升建筑的环保性。因此，必须要重视光伏发电系统的应用，合理加快对光伏发电系统的改造，以早日普及太阳能的利用。同时，光伏发电的成本和收入比也非常低。从而实现经济效益。