一种太阳能供电建筑的结构设计和实施方案.pdf

本发明是一种新型的太阳能供电建筑结构设计和实施方案，属太阳能利用技术领域，具体为一种太阳能光伏建筑集成系统。它由3个独立的系统组成：太阳能光伏屋顶系统、太阳能光伏集中供电系统、太阳能独立照明系统。其中，前二者的系统由太阳能光伏电池阵列、蓄电池、控制器、逆变器、交流配电器、监测系统、直流负载和交流负载经电路连接组成。屋顶系统适用于单幢建筑，集中供电系统适用于整个小区。独立照明系统适用于单盏照明灯。三个系统组合，优化了小区太阳能资源的利用，针对小区不同对象进行分别处理，以保持小区安全、有效供电，达到节能、省钱的目的。

1.  一种太阳能供电建筑设计和实施方案，
其特征在于由下述三个独立系统组成：太阳能光伏屋顶系统、太阳能光伏集中供电系统、太阳能独立照明系统；其中：
(1)太阳能光伏屋顶系统由光伏电池阵列(1)、蓄电池(2)、控制器(3)、逆变器(4)、交流配电器(5)、监测系统(6)、直流负载(7)和交流负载(8)经电路连接组成，其中，控制器(3)用于控制光伏电池阵列对蓄电池的充电，使充电电压和电流平稳、快速、高效，同时保护蓄电池，避免过充电和过放电现象的发生；控制器(3)还为直流负载(7)提供稳定的直流电；逆变器(4)将光伏电池阵列(1)和蓄电池(2)提供的低压直流电逆变成220伏或380伏的交流电，提供给交流负载(8)使用；交流配电器(5)提供交流负载(8)在太阳能供电方式和市电供电方式之间的切换；监测系统(6)提供对整个系统运行情况的监测；
本系统中，光伏电池阵列(1)设置于建筑物屋顶上，控制器(3)对蓄电池(2)和逆变器(4)进行远程监控，交流负载(8)为该幢建筑物的走廊灯、门户灯、门号灯和本幢建筑物周边地域的公共照明设施；
(2)太阳能光伏集中供电系统与前述太阳能光伏屋顶系统相同，只是其中的光伏电池阵列(1)设置于集中供电的建筑物屋顶，而交流负载8为整个小区或庭院的庭院灯、道路灯、景观灯、公用电话、防盗设施、监视器、喷水景观等用电设施；
(3)太阳能独立照明系统由光伏电池阵列(1)、蓄电池(2)、监测系统(6)和直流负载(7)经电路连接组成；这里，一个独立照明系统就是一盏太阳能灯；该系统提供小区或庭院的部分路灯、草坪灯、庭院灯的照明供电。

2.  根据权利要求1所述的太阳能供电建筑设计和实施方案，
其特征在于负载使用的照明灯为节能荧光灯。

一种太阳能供电建筑的结构设计和实施方案
技术领域
本发明属太阳能利用技术领域，具体涉及太阳能供电建筑的设计和实施方案。
背景技术
作为一种绿色无污染的可再生能源，太阳能的开发利用已经成为二十一世纪世界经济发展中具有决定意义的重要技术领域，是世界各国可持续发展中能源战略的重要组成部分。而将太阳能应用于展览场馆、道路交通、体育场地、居民小区、机关大院和学校、公园等是国家实施能源战略的重要方面，也成为科研人员和商家企业竞相研发的重要课题。太阳能利用中的重要问题是成本比较高，并且受到天气晴雨的影响，尤其是在阴雨天没有太阳照射时，须将太阳能供电方式及时转换成市供电方式。
发明内容
本发明的目的在于提供一种成本较低、控制方便的太阳能光伏建筑集成系统，为居民小区等场所提供太阳能供电的户外照明。
本发明提出的太阳能光伏集成系统，由下述三个独立系统组成：太阳能光伏屋顶系统、太阳能光伏集中供电系统、太阳能独立照明系统。其中：
(1)太阳能光伏屋顶系统的结构如图1所示。它由光伏电池阵列1、蓄电池2、控制器3、逆变器4、交流配电器5、监测系统6、直流负载7和交流负载8经电路连接组成，其中，控制器3用于控制光伏电池阵列(太阳能电池阵列)对蓄电池的充电，使充电电压和电流平稳、快速、高效，同时保护蓄电池，避免过充电和过放电现象的发生。此外，控制器3为直流负载7(如果有的话的)提供稳定的直流电；逆变器4(即DC/AC转换器)将光伏电池阵列1和蓄电池2提供的低压直流电逆变成220伏或380伏的交流电，提供给交流负载8使用；交流配电器5提交流负载8在太阳能供电方式和市电供电方式之间的切换；监测系统(6)提供对整个系统运行情况的监测。
本系统中，光伏电池阵列1设置于建筑物屋顶上，控制器3对蓄电池2和逆变器4进行远程监控，交流负载8为该幢建筑物的走廊灯、门户灯、门号灯和本幢建筑物周边地域的公共照明设施等。
本系统中，建筑物屋顶可以是平顶、山形，也可以是圆弧形等。
(2)太阳能光伏集中供电系统与前述太阳能光伏屋顶系统相同，只是其中的光伏电池阵列1设置在集中供电的建筑物屋顶，而交流负载8为整个小区或庭院的庭院灯、道路灯、景观灯、公用电话、防盗设施、监视器、喷水景观等用电设施。其中的集中供电的建筑物可建成景观层、展示室、机房等多种功能用房。
3、太阳能独立照明系统的结构如图3所示，它比前2个系统更为简单。它由光伏电池阵列1、蓄电池2、监测系统6和直流负载7经电路连接组成。这里，一个直流负载7就是一个照明灯，一个独立照明系统就是一盏太阳能灯。该系统主要提供小区或庭院的部分路灯、草坪灯、庭院灯的照明供电。这些灯可以美化小区环境，使用安全，并且不需挖沟铺线，省工省电。
本发明中，负载使用的照明灯可选用节能荧光灯，以节省电力开支。
本发明系统中(指屋顶系统和集中供电系统)采用太阳能优先供电方式，即当有太阳照射时，系统优先使用太阳能供电方式，当阴雨天导致太阳能供电不足时，系统自动切换到市网供电，以维持各种照明灯的用电需求；当有太阳能时，系统立即自动切换到太阳能供电方式。
本发明将上述3个系统组合，构成小区太阳能光伏建筑集成系统，将太阳能资源优化组合，对小区的不同对象进行分别处理，以确保小区安全、有效供电，达到节能、省钱的目的。本发明系统可广泛用于居民住宅小区、机关大院、学校、公园、体育场地、展览会馆等场所。
附图说明
图1为本发明太阳能光伏屋顶系统和集中供电系统的结构图示。
图2为本发明太阳能光伏独立系统结构图示。
图3为本发明中控制器电路原理图。
图4为本发明中逆变器电路原理图。
图中标号：1为光伏电池阵列，2为蓄电池，3为控制器，4为逆变器，5为交流配电器，6为监测系统，7为直流负载，8为交流负载，9为市电，10为限流控制器，11为放电控制器，12为再调整器，13为分流调节器。
具体实施方式
本发明中，光伏电池阵列1(即太阳能电池板)面积为100W/m²左右，用支架将其安装在屋顶上，支架采用镀锌角钢，安装要求：确保在12级台风的天气条件下仍安全可靠。安装方位正向朝南，倾角根据安装现场所在地纬度不同而不同，可视情况作±5°的调整。蓄电池2、控制器3、逆变器4等组件设计在一个通风条件好、具有接线装置的专用箱中，既保持箱内空气流通、干燥，又避免阳光直接照射。专用箱的位置尽量地与太阳能电池板位置接近，所减少由于线路所带来的能量损失。
本发明中，控制器的电路原理图见图3所示。它由限流控制10、放电控制11、再调整器12、分流调节器13以及相关开关、继电器等元器件经电路连接组成，并与太阳能电池阵列1和交流配电器电路连接。其基本作用是为蓄电池2提供最佳的充电电流和电压，快速、高效、平稳地为蓄电池2充电；并在充电过程中减少损耗，尽量延长蓄电池的使用寿命；同时保护蓄电池，避免过充电和过放电现象的发生。如果用户使用直流负载，通过控制器为负载提供稳定的直流电。
本发明中，逆变器4电路原理图见图4所示。它由左半部分的蓄电池过充、放电保护电路和右半部分的单管自激式逆变器电路组成。其中，L₁、L₂是输出变压器，L₃是反馈线圈，C₁、C₂、C₃是电容，R₁是可调电阻，R₂、R₃为电阻，J为继电器，T₁为三极管(晶体管)，D₁为二极管。电源接通时，通过电阻R₁使晶体管T₁导通，使L₁的电流I₁增加，正反馈使T₁进入饱和状态。电容C₁的电位不断降低。当电流I₁达到饱和时，电感电流I₃≈0，晶体管T₁的V_be被钳位到某一负电位，晶体管T₁迅速截止，I₁≈0，电源又通过R₁给C₁充电。当电容端电压达到一定值时晶体管T₁重新导通。这样晶体管T₁周期性地从饱和区进入截止区，在线圈L₂上产生交流电输出。