武进影艺宫是江苏省常州市2010年城建十大工程之一,其造型神似一只展翅的凤凰,多面的晶体造型、独特的钢结构、屋面的空中花园、绚丽的灯光效果,构成了“凤凰”七彩斑斓的双翼,因而又名“凤凰谷”。在设计之初,除了考虑独特的外观造型外,把利用太阳能等清洁能源也作为该建筑的特色,成为常州市低碳、环保理念的又一示范性工程,让常州更为宜居。
常州市东君光能科技发展有限公司在2012年承接武进影艺宫屋顶光伏工程,在“凤凰”的一只翅膀上安装了320片260W双玻透光组件,从而实现光伏与建筑一体化的完美结合。该工程装机总容量为83.2KW,年发电量为103843KWH,每年减排二氧化碳114227KG,实现了绿色、环保、节能的既定目标。
图1. 影艺宫光伏工程(外观)
Ø 项目特点
1. 光伏建筑一体化。光伏工程项目组件平行于屋顶安装,充分利用建筑表面,将太阳能电池组件作为建筑构件的一部分。太阳能电池组件与屋面倾角为30度,是常州地区并网发电最佳倾角;
2. 光伏系统采用低压侧并网,将光伏发电最大化。一般情况下,光伏系统所发电量会直接被影艺宫的用电设备消耗掉,低压侧并网可避免送电至外网过程中的损耗,最大利用光伏发电。
3. 采用组串式并网方案,提高发电效率。减少直流侧故障点对整个发电量的影响,减少了光伏组件最佳工作点与逆变器不匹配的情况,增加了发电量和系统的可靠性。
Ø 技术难点与创新
1. 解决超大尺寸的双玻组件生产、运输、安装问题
由于该项目中采用双玻太阳能组件作为透明的采光顶直接作为屋面的构件,为了保证通光率以及与整个屋面结构的匹配,该项目在设计时就采用2495*1180mm的双玻组件。如此大尺寸的双玻组件在目前全国乃至世界范围内都是极其少见的,原因在于如下几点:
①玻璃组件的双向尺寸大,单块组件重量达78KG,且生产工艺复杂;
②由于玻璃尺寸大,导致组件中部应力集中,极易在生产、运输、安装及使用过程中破裂;
③双玻组件的成品率在业内仅为80%左右,提高成品率可降低整体工程造价。
东君光能基于多年的电池板生产与研发的经验,在该项目设计之初就充分预计到这些技术难点。然而,本着勇于创新的开拓精神和严谨的做事风格,东君光能的生产和研发团队完美的攻克了难关,主要创新点体现在如下几个方面:
①用PVB代替传统的EVA作为双玻组件的封装胶膜,从而保证双玻组件在生产过程中不存在气泡,且长期使用之后不会发生变黄;
②经过一系列的工艺改进和优化,东君光能将双玻组件的一次成品率提高到了97.87%,大大高于行业内80%的水平;
③采用4mm与6mm两种厚度的玻璃叠层,同时改进组件副框的结构设计,从而克服了尺寸过大应力集中所存在的安全隐患;
④在施工工程中采用分批次运输、分楼层吊装的施工方法,将运输破损率降低到1%以下,吊装破损率降低到2%以下。
2. 太阳能组件与屋面构件结合美观的问题
影艺宫的光伏工程虽然是屋面工程,但是可以从地面以及建筑内部看到整个光伏工程的外观,因此光伏工程本身也是整个景观的有机组成部分。
东君光能的系统工程团队在每一个细节上都充分考虑到美观性。在组件线缆的走线方面,创新性地采用从组件副框接线盖板上开孔引线至汇流箱,在组件串接过程中的光伏电缆连接线都在100*100的桥架内对接完成。而桥架则沿主钢梁下沿架设,采用不锈钢支架固定。
3. 最大效率的发挥光伏系统发电效率
在光伏系统设计中,组串方式的选择、系统中各个电气零部件的功率、工作方式的选择是关系到光伏系统的发电效率、系统稳定性、后期维护的方便性的至关重要的方面。影艺宫的光伏工程系统设计的创新点体现如下几个方面:
①影艺宫光伏系统采用低压侧并网。一般情况下,系统所发电量会直接被影艺宫的用电设备消耗掉,这样避免送电至外网过程中的损耗,最大利用光伏发电。
②采用5个太阳能组串并网模块,精细化逆变,提高发电效率,减少直流侧故障点对整个发电量的影响。
④采用国际知名品牌的MPPT光伏逆变器,进行组件的最大功率点跟踪,提高光伏系统的发
4. 多重安全措施保障系统的运行
将光伏组件作为建筑构件,安全可靠的防雷接地系统是十分重要的。除了常规的防雷接地系统外。另外,在该系统在光伏侧增加直流保护汇流箱,配置光伏专用直流防雷模块、直流熔断器和断路器,提供防雷及过流保护。用多重措施来保证系统的安全性。
Ø 环境效益与经济效益
影艺宫光伏工程中,系统组件的装机容量为83.2kw。从2013年2月1日接入电网开始,到2013年6月为止的4个月中,实际发电量为:36884kwh。
根据数学模拟,该光伏工程的年平均发电量为103843 kwh左右,25年累计发电量为2596059 kwh左右,25年节省标准煤1001282 kg,25年减排CO2 2824126kg,25年减排SO2 23107kg,25年减排NOX 11297kg,25年减排粉尘5777kg。
图2. 第三方检测人员对该工程进行检测
常州市东君光能科技发展有限公司历时2个多月,通过技术改进与创新,顺利完成“凤凰谷”光伏屋顶项目,并通过专业第三方检测,检测数据与模拟数据吻合,为“凤凰”的真正腾飞添加了取之不尽的绿色清洁能源。