太阳能光伏幕墙施工技术

光伏幕墙是玻璃幕墙的一种特殊形式，是以幕墙的形式将光伏组件安装在建筑物上，使它既具有玻璃幕墙的建筑物围护结构功能，又可以利用太阳能发电的双重用途。本文所述工程中光伏发电系统的并网方式采用不可逆流并网发电，即光伏并网系统所发的电由本地负荷消耗，多余的电不允许通过低压配电变压器向上级电网逆向送电。

光伏幕墙由固定光伏幕墙玻璃板块钢结构、带有太阳能光伏组件的中空玻璃、电缆线槽、直流防雷汇流箱、逆变器、交流配电柜、逆流检测配电箱光伏并网配电箱、环境检测装置及光伏发电监控系统组成。其工作过程为太阳能光伏组件将太阳辐射能量转换为直流电能，电能通过光伏电缆输出到汇流箱进行并联扩流，再由汇流箱输出到逆变器；由逆变器将直流电转换为交流电，输出到交流配电柜中，然后由交流配电柜输出到逆流检测配电柜中，以防止光伏系统所发的多余电量通过低压配电变压器向   上级电网逆向送电；最后由逆流检测配电箱输出到并网配电柜中为负载供电。

光伏幕墙可安装在建筑物的屋面或向阳面外墙上。由于太阳能光伏发电不消耗资源且不排放温室气体、废气和废水；没有机械磨损、无噪声；运行维护管理简单，可实现无人值守；无须另外占用土地；太阳能又是取之不尽用之不竭的资源，这些优点使太阳能光伏发电成为极具发展前景的发电技术，也是太阳能利用的重要形式。近年来，全球光伏产业发展迅速，现已成为全球最受重视的新能源发电技术。

1   工程概况

某开发区项目所处地区年平均气温为14°C，光伏幕墙置于该工程5号楼屋面，幕墙总建设面积为27545.4m ² ，其中光伏幕墙为1600m ² （图1 ） 。共使用带光伏组件幕墙中空玻璃板块383块。

图1  5号楼屋面光伏幕墙外观

2   太阳能光伏幕墙钢结构

光伏幕墙的承重钢构件与普通玻璃幕墙采光顶承重钢结构基本相同，但由于光伏玻璃板块比普通玻璃幕墙板块重量大，所以光伏幕墙的承重钢构件规格型号及尺寸，必须与设计相符，以满足光伏幕墙的承重要求。太阳能光伏幕墙的中空玻璃通过附框，固定在承重钢结构上（图2 ） 。

图2  太阳能光伏组件固定

3   太阳能光伏幕墙的中空玻璃

本工程太阳能光伏组件的中空玻璃构造与普通的中空玻璃区别在于，室外片的太阳能光伏组件是中间夹有光伏电池片的组合玻璃片，由8mm超白钢化玻璃、228mmPVB与电池片、8mm普通钢化玻璃、16mm中空腔及室内片组成；光伏幕墙玻璃板块的室内片为夹胶玻璃，由8mm普通钢化玻璃、152mmPVB和8mm普通钢化玻璃组成（图3 ） 。

图3  太阳能光伏组件结构示意

该工程光伏幕墙中空玻璃板块尺寸为2083mmx1567mm。每块太阳能光伏组件玻璃板块内置60片太阳能电池片，通过汇流条串联在一起（图4 ） ，每块太阳能光伏组件玻璃板块设置一正一负出线。

4   光伏发电系统

太阳光照下，半导体与金属组合部位间产生电位差的现象叫做太阳能光伏效应，简称光伏，在该效应作用下，太阳能电池两端可产生电动势，将光能转换成电能。本工程为多晶硅太阳能电池片，电压为0.5V，功率3.5~4.0W，由于一个太阳能电池片只能产生0.5V的电压，远低于实际应用所需，故将太阳能电池片串联成为太阳能光伏组件，本工程光伏玻璃板块内置60片电池，其理论电压为30V，实测电压为33.15V ，峰值功率为240W。

本工程光伏发电系统由光伏发电装置系统、逆流检测装置系统、环境检测装置系统和光伏监控装置系统等4部分组成。光伏发电装置系统主要包括太阳能电池组件、太阳能电池方阵、汇流箱、逆变器、交流配电柜、逆流检测配电柜和光伏并网柜；逆流检测装置主要包括互感器、逆流检测柜；环境检测装置主要检测风速、风向、太阳光辐射照度、环境温度和太阳能光伏组件温度；光伏监控系统主要监控光伏系统的发电情况、逆变器的运行情况、逆流检测装置的情况和环境检测装置的数据等。

由于应用中需要较高的电压和电流，而单个太阳能光伏组件无法满足要求，故将20块内置太阳能电池片的光伏幕墙中空玻璃板块的组件用电缆进行串连，形成光伏组串，以提高至所需电压；然后将太阳能光伏组串用电缆并联接入汇流箱以提高至所需电流值，将电压和电流合理分配达到最高效率。经现场实测，该光伏组串板块的电压值为627~666V。

光伏汇流箱主要作用是对太阳能光伏组串进行一级汇流，并减少光伏电池组串接人到逆变器的连接线数量，以提高电流，优化系统结构，提高可靠性和可维护性，同时具有直流防雷功能。因此太阳能光伏组串符合要求后，应将其正负极接人光伏汇流箱。

逆变器是将太阳电池组件产生的直流电转换为交流电的部件，本工程采用不可逆并网光伏发电的方式，设有15kW逆变器5台，10kW逆变器2台，其额定交流电压实测为400V，合计383块带组件的光伏幕墙中空玻璃板块总功率为4x60x383 =91.92(kW)，符合设计要求。

光伏发电系统交流配电柜主要由输人模块、输出模块、防雷模块、空气开关、电压表和电流表组成，主要作用为将逆变器产生的交流电能并联后输出，接入并网点，并具有隔离逆变器与电网及交流接地作用。

逆流检测装置系统主要用于防止光伏发电系统的多余发电量进入电网，影响电网的电能质量。其工作过程为安装在变压器低压侧的CT互感器时刻检测光伏发电系统的电流流向，当互感器检测到光伏发电的电流有流出变压器低压侧时，防逆流控制柜立刻会断开光伏发电系统，使多余的电量不会流向电网，造成逆流送电。

光伏发电监控系统作用是监控汇流箱、逆变器、电表和环境检测装置的运行情况，以保证光伏发电系统的正常运行等。

光伏发电系统并网配电柜主要由输人模块、输出模块、防雷模块和空气开关组成，主要作，用为隔离逆变器、并网、防雷。

环境检测装置主要作用为检验光伏发电系统的发电量及工作效率等是否正常，使光伏发电系统保持较高的运行效率。