簡介
威海市民文化中心工程總建築面積耐地上四層, 地下一層, 主體高錐體高南北長東西長南側、北側包括婦女兒童活動中心、藝術館、博物館等多個部分。屋頂中部安裝非晶矽光伏發電系統屋頂四角和中間為最高點向落水口處降低形成雙曲屋面。
整個屋頂面積周邊採用相近顏色玻璃保證屋頂波浪效果的連續性。光伏玻璃組件採用四邊形擬合曲面既滿足發電功能不受影響, 也確保建築性能不變。屋頂光伏系統的設計和套用無論從外觀還是從功能上都是該建築的畫龍點睛之筆。波浪形的雙曲屋面是整個建築的建築特色, 也是外維護結構的難點和重點之處。屋頂整箇中部安裝的非晶矽光伏系統直流總功率由塊非晶矽組件組成 。
陰影分析
由於光伏屋頂並不是整個建築的最高點玻璃錐體部分有可能會對光伏區域造成遮擋, 因此必須通過整體的建模對光伏屋頂進行環境模擬分析。只有通過正確的電池板布置方式能儘量消除陰影遮擋對整個光伏系統造成的影響。其次分析受遮擋區域的遮擋程度按電池遮擋程度不同和朝向不同劃區域設計組件並串聯儘可能確保電流、電壓的穩定輸出。
材料選擇
為了滿足建築師對屋面有如海浪一樣與大海藍天和諧呼應的要求該項目採用了非晶矽薄膜電池。當非晶矽薄膜電池作為一種建築材料被用於屋頂的時候它便由一種電氣產品變成了一種建築結構構件安全性能成為必須滿足的必檢項。
非晶矽薄膜電池基片為玻璃即附有透明導電氧化物薄膜的玻璃標準的非晶矽薄膜電池在結構上其實就是, 浮法玻璃鋼化夾膠玻璃。根據一《玻璃幕牆工程技術規範》規定
夾層玻璃的單片厚度不宜小於5mm。
因此, 無論從結構計算還是規範的構造要求上講, 這種組合的電池均不能滿足建築結構要求。同時為了配合屋頂主體鋼結構的建築模數, 並滿足建築採光美觀要求, 我們在組件設計上選擇了用二次層壓的方法將片電池組合成的均非晶矽光伏組件。在合成的過程中將片電池串聯成一個標準功率為、僅有一個出線盒的標準組件單元。
系統防雷設計
太陽能電池陣列安裝在屋頂當雷電發生時太陽電池方陣會受到雷擊的侵入。系統具有的防雷措施為太陽能電池直流側採用防雷電涌保護器起到防雷擊保護作用太陽能電池板安裝框架和支架與建築物防雷接地系統進行可靠連線對所有線槽金屬外殼進行可靠接地處理以削減雷電波侵入的幅值《引在屋面採用必鍍鋅鋼筋形成格線在每間距左右設一根導電通路, 導線下端與鋁主梁接通。
支撐系統設計
1.調節系統
在主次支撐結構樑上按設計需要安裝可升降調節桿, 將四角處調節桿調節到該部位曲面所需要的那一個平面再根據所需高差調節其它調節桿。放置非晶矽光電板於調節桿上方, 將帶有槓桿功能的玻璃壓塊滑至螺釘孔處緊固螺栓。玻璃安裝完成後保證了原設計效果。
2.龍骨支撐系統
主梁通過可調節連線件與主體鋼結構連線, 保證採光頂安裝精確性。主梁間留有不小於巧間隙可調節隨溫度變化引起的伸縮。主梁與主體鋼結構之間用螺栓連線三維可調主梁接頭採用插接式次梁與主梁之間用螺釘或螺栓連線。這樣採光頂形成單獨的鉸支結構體系使採光頂本身具備吸收和消化變形的能力具有施工方便、受力合理,並能與主體結構協調一致的抵抗外部突發作用 。
光伏區域劃分設計
威海市民文化中心光伏屋頂投影面積時除去邊部異形光伏組件, 光伏發電面積, 塊光伏組件依據安裝位置和傾斜角度劃分為個光伏區域。區域劃分須遵循條原則《同一區域光伏組件受光照情況儘量一致《每個區域對應一處集線點, 集線點位置應能使多數組件到達集線箱距離短, 最節省光伏電纜用量一般集線點在區域的中心位置為最佳綜合考慮直流集線箱的安裝條件和主線槽的鋪設路徑。
屋面的曲形結構使得不同區域的光伏組件受光照條件不一致由東向西、由南向北、由西向東、由北向南傾斜的板塊在同一時間接受太陽的差異比較大若選用集中式大型逆變器雖然能節省工程造價但因組串的失配會致使逆變器和組件效率大大降低, 嚴重影響發電量並縮短光伏組件壽命。因此, 本工程設計選用多個小型併網逆變器, 每個逆變器對應一個光照一致的光伏區域, 既能保證組件最大功率點一致又能保證逆變器最大功率點跟蹤跟蹤的精確度, 實現逆變器和組件的最大轉換效率達到性能最優、發電最大。
併網設計
逆功率檢測保護控制器是用來檢測太陽能光伏發電系統併網點所連的變壓器低壓側總出線的總輸出功率根據檢測到的功率大小輸出相應信號控制執行機構動作。逆功率檢測保護控制器對低壓側總輸出進行閉環檢測, 根據檢測總輸出功率的大小輸出相應信號控制光伏發電系統個迴路投入併網運行或切斷併網。
當檢測到變壓器二次側低壓母線總負載消耗小於光伏發電系統時控制器將逐個切斷光伏迴路直到光伏發電功率小於負載消耗功率當逆功率檢測保護控制器檢測到逆向倒送電時控制將所有的光伏發電系統迴路切斷, 停止光伏發電系統併網, 不向外部電網反送電能。
總結
威海市民文化中心275kw光伏屋頂項目, 採用的非晶矽薄膜電池可以真實得像鍍膜玻璃一樣與建築完美結合。它不僅為建築提供電力, 還為社會創造能源、減少排放。這項工程技術具有高性能、高質能滿足建築幕牆、屋頂等場合使用填補了我國空白, 達到了國際先進水平 。
