以某场馆实际进行光伏发电系统改造为例，从设计角度对太阳能光伏发电系统进行分析，介绍了该类项目设计的一般步骤及要点，对集中光伏发电系统的实际应用方案进行探讨。
当今全球能源十分紧缺，节约能源已成为大势所趋，各国都在倡导节能减排。我国正处于工业化中期阶段，加快发展战略性新兴产业是我国转变经济发展方式，引领未来经济社会可持续发展的重大战略选择。
集中光伏发电系统利用光伏组件半导体材料的“光伏效应”，将太阳光辐射能直接转换为电能的一种新型发电系统，是一个战略性新兴产业。其具有资源的广泛性、充足性以及清洁性等优点，是21世纪最重要的新能源。
本文通过对某民用建筑场馆进行集中光伏发电系统并网改造，浅谈了该类建筑进行太阳能集中光伏系统设计的步骤和要点，对光伏系统划分、光伏组件要求及其监控系统设计进行探讨。
1.工程设计
1.1工程概况
本工程进行改造设计的场馆为某展贸中心，其建筑楼顶屋面较为空旷，整体建筑为正南向，建筑群南向无高大建筑物，整体日照条件良好，比较适合光伏发电系统建设。本项目选择该场馆部分楼梯建筑的屋顶闲置区域安装太阳能电池板。本项目设计范围主要为光伏发电及监控系统，建成后将达到装机容量为1.002MWp。
1.2现状用电情况分析
该场馆现有1个高压室和2个低压室，共有15台配电变压器。展馆用电时间集中在8：00-20：00，其中绝大部分用电负荷为照明及插座用电，照明用电量450万千瓦时。
该场馆作为商业用电项目，用电主要集中在白天，而光伏发电系统的工作时间亦为日间有良好日照条件的时段，本项目特别适合安装太阳能发电系统，即始发点可消耗，供应各楼馆的日常照明负载，不足部分由市电补充，不向电网倒送电。
1.3设计思路
设计过程按照“节能环保，技术先进，经济合理”的设计原则，结合类似项目的成功经验提出本项目的设计思路：
1)了解现状场馆用电情况，合理选择方案和技术标准;
2)结合现状场馆结构特点，进行光伏组件阵列布置;
3)积极采用新技术、新材料和新工艺;
4)重视建筑美观，尽量避免屋面光伏组件对现有建筑外观的破坏。
1.4工程设计方案
1.4.1光伏发电系统设计
集中光伏发电系统主要有四种架构，即独立离网发电系统、多能源离网发电系统、市电为备用离网发电系统及直接并网发电系统。本工程采用直接并网发电系统。
1.4.1.1光伏子系统划分
根据场馆屋面现状地理位置，将整个系统划分为多个子系统。本工程将系统分为13各子系统，每个子系统设置一个并网点，根据各子系统安装屋面的安装光伏组件数量不同，各子系统装机容量也不同。
1.4.1.2光伏组件阵列设计
太阳能板能够最大限度的接收太阳光照，需要对太阳能板的倾角进行确定。一般确定原则：冬至当天早9：00至下午3：00 ，电池方阵不应被遮挡。其最佳倾角应能使处于该倾角下的方阵全年能获得最多太阳辐射。经计算软件计算，本系统中固定式太阳能板的最佳倾角为20°。在这一倾角下，太阳方阵全年将获得最多太阳辐射量。
1.4.1.3光伏发电系统配置：
系统类型：分布式低压并网型;
安装方式：20°倾角，正向朝南安装，采用钢结构支架配重安装;
安装组件：4179块240Wp多晶硅光伏组件;
并网逆变器：6台50kW并网逆变器、7台100kW并网逆变器;
装机容量：1.0MWp;
1.4.2 监控系统设计
为更好地把握光伏阵列现场的环境气候情况及更准确得知光伏发电系统运行情况，需要对光伏系统运行及周围环境指标进行监视。监控数据传至现状楼宇控制中心，由相关人员进行该数据采集、查看。
监控系统要求实现以下基本功能：
(1)监控软件能实现环境监测功能、逆变器和防逆流监控功能，主要包括日照强度、风速、风向和环境温度、电池组件温度等参数;
(2)每隔一定时间存储一次系统所有运行数据，包括环境数据。故障数据需要实时存储。
(3)能够分别以日、月、年为单位记录和存储数据、警告、故障信息等;如实时发电总功率、当日发电量、当月发电量累计总发电量、风向、温度数据等。
(4)可通过监控软件对逆变器进行控制，可以用表格的形式存储数据，并可以图表的形式显示系统运行情况。
1.4.3防雷接地系统设计
利用建筑现有接地系统，光伏组件与建筑接地系统连接;直流汇流箱内置高压直流断路器、直流汇流排及防雷元件;并网逆变器自身具有防雷保护装置;交流配电柜内部设置防雷元件;系统接地电阻不大于1欧。
1.4.4主要设备参数要求
1.4.4.1太阳能电池板组件
本项目设计选用高光电转换效率的多晶硅太阳能电池组件，转换效率为15%，单块峰值功率为 240Wp。组件满足国际标准光伏组件标准 IEC61215，获得经过ISO25导则认可的专业产品检验实验室依据IEC61215标准进行的检验认证。
1.4.4.2 并网逆变器组件
本设计采用光伏组件分散布置，并网逆变器集中管理，根据各栋楼楼面的安装面积选择合适的并网逆变器，所有种并网逆变器皆为组串型并网逆变器。
并网逆变器需有MPPT功率跟踪方式，保证转换效率始终工作在最佳状态。当日照强度和环境温度变化，光伏电池输出电压和电流呈非线性关系变化时，其输出功率也随之改变。逆变器可调节光伏组件的发电电流、电压，能使整个光伏系统始终保持在最大功率输出。
2.结束语
太阳能集中光伏具有很大优越性，是符合未来发展需要的能源，本文通过某场馆的集中光伏发电系统设计实例，阐述了该系统应用于民用建筑工程的可行性。随着科技发展，相信在不久的将来会有更多的光伏发电项目应用于民用建筑领域。
