CN205134669U - 一种新型光伏节能直流建筑 - Google Patents

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Abstract

本实用新型公开了一种新型光伏节能直流建筑，它包括光伏发电组件、直流配电***和负载，建筑的屋顶采用多个倾斜屋面和多个水平屋面相间连接的设计方式，倾斜屋面与水平屋面之间具有连接屋面，连接屋面采用采光窗设计，光伏发电组件设置于该倾斜屋面之上，光伏发电组件与直流配电***相连并能将其产生的高压直流电送至直流配电***，以供负载使用。它具有如下优点：美观、节能、能保证长时间的持续供电。

Description

一种新型光伏节能直流建筑
技术领域
本实用新型涉及能源与建筑的结合领域，尤其涉及一种新型光伏节能直流建筑。
背景技术
随着化石能源的不断消耗，我国的工业化、城镇化水平的不断提高，用电负荷急剧增长，传统发电方式和传输方式已不能满足人们的用电需求，开发利用新能源发电技术成为迫在眉睫之事。而取之不尽用之不竭的太阳能首当其冲，具有巨大的开发潜能。太阳能发电技术应用形式主要分为大型光伏并网电站，分布式光伏发电***。对于分布式光伏发电***，太阳能发电与建筑物相结合形成的光伏建筑是一种极为重要的形式。从光伏材料与建筑结合形式来看，主要有两种方式：一种是简单的利用建筑屋顶布置光伏电池板；另外一种是光伏材料与建筑深度结合。前者是将光伏方阵依附与建筑上，建筑物起支撑作用。后者将光伏器件与建设材料集成化，用光伏器件代替部分建材，即用光伏发电组件来做建筑物的屋顶、外墙和窗户，这样既可用做建材也可用来发电。对于已建成的建筑而言，前者是最具经济性和便利性；而对于我国城镇化高速发展过程中，新建设的建筑，尤其是现代化企业、物流仓储、现代化住宅等，将光伏发电与建筑深度结合，对于我国的建筑节能减排是极为重要的举措。
对于光伏建筑而言，用传统的方法在一般的屋顶上安装光伏发电组件，具有不少缺点，如安装时需要大量的光伏支架，耗费成本，而且还影响建筑物的美观，特别是在平屋顶上搭建光伏发电组件需占据屋顶更多的空间。而对于斜屋顶结构而言，此类屋顶建设是为考虑到阳光直射的效果，安装太阳能电池板可能达不到最佳效果，因此新建的光伏建筑需要一种更好的方案，以兼顾更大化利用光伏发电资源、更好的发挥建筑自然采光以及优化建筑外观等要求。此外，现代化建筑内直流负荷越来越多，如LED照明、电视机、通风设备、网络设备、直流空调、直流冰箱等等，如利用光伏所发的直流电，以现有的交流供电方式给直流电器供电，需经过先逆变再整流的过程，增大了能量损耗，如此也制约了光伏应用效率的提高，直接通过直流供电形式可以减少能量损耗，最大化利用太阳能资源。综上所述，需要一种新型光伏节能直流建筑解决方案。
实用新型内容
本实用新型提供了一种新型光伏节能直流建筑，其克服了背景技术中所述的现有技术的不足。
本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种新型光伏节能直流建筑，它包括光伏发电组件、直流配电***和负载，所述建筑的屋顶采用多个倾斜屋面和多个水平屋面相间连接的鳞型屋顶结构设计方式，所述倾斜屋面与水平屋面之间具有连接屋面，所述连接屋面采用采光窗设计，所述光伏发电组件设置于该倾斜屋面之上，所述光伏发电组件与所述直流配电***相连并能将其产生的高压直流电送至直流配电***，以供负载使用。
一实施例之中：所述倾斜屋面和水平屋面之间的夹角与该建筑所在地理位置的纬度相等。
一实施例之中：所述建筑的四周墙面设有多个百叶窗。
一实施例之中：所述建筑的四周墙面设有多个铜铟镓硒薄膜太阳能电池板。
一实施例之中：所述直流配电***包括汇流箱、储能单元、DC/DC整流柜、AC/DC整流柜、DC/DC变换器、DC/AC逆变器及一直流母线，所述光伏发电组件的出线与汇流箱相连，所述汇流箱的出线通过DC/DC整流柜后与直流母线相连，交流市电通过所述AC/DC整流柜后与直流母线相连，所述储能单元与直流母线直接相连，所述直流母线能与负载相连。
一实施例之中：所述负载包括直流负载和交流负载，所述直流母线可通过DC/DC变换器后与直流负载相连，所述直流母线通过DC/AC逆变器后与交流负载相连。
一实施例之中：所述光伏发电组件包括光伏电池板，所述光伏电池板通过支架安装在所述倾斜屋面上，且光伏电池板平行于所述倾斜屋面安装。
一实施例之中：所述连接屋面垂直于水平屋面。
一实施例之中：还包括用于采集、分析和存储直流配电***中各运行数据的智能监控***，该智能监控***包括主监控单元和设于直流配电***中的各监控单元，所述各监控单元与主监控单元数据连接。
一实施例之中：所述建筑的屋顶设有女儿墙，所述每一倾斜屋面对应的女儿墙位置设有一汇流箱，该汇流箱与其对应的倾斜屋面上的光伏发电组件相连。
本技术方案与背景技术相比，它具有如下优点：
传统的光伏建筑往往采用在平屋顶直接安装光伏发电组件，没有考虑采光设计，成本也很高，而本实用新型所述的光伏节能直流建筑巧妙地将光伏发电与建筑屋顶结合，通过鳞型屋顶结构设计，既使得屋顶结构美观又减少支架的成本，同时因为融入了采光窗的设计，既增加了大楼内部自然采光，又能减少室内照明的使用，很大程度上起到节能效果。本实用新型建筑内部使用直流供电方式，且建筑物内大量使用直流负荷，使得整个太阳能供电***几乎为全直流变换，减少了电力电子变换成本及其配电损耗，真正达到节能的目的。
附图说明
下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明。
图1绘示了本实用新型所述的一种新型光伏节能直流建筑的立体结构示意图。
图2绘示了本实用新型所述的一种新型光伏节能直流建筑的侧视图。
图3绘示了本实用新型所述的一种新型光伏节能直流建筑的俯视图。
图4绘示了本实用新型所述的直流配电***的***结构示意图。
具体实施方式
请查阅图1至图3，一种新型光伏节能直流建筑，它包括光伏发电组件100、直流配电***、智能监控***和负载，建筑的屋顶采用多个倾斜屋面10和多个水平屋面20相间连接的鳞型屋顶结构设计方式，倾斜屋面10与水平屋面20之间具有连接屋面30，即建筑的屋顶各屋面的连接方式为倾斜屋面10、连接屋面30、水平屋面20、倾斜屋面10、连接屋面30、水平屋面20，……，依次间隔循环依次连接。倾斜屋面10连接屋面采用采光窗设计，光伏发电组件设置于该倾斜屋面10之上，光伏发电组件与所述直流配电***相连并能将其产生的高压直流电送至直流配电***，以供负载使用。
该建筑的四周墙面设有多个百叶窗40，以增加建筑室内的光线，减少建筑室内照明的使用。该建筑的四周墙面百叶窗位置还可替代设有多个铜铟镓硒薄膜太阳能电池板，由此可相当大程度上增加发电，也更好地体现了建筑节能特性与美观性。
该倾斜屋面10和水平屋面20之间的夹角需结合当地纬度和倾斜屋顶的高低而定，以保证太阳光能够以最佳的角度入射光伏发电组件。优选方案中，该倾斜屋面10和水平屋面20之间的夹角与该建筑所在地理位置的纬度相等。本实施例中，该连接屋面30垂直于水平屋面20，使建筑屋顶呈此起彼伏的类波浪状。
该光伏发电组件包括光伏电池板，光伏电池板通过支架安装在所述倾斜屋面10上，且光伏电池板平行于倾斜屋面10来安装。
例如，以附件厦门地区为例，光伏电池板安装在五组倾斜屋面10上，为了保证光伏电池板的安装可靠性，需要在斜面屋面10上铺设与倾斜屋面10相平行的支架轨道。安装支架轨道之前，需要在倾斜屋面10浇筑水泥墩，作为支架的基础支撑。对于每个倾斜屋面10，考量其长、宽，每个倾斜屋面10浇筑27个，分为三排，每排9个，相邻间距为3.8m，排间距3.25m。水泥墩上需要铺设支架，支架设计参考《建筑结构荷载规范》、《建筑抗震设计规范》等设计标准。设计参数考虑抗震防烈度为7度，基本地震加速值0.15g，厦门地区50年一遇的基本风压0.8KN/m2。横梁选用的尺寸为62＊41.3＊2.5，纵梁选用C形钢，尺寸为100＊50＊15＊2.5。对于这种支架，计算其荷载能力，主要是永久荷载和可变荷载。永久荷载是太阳能电池板重量、横梁和纵梁的重量，通过计算得到为0.191KN/m2，可变荷载主要是考虑风荷载和雪荷载，厦门地区尚无雪荷载，只需考虑风荷载。顺风时最不利荷载为0.892KN/m2，即892Pa，取1000Pa作为屋顶水泥墩的受压能力设计依据，逆风时，取最不利荷载为-0.461KN/m2，即461Pa，取461Pa作为屋顶水泥墩预埋螺栓设计依据。
请查阅图4，该直流配电***包括汇流箱51、储能单元52、DC/DC整流柜53、AC/DC整流柜54、DC/DC变换器55、DC/AC逆变器56及一直流母线57，负载包括直流负载201和交流负载202，光伏发电组件100的出线与汇流箱51相连，汇流箱51的出线通过DC/DC整流柜53后与直流母线57相连，交流市电通过所述AC/DC整流柜54后与直流母线57相连，储能单元52与直流母线57直接相连，直流母线57可通过DC/DC变换器55后与直流负载201相连，直流母线57通过DC/AC逆变器56后与交流负载202相连。该储能单元52可以是铅酸蓄电池等储能设备。
其中，每组倾斜屋面上的光伏电池板依据倾斜屋面的长宽来设计其上电池板的串并联数量，每组倾斜屋面10上的电池板形成一个独立的阵列，每个阵列电池板以先串联后并联的方式接入汇流箱51。本实施例中，该汇流箱51的出线形成300V-700V(依情况而定)的高压直流电，后经DC/DC整流柜53(含MPPT——太阳能控制器)后与直流母线57相连，所述直流母线57上的额定电压为380V(依情况而定)。直流母线57一部分可直接与380V直流负载相连，一部分可通过DC/DC变换器降压至24V(依情况而定)给相应的直流负载供电，该380V直流负载包括直流空调、直流电动汽车充电桩等。该24V直流负载包括直流照明、直流24V配电***。
该建筑的屋顶设有女儿墙，所述每一倾斜屋面10对应的女儿墙位置设有一汇流箱51，该汇流箱51与其对应的倾斜屋面10上的光伏发电组件100相连。
该智能监控***用于采集、分析和存储直流配电***中的各运行数据，该智能监控***包括主监控单元和设于直流配电***中的各监控单元，所述各监控单元与主监控单元数据连接。本实施例中，所述各监控单元与主监控单元通过RS485总线通信连接。该各监控单元分别用于AC/DC整流柜54中、DC/DC整流柜53中、光伏发电组件100中、充电桩中等，该各监控单元都具有采集、分析和存储等功能，能够通过RS485总线将采集的数据或分析的结构上传至主监控单元，主监控单元根据分析控制市电、光伏发电组件、储能单元按照设定的供电逻辑运行，并保持直流母线电压稳定。该市电、光伏发电组件和储能单元在供电运行过程中的运行优先逻辑为：光伏发电组件最优先，而后市电，最后储能单元，即当有太阳能情况下优先使用太阳能供电，当太阳能供电不足情况下采用市电供电(如黑夜来临后)，当太阳能供电不足且市电断电情况下，储能单元作为后备电源可用来供电。该供电逻辑充分利用了绿色能源，而且还能保持长时间的不断电供电，保证居民生活或工厂生产的正常活动。该智能监控***还包括绝缘监测模块，用于对直流母线和各部分对地的绝缘状态进行监测，保证人身和***安全。
以上所述，仅为本实用新型较佳实施例而已，故不能依此限定本实用新型实施的范围，即依本实用新型专利范围及说明书内容所作的等效变化与修饰，皆应仍属本实用新型涵盖的范围内。

Claims (10)

1.一种新型光伏节能直流建筑，其特征在于：包括光伏发电组件、直流配电***和负载，所述建筑的屋顶采用多个倾斜屋面和多个水平屋面相间连接的鳞型屋顶结构设计方式，所述倾斜屋面与水平屋面之间具有连接屋面，所述连接屋面采用采光窗设计，所述光伏发电组件设置于该倾斜屋面之上，所述光伏发电组件与所述直流配电***相连并能将其产生的高压直流电送至直流配电***，以供负载使用。
2.根据权利要求1所述的一种新型光伏节能直流建筑，其特征在于：所述倾斜屋面和水平屋面之间的夹角与该建筑所在地理位置的纬度相等。
3.根据权利要求1或2所述的一种新型光伏节能直流建筑，其特征在于：所述建筑的四周墙面设有多个百叶窗。
4.根据权利要求1或2所述的一种新型光伏节能直流建筑，其特征在于：所述建筑的四周墙面设有多个铜铟镓硒薄膜太阳能电池板。
5.根据权利要求1所述的一种新型光伏节能直流建筑，其特征在于：所述直流配电***包括汇流箱、储能单元、DC/DC整流柜、AC/DC整流柜、DC/DC变换器、DC/AC逆变器及一直流母线，所述光伏发电组件的出线与汇流箱相连，所述汇流箱的出线通过DC/DC整流柜后与直流母线相连，交流市电通过所述AC/DC整流柜后与直流母线相连，所述储能单元与直流母线直接相连，所述直流母线能与负载相连。
6.根据权利要求5所述的一种新型光伏节能直流建筑，其特征在于：所述负载包括直流负载和交流负载，所述直流母线可通过DC/DC变换器后与直流负载相连，所述直流母线通过DC/AC逆变器后与交流负载相连。
7.根据权利要求1所述的一种新型光伏节能直流建筑，其特征在于：所述光伏发电组件包括光伏电池板，所述光伏电池板通过支架安装在所述倾斜屋面上，且光伏电池板平行于所述倾斜屋面安装。
8.根据权利要求1所述的一种新型光伏节能直流建筑，其特征在于：所述连接屋面垂直于水平屋面。
9.根据权利要求5所述的一种新型光伏节能直流建筑，其特征在于：还包括用于采集、分析和存储直流配电***中各运行数据的智能监控***，该智能监控***包括主监控单元和设于直流配电***中的各监控单元，所述各监控单元与主监控单元数据连接。
10.根据权利要求5所述的一种新型光伏节能直流建筑，其特征在于:所述建筑的屋顶设有女儿墙，所述每一倾斜屋面对应的女儿墙位置设有一汇流箱，该汇流箱与其对应的倾斜屋面上的光伏发电组件相连。
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