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摘 要：阐述了新能源应用于建筑的设计方法,把光伏发电、风力发电、太阳能供热整合起来进行一体化设计,通过智能控制系统,实现了整体控制、数据传输、数据显示,提供给学生进行实验实训,弥补了职业院校新能源类专业实验实训条件的不足.

关 键 词：太阳能；太阳能建筑；集热器；光伏发电；风光互补

中图分类号：TU201.5文献标识码：A文章编号：16749944（2013）10021903

1引言

新能源建筑实验实训系统由新型结构建筑物、太阳能风光互补发电系统、太阳能热水系统、智能化管理与控制系统组成,主要满足高职院校新能源相关专业（包括光伏发电专业、太阳能建筑一体化专业、太阳能光热利用专业及供热制冷专业）集太阳能光伏发电、风力发电、太阳能热水系统等综合应用的实验实训教学.

2新型结构建筑物

建筑物设计为一层尖顶结构,建筑面积150m2,南侧坡屋顶布置光伏发电阵列系统、太阳能集热器阵列系统,尖顶处设安全过道供参观测试.南墙采用双层结构,夹层空间分别与内外墙设进出风口,在冬季或夏季通过控制各风口的开关可调节室内温度.风力发电设备安装在建筑物旁.室内空间布置成多媒体教室.建筑外观如图1.

3.1.1太阳能电池组件（2kW）

由20块100W的太阳能电池板组成,正常使用寿命20年.采用多晶硅材料.单块太阳能电池板主要技术参数：最大输出功率100W,开路电压43V,短路电流3.28A,最大输出功率工作电压34.5V,最大输出功率工作电流2.9A,最大系统电压50V,尺寸（长×宽×厚）为999mm×823mm×30mm.

3.1.2风力机（2kW）主要技术参数

额定功率2000W,额定风速9m/s,启动风速2.5m/s,工作风速范围2.5～25m/s,安全风速50m/s,额定转速360r/min,工作电压为标准DC48V,发电机型式为三相交流永磁,限速方式为机械离心变桨距,停机方式为手动/电动牵引变桨距,塔架高度6m,塔顶主机重量130kg,使用寿命15年.

3.2室内控制系统

包括控制逆变系统、储能系统、配电系统及电缆布线系统.

3.2.1风光互补控制器

包括采用了专为风光互补系统设计的液晶模块,可以显示蓄电池电压、风机电压、光电池电压、风机功率、光电池功率、风机电流、光电池电流、蓄电池电量状态,能够控制风机和太阳能电池对蓄电池进行限流限压充电.具有完善的保护功能,配有专用的远程监控软件,可实时监控系统的运行状态.风光互补控制器性能参数：卸载开始电压56V,卸载开始电流50A,卸载控制方式为PWM脉宽调制,显示方式为LCD（液晶屏显示）,显示内容有蓄电池额定电压、风机电压、光伏电压、风机电流、光伏电流、风机功率、光伏功率,静态电流≤30mA,工作温湿度范围为-20～+55℃/35～85%RH（但无结露）,保护类型有

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3.2.2控制逆变器系统

逆变器具有交流自动稳压输出,过压、欠压、过载、过热、短路、反接等保护功能.整机逆变效率高,空载损耗低.具有可选市电切换功能,当蓄电池欠压或逆变器出现故障的状态下,设备可将负载自动切换到市电供电,从而保证了系统的供电稳定性.逆变器主要技术参数：额定输出容量5kVA,额定蓄电池电压48VDC,逆变器输入过压保护68VDC,逆变器输入过压恢复66VDC,蓄电池过放保护电压42VDC,蓄电池过放恢复电压48VDC,空载电流1.33A,输出波形为纯正弦波,额定输出电压220VAC.

3.2.3储能系统

4.2太阳能热水系统工艺流程方案

源水经集热器上水泵5输送至集热器1,通过温度控制器9将达到设定温度的热水输送到储热水箱2内.然后再由输水泵7送至用水点.储热水箱内存水温度下降低于设定值的热水可输送至集热器再次加温,以使储水箱内热水时刻保持在设定温度范围内,保证用户全天候用水.太阳能热水系统运行原理：储水箱设有温度参考点T2,太阳能集热器设置温度测点T1,当集热器温度T1比储水箱水温T2高至设定温差上限时,太阳能系统循环水泵启动,提升储水箱内水的温度.当集热器温度T1比储水箱水温T2低达到设定温差下限时,太阳能系统循环水泵停止,集热器及系统管道中的水排回储水箱中（同时达到排空防冻的目的）.在需要辅助加热时,当T3温度低于设定值时或水位低于设定水位且水温低于设定水温时,辅能循环泵启动并通过辅能装置将水加热.当T3等于设定温度时辅能装置及辅能循环泵停止.

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4.3智能控制系统

该系统的工作过程全部由主控箱来完成,主控箱内中心仪表,分别接收来自集热器水温探测器、储水箱水温探测器以及储水箱水位探测器的信号,根据不同的情况分别或联合驱动集热器上水泵、辅助热源上水泵起停,来达到收集热水、保存热量、应急供水和防冻抗冻等目的,使系统用户在任何情况下,任何时间内都能获取设定温度的热水.

5智能化管理与控制系统

5.1能源管理系统

计算各种能源的收入、消耗、储存情况.计算能源利用效率、能源价格、折合成标准煤,以及折合成碳当量等指标.基本管理职能：能源系统主设备运行状态的监视；能源系统主设备的集中控制、操作、调整和参数的设定；实现能源系统的综合平衡、合理分配、优化调度；异常、故障和事故处理；基础能源管理；能源运行潮流数据的实时短时归档、数据库归档和即时查询.

5.2自动控制系统

测试系统主机是一款功能齐全、操作方便、精确可靠的设备,应用了最新的显示技术、微电子技术、数据存储和通讯技术,由液晶屏、按键、ARM微处理器为核心的主板、主电源、外供传感器电源等构成,包含丰富的显示画面、灵活的操作方式以及强大的记录、运算、控制和管理功能,大容量数据存储器,可连续存储数据200d以上,数据采样速率高于0.2s/通道,工业控制标准设计,便携式防震结构,大屏幕液晶显示屏,轻触薄膜按键,操作简单.适合于恶劣工业环境.太阳能光伏发电系统、风力发电系统、太阳能集热器系统以及负载系统由PLC进行控制.太阳能发电、风电系统均可由通讯实现数据共享.

6结语

能源发展转换的规律就是从高碳到低碳,最后走向无碳.在西方发达国家,建筑用能已占全国总能耗的30%～40%,建筑节能意义巨大.新能源应用于建筑,尤其太阳能是当今建筑节能主流方向,国外太阳能建筑已经发展到主动式太阳房阶段,“零耗能建筑”也开始投入商业化运行.

参考文献：

[1]刘鉴民.太阳能利用原理技术工程[M].北京：电子工业出版社,2010.

[2]吴佳梁.风光互补与储能系统[M].北京：化学工业出版社,2012.

[3]李钟实.太阳能光伏发电系统设计施工与应用[M].北京：人民邮电出版社,2012.

[4]（丹）特奥多雷斯库.光伏与风力发电系统并网变换器[M].周克亮,王政,徐青山,译.北京：机械工业出版社,2012.

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