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高效非逆变光伏供电的地下停车场照明系统

均益安联智能技术（深圳）有限公司    周民康

太阳能光伏发电是二十一世纪新能源开发的热点，特别是其在建筑物屋顶上的应用，更是被众多建筑业人士看好，于是纷纷实验性地安装。可是，由于这一类工程都是采用逆变方式，结果令人失望。绝大多数的屋顶光伏工程，不但没有起到节能的作用，反而造成了很大的经济损失，甚至影响了电网的正常工作。迄今为止，几乎可以说：没有一项采用逆变方式的屋顶光伏工程是属于实用性质的。即使是当成形象工程的那些光伏系统，也有绝大部分在短期内就因为种种原因而废弃，仅靠虚架在屋顶上的电池板继续发挥形象作用。由于这一类逆变并网发电设备可与网电相互切换，所以即使光伏发电完全失效了也很难被察觉，结果是负载最终只能使用网电。即使光伏系统能够正常供电，电价也是很高的，超过6元/度。由此导致了两个结果：一是否定光伏发电的实用价值；二是回避光伏发电的实用性问题。

近来，高效非逆变光伏供电技术开始在市场上应用，其之所以能够得到应用，是因为这种技术经受住了市场的检验。市场检验与国家投资项目的鉴定工作在性质上是完全不同的。市场注重实效，既重视技术上的可行性又强调经济效益。如果采用逆变并网方案，光伏电力的价格的理论值就已在6元以上，市场无论如何也难以接受。但是，仅仅期望高效非逆变光伏供电技术降低工程造价和提高整个系统的工作效率也是不可能的，必须在工程的整体建造中有额外的补偿，才能实现光伏工程的市场价值。也就是说，要把光伏工程做成完整的供电系统加用电系统（即负载系统），将负载工程造价降低和工作效率提高的部分补贴给光伏供电系统，去实现市场价值的平衡，从而提高整套系统的市场价值。这种统一设计的做法有利于工程质量的优化，避免了光伏工程中常见的狗尾续貂现象。如果在系统功能上因此再开发出新的优越性，派生出特有的新功能，市场效果将更好。而高效非逆变光伏供电的地下停车场照明系统就属于这种全面考虑光伏应用的技术性和经济性的工程系统。
1 技术分析

高效非逆变光伏供电技术是针对逆变并网技术的弊端而提出的。逆变的目的是为了解决常规负载的适用性问题。逆变有损耗，逆变设备需要投资，这些无疑将造成逆变系统的效率下降和造价增加；并网的目的是为了解决光伏电力的储存问题，把光伏电力与网电并在一起就不用蓄电池了，因为蓄电池在独立光伏系统中一向表现不佳，耗能大，寿命短，更换频繁，投入费用高。逆变并网系统在技术上可以实现，但是在实用中陷入了既要与网电比价格，又得符合一些严格要求的困境，从而失去了市场价值。对逆变并网技术的科学论断是：“目前不实用，将来能否应用尚难预期”。

既然逆变并网的做法不具备市场化的条件，那么就应该考虑直接使用低压直流的光伏电力。具体从哪里入手呢？我们首先从地下车库照明系统开始探索。

光伏矩阵输出的是直流电，而直流电是完全可以在照明系统中得到广泛应用的。绝大多数现代的节能灯具原本就适合于直流电力，例如三基色节能灯、磁感应灯和半导体LED灯具等，因此，如果不是为了并网就没有必要逆变。

如果采用光伏发电系统为照明系统提供低压直流电力的话，如何提高整个系统的的工作效率呢？整个系统的高效不是单纯依靠省略逆变环节就能实现的。仅就光伏供电系统来分析，就至少有四个环节能提高工作效率，可是一直都被人们忽视了。
（1）光伏矩阵安置角度一直是按照惯例，采用冬夏均衡的角度，如果因地制宜优化为全年最大发电量角度，或是做有限次调整管理，每年可增加10%的电力。但是逆变电站为了形象需要，密集排布电池板，连清洁表面灰尘的空间都未留，导致发电量严重下降。
（2）光伏矩阵的最大输出功率要与线路额定电压匹配，但是从不同高度的楼顶引入会产生不同压降，偏离最大功率点，这使得按标准规格生产的成品电池板不符合要求，必须根据具体情况设计定制；同时大功率光伏阵列偏析衰退严重，而逆变电站都是大功率系统；弱光发电的低压电力也不可忽略，除了优选电池板，控制装置的集电器也能发挥重要作用。
（3）保持电池板清洁，努力提高发电能力和电力传输能力，减少连接损失。
（4）采用联网技术把蓄电池的工作条件限定在高效区间。

当上述各项高效技术都发挥作用时，高效非逆变光伏系统与现实运行中的逆变系统相比能获得双倍的电力，同时降低了系统造价，延长了系统寿命。而逆变光伏系统根本不管这些，只顾逆变器的功率和波形，往往又把逆变器的功率设计得很大，经常是大马拉小车，因此效率很低。

另外，地下停车场照明与建筑内其它照明的要求又是不同的。因为没有透光窗户，白天用电多，晚上用电少，有利于直接使用屋顶光伏电力，减少蓄电池容量，这如同给地下停车场开了扇光伏天窗。还由于停车场处于地下，对于用电的安全性和照明系统的应急功能，要求相对较高。这些要求与直流供电、又有蓄电池组的光伏系统的特点十分相符。没有蓄电池组的光伏系统，难以控制光伏阵列的最大功率输出，所以蓄电池组在光伏系统中的运用很有必要，如果应用合理也能够发挥很好的效用。蓄电池在光伏系统中的问题，多数是因为把蓄电池在网电系统使用的技术习惯不恰当地移植到光伏系统中才产生的，不合理的系统配置也是导致光伏系统中蓄电池短期失效的重要原因。地下停车场照明方案的策略：要求适用、方便、节能、省钱、安全、可靠，当然美观、高档、新颖、时尚，是更进一步的要求。直流、低压供电系统给上述要求创造了更好的条件，特别是直流供电系统使所有的现代电子控制技术得到了方便应用，使地下停车场照明的灯光控制全部智能化，这对于进一步降低系统造价、节约用电有重要意义。光伏电力的价格高过市电是客观事实，安装了光伏系统不等于就可以免费用电，有些时候，有人甚至故意去增大光伏发电系统的负载，以期获得无偿的能源，这类思路和做法很荒唐可笑。光伏发电系统本身目前不可能有降低电费的效用，只有在使用低压直流供电时光伏电力才比用市电整流降压合算，将其用在公共照明上不但降低了建筑用电的集中负荷，还增添了一些重要的功能，在这种情况下，高效非逆变光伏供电的地下停车场照明系统才能步入实用技术领域。
2  实际工程评价
2.1深联地产东莞御花园光伏照明系统

该工程应用于新建的高档住宅区，地面建筑由高层建筑、小高层建筑和别墅相间组成，地下停车场因傍山地势而高低起伏，停车场的空间高度也各处不同，最高达8米，最低处2.3米，车位1000，分7个防火隔离区。

本案采用高效非逆变光伏供电技术，结合地面建筑的楼梯照明、走廊照明、电梯间照明以及消防疏散照明标志和消防应急照明，统一规划，以地下防火隔离区为单元，安装了64个分离的中型光伏系统，带动约3000盏直流灯具。如果该工程采用逆变并网方案，就必须建成大面积的专用屋顶，还需要专门的机房并且要将专用电缆穿过防火墙。除此以外，从效率上计算，单供电系统所需的光伏电池数量要比非逆变系统多两倍以上。如果建一个光伏供电系统，其造价是传统停车场照明系统的4~6倍，而且还未必就能正常工作。

停车场照明由常明灯、行车灯、车位灯和安全出口灯、消防疏散标志灯组合成照明系统。常明灯选用高效超长寿命的无极磁感应灯，其它灯具一律使用照明级半导体LED灯。在停车场各处适当位置安装了热释感应、声光感应等控制开关。所有的消防应急照明灯具都采用双备急电源，并增大了蓄电容量。该照明系统能确保永不断电，即使万一出现多重人为故障，也能保证单台应急灯具10个小时的持续照明。

该工程原来按普通的公共照明设计，需要增容50kW的电力双路供电，工程预算200多万元。改为光伏供电照明，增量投资50万元。运行后，每年节省的电费和维护费有20多万元，在三年的工程保质期内就能够回收。为了赢得客户对高效非逆变光伏供电技术的信任，该工程有意延长光伏工程保质期限，承诺三年保质，而一般光伏逆变系统保质期极限是两年，多数在两年时失效。保质期过后，这个系统还有10多年的使用期，节约的费用远超全部投资。

在使用中，新型灯具比传统灯具显得美观、高档。有记者参观后报导说，LED灯具“精致得像水晶灯”，它让房产闪现出新亮点。逆变并网发电就不能产生这种效果，因为它采用的仍然是传统照明，光伏系统是否节能也就很难体现。停车场的应急照明，是车主们非常关心的问题，也是车库保安、消防的重要条件，越是大型、高档的车库，越是重要，技术难度也就越高。
东莞御花苑的这个工程作为高效非逆变光伏运用的成功案例，已成为深圳、东莞建筑节能的示范和亮点。
2.2 深圳罗湖区办公大楼节能工程

该工程是以太阳能光伏利用为主题的EPC能源管理合同项目，属于改造工程，以改造后节电的效益补偿节能改造的投入。整体工程全部采用高效非逆变光伏供电技术，包括楼梯照明、办公走廊照明和职工宿舍过道照明，以及庭院照明（唯有这项还未完成）、地下停车场照明。
改造前的地下停车场照明，安装了120盏38W的日光灯管，常亮。改造后为了保证照度增加了灯的数量，使用了160盏LED灯具和12盏DC磁感应灯。另外，在车行繁忙的出车场路段铺设了两行LED地面行车路线灯。

改造后，大楼的车主们普遍认为灯光较以前更亮而且密，在此照明条件下，即使常亮也达到了节能90%的预期目标。问题在于必须降低造价才能在执行合同时双赢。这只能在照明控制上做文章。控制方案依然是采取磁感应灯常亮，车道灯行车时点亮延时一分钟，可持续；车位灯分区成片控制。这种控制方式取得了很好的效果，在上下班车行高峰时间段停车场一片通明，而在其它时段自动熄灭。该方案使两个隔离区近100车位的地下停车场照明只使用了2000Wp的光伏电池，节能率达到95%。特别是地面铺设的LED行车路线灯，令车主感到非常满意，如果不是低压直流供电，这种灯就不能安装。
3 光伏供电的地下停车场照明系统的实用价值

为了降低光伏系统的造价，纠正形象工程观点，高效非逆变光伏供电技术以电力电子技术理论为基础，借助于经济分析的方法，联系实际，实事求是，对当前建筑业中迅速增加的地下停车场照明工程进行研究，制定了切实可行的光伏照明方案，并付诸工程实施。初步结论如下：
（1）地下停车场大多数是白天日照充足时需要照明供电，适合光伏电力的直接应用。
（2）地下停车场是地下封闭建筑，阴暗潮湿，又由于停放的车辆是金属结构，使用高压交流电安全隐患多，宜采用非逆变的低压直流供电系统。
（3）控制设备在直流供电系统中使用性能可靠，而且自耗能极少，有利于车库的灯光控制。
（4）传统的地下停车场照明方案，是沿袭建筑物地下室的照明设计，标准和要求都未完善。所以，现实中的车库照明设计时余量大，使用时要么是耗电大，要么是照度低，结果是既浪费，又不能满足使用要求。
（5）地下停车场照明系统的应急功能是防患于未然的保障，非常重要，任何方案都不如正常工作的高效非逆变光伏供电的地下停车场照明系统优越。而逆变并网系统根本就不具备应急功能。
（6）逆变并网光伏供电系统在技术理论上存在瑕疵，在经济效益上没有市场价值，不宜重复建造类似形象工程。要杜绝发生更多的投资损失。

高效非逆变光伏供电技术在建筑物地下停车场照明工程项目中的应用实践证明：逆变并网光伏供电技术在当前不具备市场化的条件，只能在少数研究机构的参与下作为实验室项目，用这项技术做形象工程或做假工程不利于光伏应用技术的发展，只能浪费大量的国家财力，劳民伤财且破坏了政府和整个光伏产业的形象。

附件

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2008-6-12 10:43

深圳市罗湖区委大楼地下车库使用太阳能照明

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2008-6-12 10:43

目前全国最大的使用太阳能照明的地下车库--东莞 御花园

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2005年，作为全国第八届光伏会议上的样板工程——东南亚最大的光伏逆变并网系统——深圳园博园光伏电站上，就没有一台逆变并网装置是国产的，说明了当时国内的技术水平未被认可。那么，洋设备的运行情况又如何呢？目前，参观人员也只能无奈地承认“并不理想”。        提供给深圳园博园电站并网逆变设备的德国，在光伏系统研究方面领先世界。德国斯图加特大学的《太阳能的光伏利用》教材里明明白白地写到：“光伏并网系统……它是如此地不经济，其（存在的）原因是研究者本身得到高额的补助，却导致了不断地去制造巨大损失。这是研究者为获得经费在掩盖经济真相，以欺世盗名。其后再就是对发展光伏技术毫无贡献。”我们在引进装备的时候，何不也引进这些观点，就可以避免一些巨大损失。