为了体现绿色奥运的理念，无锡尚德电力有限公司在国家体育场(鸟巢)建造了一座100kW光伏并网发电系统。本系统安装在位于国家体育场(鸟巢)主体建筑四周的7个安检棚的顶部，由于条件限制，每个安检棚区域设计为一个并网发电单元，就地并网发电。
创新亮点熠熠生辉
国家体育场安检棚100kW光伏并网发电系统，安装在7个安检棚顶部，每个安检棚顶部共计安装无锡尚德公司自主研发的STP260S-24/Vb型单晶硅组件54件，峰值发电功率约15kW。由于安装组件的安检棚分布于体育场的四周，每个安检棚的朝向不尽相同，同时安检棚之间的距离较远，故采用单元发电、就地并网的方案，即每个安检棚设计为一个并网发电单元，每个发电单元54件太阳组件通过3台5kW光伏并网逆变器与电网并接，实现并网发电。
根据专业光伏软件模拟计算，国家体育场安检棚100kW光伏并网发电系统每年提供约10.6万千瓦时绿电，年减排二氧化碳约120.9吨。
国家体育场安检棚100kW光伏并网发电系统的创新呈现出以下亮点：
1.光伏并网监控系统。
为了远程监控系统的运行状态，系统内部的各台逆变器之间通过RS485总线与安放在3号变压器室的工控机相连接，通过监控软件对太阳能发电系统进行实时监控以及采集系统的相关数据(当天发电量、月发电量、系统运行时间等)，并实时显示在显示屏上。
2.可靠实用的组件安装标准件。
由尚德能源工程有限公司自主设计的太阳能安装支架系统，具有较全的系列，适应不同的安装环境和结构，完美的外观，较高的安全性(在上百项的工程中验证)等，在同行中有较高的评价。
3.可靠的逆功率保护技术。
由于本系统为并网系统，并网连接点在体育场内零层环形通道的7个强电井照明配电柜内，考虑到安全方面的因素，太阳能产生的电能必须在本地使用，不能向上一层电网输入电能，所以在太阳能并网点增加了逆功率保护功能，当光伏并网发电系统检测到有逆功率产生时(逆功率为光伏并网系统额定功率5%时)，逆变器能够自动降低功率输出，或部分逆变器与电网断开，光伏并网系统输出功率能够与负载功率动态保持平衡。以保证上层电网的安全。
技术难点逐一突破
在国家体育场安检棚100kW光伏并网发电系统操作的过程中，遇到了一些技术难点，都被我们的技术人员一一攻破。
逆功率保护技术。什么是逆功率呢？所谓的逆功率是指，在电网中，低一级的电网把没有消耗的电能往高一级的电网输送。如果出现逆功率对高一级的电网将产生很大的危险，尤其是在高一级电网进行检修等相关的作业时，会给高一级电网的工作人员带来很大的危害。
国家体育场安检棚100kW光伏并网发电系统，系统安全性设计要求，太阳能发电系统产生的电能必须消耗在本级，不能向上一级电网输入电能，这样的要求对于一个100kW的发电系统来说，的确是一个挑战。但是安全是大前提，在电路中我们增加了相关的逆功率保护器件，可以确保在本系统出现逆功率的时候，及时准确地对太阳能发电系统发出指令，使发电系统与电网分离，从而防止逆功率的出现。
防孤岛保护技术。“孤岛效应”指在电网失电情况下，发电设备仍作为孤立电源对负载供电这一现象。“孤岛效应”对设备和人员的安全存在重大隐患，为了避免隐患的出现，逆变器一般采用“防孤岛保护技术”。逆变器采用了两种“孤岛效应”检测方法，即被动式和主动式两种检测方法。被动式检测方法指实时检测电网电压的幅值、频率和相位，当电网失电时，会在电网电压的幅值、频率和相位参数上，产生跳变信号，通过检测跳变信号来判断电网是否失电；主动式检测方法指对电网参数产生小干扰信号，通过检测反馈信号来判断电网是否失电，其中一种方法就是通过测量逆变器输出的谐波电流在并网点所产生的谐波电压值，从而得到电网阻抗来进行判断，当电网失电时，会在电网阻抗参数上发生较大变化，从而判断是否出现了电网失电情况。
此外，在并网逆变器检测到电网失电后，会立即停止工作，当电网恢复供电时，并网逆变器并不会立即投入运行，而是需要持续检测电网信号在一段时间(如90秒钟)内完全正常，才重新投入运行。
通信系统。光伏发电通信系统一般采用RS485总线通信，通信距离的极限为1200米，但光伏发电设备分布在鸟巢的周围，距离达到1000米左右，几乎达到系统的极限通信距离，同时在鸟巢体育场中还有其他的通信线路，这些通信设备之间会相互干扰，影响光伏发电监控系统的通信质量。为了克服上述困难，我们采取将通信导线截面加大，降低信号衰减，同时采用多点接地，避免其他信号的干扰。在本通信系统中，我们做了冗余设计，采用以太网备用通信方案，确保通信系统万无一失。
异型组件的制作。为了满足装饰的要求，奥运会鸟巢项目中需要12种不规则的梯形组件，共 28块。梯形组件的制作不同于常规组件，制作过程中遇到很多困难，如大量的三角形电池片的设计与制作，宽幅太阳能背膜TPT的拼接，运输包装特殊制作等。
组件支撑系统的设计。尚德太阳能电力有限公司系统工程部根据国家体育场安检棚100kW光伏系统的自身特点，以及相关工程的安全性要求等因素，设计了一套既美观、安全系数又很高的组件支撑系统，不仅满足了光伏系统安装的需要，而且对安检棚的结构也做到了最大的保护。
光伏建筑一体机前景广阔
由于我国目前还没有出台像欧洲光伏电力回收和日本光伏系统安装补贴的具体政策，所以光伏发电在我国的应用不是很广泛，但经过政府的正确引导，现在也做了不少示范项目，特别是建筑节能标准的制定，使光伏发电技术在节能建筑上的应用越来越广，主要表现在具有影响的地标建筑，如各种场馆、机场、火车站等。经过这几年的实践证明，光伏建筑一体化(BIPV)推动了光伏在中国的应用，BIPV是绿色建筑的标志，也是建筑节能的有效途径之一，无论怎样定义绿色建筑，缺少光伏电力，绿色建筑就是不完美的。
如果把21世纪的绿色建筑比作是一顶无瑕的皇冠，那光伏电力就是皇冠顶上那颗最大、最璀璨的明珠。
(作者:无锡尚德太阳能电力有限公司 朱知洋 张光春 施正荣)
