工廠建筑群建設(shè)房屋頂太陽能發(fā)電項(xiàng)目的探討

劉常碧

(廣東粵電湛江生物質(zhì)發(fā)電有限公司，廣東 湛江 524399)

?

工廠建筑群建設(shè)房屋頂太陽能發(fā)電項(xiàng)目的探討

劉常碧

(廣東粵電湛江生物質(zhì)發(fā)電有限公司，廣東 湛江 524399)

隨著社會經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展和傳統(tǒng)能源的日益稀缺，開發(fā)新能源成為了當(dāng)今時代的重要課題。太陽能因其良好的再生能力與豐富的儲存量在新能源中占據(jù)了重要的地位。結(jié)合太陽能光伏發(fā)電的具體例子，分析了生物質(zhì)發(fā)電廠光伏發(fā)電項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)可行性，提出了工廠利用廠房屋頂光伏發(fā)電的方法，為推廣工廠屋頂光伏發(fā)電技術(shù)提供了有力依據(jù)。

廠群；屋頂太陽能發(fā)電；經(jīng)濟(jì)效益

1 太陽能發(fā)電原理

太陽能光伏發(fā)電的能量轉(zhuǎn)換器是太陽能電池，又稱光伏電池。太陽能電池發(fā)電的原理是光生伏打效應(yīng)，當(dāng)太陽光照射到太陽能電池上，電池吸收光能，產(chǎn)生光生電子-空穴對。在電池內(nèi)建電場作用下，光生電子和空穴分離，電池兩端出現(xiàn)異號電荷的積累，產(chǎn)生“光生電壓”，這就是“光生伏打效應(yīng)”。若在內(nèi)建電場兩側(cè)引出電極并接上負(fù)載，則負(fù)載就產(chǎn)生“光生電流”流過，從而獲得功率輸出。這樣，太陽的光能就直接變成了實(shí)用的電能?？砂焉鲜鎏柲茈姵貙⒐饽苻D(zhuǎn)換成電能的工作原理概括為如下3個過程：①太陽能電池吸收一定能量的光子后半導(dǎo)體內(nèi)產(chǎn)生電子-空穴對，稱為“光生載流子”，兩者的電性相反，電子帶負(fù)電，空穴帶正電;②電性相反的光生載流子被半導(dǎo)體內(nèi)的P-N結(jié)所產(chǎn)生的靜電場分離開心；③光生載流子和空穴分別被太陽能電池的正負(fù)極收集，并在外電路中產(chǎn)生電流，從而獲得電能。這個過程的實(shí)質(zhì)是光子能量轉(zhuǎn)換成電能的過程。其發(fā)電量可通過下式進(jìn)行計(jì)算：

發(fā)電量Q=Sa×Rβ×ηs×ηm

式中，Sa為方陣總面積;Rβ為傾斜方陣面上的太陽總輻射量;ηs為并網(wǎng)光伏系統(tǒng)發(fā)電效率;ηm為太陽電池組件轉(zhuǎn)化效率。

ηm=K1·K2·K3·K4·K5

其中，K1為光電電池長期運(yùn)行性能修正系數(shù)，K1=0.854;K2為灰塵引起光電板透明度的性能修正系數(shù)，K2=0.9;K3為光電電池升溫導(dǎo)致功率下降修正系數(shù)，K3=0.9;K4為導(dǎo)電損耗修正系數(shù)，K4=0.95;K5為逆變器效率，K5=0.977。

地面太陽能發(fā)電系統(tǒng)可分為離網(wǎng)運(yùn)行和聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行兩大類，其中離網(wǎng)系統(tǒng)又稱獨(dú)立型太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)，主要為遠(yuǎn)離公共電網(wǎng)的無電地區(qū)提供電能。聯(lián)網(wǎng)型是與公共電網(wǎng)相聯(lián)接的發(fā)電系統(tǒng)，是光伏發(fā)電技術(shù)的發(fā)展方向，其主要組成部件是太陽能電池方陣和聯(lián)網(wǎng)逆變器兩大部份。其中，聯(lián)網(wǎng)逆變器是聯(lián)網(wǎng)型光伏發(fā)電的核心部件和關(guān)鍵技術(shù)，它具有自動開關(guān)、最大功率跟蹤、防單獨(dú)運(yùn)行、自動電壓調(diào)整和異常情況排解與停止功能。

2 湛江生物質(zhì)發(fā)電廠光伏發(fā)電系統(tǒng)

2.1 光伏發(fā)電系統(tǒng)組成

湛江生物質(zhì)發(fā)電廠現(xiàn)有全球最大的2臺50 MW純直燃生物質(zhì)的火電機(jī)組，現(xiàn)利用廠房、辦公樓、干料棚等屋頂建成了總裝機(jī)容量為1 002.96 kW的光伏電站，光伏發(fā)電系統(tǒng)共占用面積7 122 m2，采用280 W多晶硅，共3 582塊；總裝機(jī)容量為1 002.96 kW，并網(wǎng)形式為380 V低壓并網(wǎng)。系統(tǒng)主要由太陽能光伏組件、智能防雷匯流箱、直流防雷配電柜、并網(wǎng)逆變器、交流防雷配電柜、監(jiān)控系統(tǒng)等組成。

廠內(nèi)電站光伏發(fā)電系統(tǒng)由3個發(fā)電分系統(tǒng)組成，可以分區(qū)實(shí)施、分步并網(wǎng)發(fā)電。每個并網(wǎng)光伏發(fā)電單元按每18塊太陽能板串聯(lián)成一組，共需配置199組電池串列。

子系統(tǒng)1共有148組電池串列匯入10個匯流箱，分別接入3臺直流防雷配電柜，再接入3臺250 kW逆變器匯流逆變，最后接入交流防雷配電柜并入輸料段380 V廠用電系統(tǒng)。

子系統(tǒng)2共有8組電池串列匯入1個匯流箱，分別接入1臺直流防雷配電柜，再接入1臺55 kW逆變器匯流逆變，最后接入交流防雷配電柜并入綜合水段380 V廠用電系統(tǒng)。

子系統(tǒng)3共有43組電池串列匯入3個匯流箱，接入1臺直流防雷配電柜，再接入1臺250 kW逆變器匯流逆變，最后接入交流防雷配電柜并入檢修辦公樓段380 V廠用電系統(tǒng)。

2.2 主設(shè)備的技術(shù)規(guī)范

太陽電池組件采用江蘇東方電氣邁吉280 Wp多晶硅太陽電池組件。太陽能電池組件主要性能參數(shù)與太陽能電池板的分配可見表1、表2。

表1 太陽能電池組件主要性能參數(shù)

3 太陽能發(fā)電項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)效益分析

3.1 項(xiàng)目費(fèi)效比和回收期計(jì)算

1) 電站建成1 000.63 kWp光伏電站系統(tǒng)，總投資額為1 701萬元。

2) 依據(jù)《關(guān)于實(shí)施金太陽示范工程的通知》財(cái)建[2009]397號，太陽能發(fā)電項(xiàng)目上網(wǎng)電價實(shí)行政府定價，其電價標(biāo)準(zhǔn)由國務(wù)院價格主管部門按照合理成本加合理利潤的原則制定。

表2 太陽能電池板的分配

3.2 項(xiàng)目建成后，系統(tǒng)生產(chǎn)運(yùn)行情況

1) 按現(xiàn)有系統(tǒng)運(yùn)行情況估算，1 000.63 kWp光伏電站系統(tǒng)新增部分年發(fā)電量約1 200 756 kW·h；

2) 系統(tǒng)建成后，基本不發(fā)生其他費(fèi)用；

3) 不計(jì)稅收因素；

4) 按電池最低保證壽命，評價期為25年；

5) 若根據(jù)國家金太陽政策光伏電站項(xiàng)目補(bǔ)助政策，每瓦補(bǔ)助11元，扣減補(bǔ)助后的總投資為1 701-(1 000 630×11)=601萬元。總投資每年分?jǐn)偤蟪杀緸?01/25=24.04萬元；

6) 根據(jù)湛江市工業(yè)用電0.75元/kW·h計(jì)算，營業(yè)稅金及附加費(fèi)用占1.7%，維護(hù)人員工資及福利費(fèi)(2人編制)按25年累計(jì)為250萬元，設(shè)施維護(hù)維修費(fèi)用累計(jì)250萬元，所得稅收取費(fèi)未營業(yè)利潤的25%，固定資產(chǎn)折舊是扣除補(bǔ)助后的資產(chǎn)進(jìn)行折舊，年發(fā)電量每年都會有損耗，所以每年的發(fā)電量是不一樣的。

3.3 項(xiàng)目利潤動態(tài)投資分析

對該項(xiàng)目進(jìn)行動態(tài)投資成本分析，其結(jié)果如表3所示。

表3 動態(tài)投資成本分析結(jié)果 萬元

25年內(nèi)各項(xiàng)總額如表4所示。

表4 項(xiàng)目利潤表合計(jì) 萬元

由表3和表4測算可得25年的投資凈利潤為642.50萬元，平均每年盈利25.7萬元。因此，廣東粵電湛江生物質(zhì)發(fā)電廠光伏發(fā)電項(xiàng)目不僅符合國家有關(guān)產(chǎn)業(yè)政策，其經(jīng)濟(jì)效益具有較大優(yōu)勢，此項(xiàng)目可成立。實(shí)現(xiàn)了優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)、高效環(huán)境保護(hù)與產(chǎn)業(yè)盈利的雙贏局面。

4 推廣工廠太陽能發(fā)電項(xiàng)目

太陽能發(fā)電具有良好的經(jīng)濟(jì)效益，在工廠建筑群普及屋頂太陽能發(fā)電更擁有顯著的優(yōu)勢。

4.1 良好的經(jīng)濟(jì)效益

從長遠(yuǎn)的角度計(jì)算，太陽能發(fā)電在25年內(nèi)能盈利642.5萬元，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益。并且25年后仍能繼續(xù)發(fā)電，持續(xù)為工廠提供廠用電，使用時間越長，經(jīng)濟(jì)效益越明顯。

4.2 參與電網(wǎng)調(diào)峰，規(guī)避錯峰用電

光伏發(fā)電效率與太陽光強(qiáng)度密切相關(guān)。每天中午太陽光強(qiáng)度特別高，此時發(fā)電效率最高，而夜晚到日出的過程中太陽能發(fā)電的功率幾乎為零。結(jié)合工業(yè)用電與居民用電的實(shí)際情況，在白天用電高峰期間，太陽能發(fā)電能保證其高效發(fā)電，這就降低了其他發(fā)電形式在每天高峰期的發(fā)電壓力，為電網(wǎng)調(diào)峰減輕負(fù)擔(dān)。同時也能有效地規(guī)避用電高峰時期的拉閘限電政策，保證工廠的運(yùn)作按計(jì)劃進(jìn)行。

4.3 有效利用廠區(qū)屋頂?shù)目沼嗝娣e

大部分工廠都建有工廠棚或廠房頂棚等，此空間缺乏有效利用。如果在屋頂建筑群這個空余的空間裝設(shè)太陽能發(fā)電設(shè)備，既能有效利用屋頂、頂棚的空間，又能減少廠區(qū)用電壓力。而且太陽能發(fā)電設(shè)備投資一次性完成，能持續(xù)為工廠提供廠用電，從長遠(yuǎn)的角度看必定能降低工廠能耗，達(dá)到提高效益的效果。

4.4 設(shè)備維護(hù)簡單、費(fèi)用少

太陽能發(fā)電一般采用無人值班、全自動運(yùn)行方式設(shè)計(jì)，管理人員由普通電工兼任即可。設(shè)備維護(hù)十分簡單，只要電路部分不出現(xiàn)故障，只需要定期清理太陽能板上的積灰，便能保證設(shè)備高效運(yùn)作，維護(hù)過程簡單、費(fèi)用少。

5 結(jié) 語

太陽能發(fā)電因其資源豐富、高效低污染等優(yōu)點(diǎn)得到了快速的推廣發(fā)展。工廠光伏發(fā)電項(xiàng)目既能有效利用廠區(qū)空余空間，又能參與電網(wǎng)調(diào)峰，同時維護(hù)成本低、操作方便簡單，并具有良好的經(jīng)濟(jì)效益。在工廠建筑群推廣屋頂太陽能發(fā)電項(xiàng)目具有很強(qiáng)的可行性，在創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)利潤的同時又能為國家能源優(yōu)化作出貢獻(xiàn)，值得大面積推廣應(yīng)用。在現(xiàn)行的綠色低碳，節(jié)能減排的環(huán)境下，湛生生物質(zhì)電廠以直燃農(nóng)業(yè)廢棄物和利用廠內(nèi)建筑群光伏發(fā)電兩大低碳發(fā)電技術(shù)打造出綠色循環(huán)電廠，并在行業(yè)內(nèi)樹立典范。

[1]季 杰，程洪波.太陽能光伏光熱一體化系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)研究[J].太陽能學(xué)報(bào)，2005(2)：107-111.

[2]羅運(yùn)俊，何梓年，王長貴.太陽能利用技術(shù)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2005.

[3]沈 輝，曾祖勤.太陽能光伏發(fā)電技術(shù)[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2005.

[4]李宏毅，金 磊.建筑工程太陽能發(fā)電技術(shù)及應(yīng)用[M].北京，機(jī)械工業(yè)出版社，2007.

[5]王長貴，王斯成.太陽能光伏發(fā)電實(shí)用技術(shù)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2009.

[6]楊金煥，于化叢，葛 亮.太陽能光伏發(fā)電應(yīng)用技術(shù)[M].北京:電子工業(yè)出版社，2009.

(責(zé)任編輯 佟金鍇 校對 張 凱)

The Probe into Setting up Roof Solar Power Generation System on Factory Buildings

LIU Changbi

(Guangdong Yudean Zhanjiang Biomass Power CO.,LTD.,Zhanjiang 524399,Guangdong Province)

With the fast development of social economy and the increasingly shortage of traditional energy,exploitation of new energy sources is becoming an important issue of current society.Solar energy takes an important place in new energy sources because of its excellent regeneration ability and abundant storage.This paper analyzes the economic feasibility of the photovoltaic power generation project in biomass power plant by combining with the specific example of solar photovoltaic power generation system.The paper further presents the advantages of rooftop solar power generation system on factory buildings and gives strong proof to the promotion of rooftop solar photovoltaic power generation technology in factories.

factory building;rooftop solar power generation system;economic benefit

2015-04-15

劉常碧(1980-)，男，湖南漣源人， 工程師。

10.13888/j.cnki.jsie(ns).2015.03.004

TM615

A

1673-1603(2015)03-0209-04