屋頂分布式光伏發(fā)電技術(shù)方案的探討

李　憶（華電電力科學研究院，浙江杭州310030）

屋頂分布式光伏發(fā)電技術(shù)方案的探討

李憶（華電電力科學研究院，浙江杭州310030）

伴隨社會經(jīng)濟發(fā)展速度的提升和工業(yè)產(chǎn)業(yè)發(fā)展進程的加快，使得當今社會人們在生產(chǎn)生活中對電力能源的消耗量也在不斷增加，開發(fā)新的節(jié)約型、可再生能源勢在必行。太陽能作為一種新型的清潔能源，而屋頂分布式的光伏發(fā)電就是可以將太陽能轉(zhuǎn)為電能的有效手段，將其廣泛應(yīng)用到工業(yè)企業(yè)生產(chǎn)中，對于解決工業(yè)電能消耗大，建設(shè)節(jié)約型社會具有重要意義。對此，本文以屋頂分布式光伏發(fā)電為立足點，對其具體的技術(shù)設(shè)計方案進行研究。

分布式；光伏發(fā)電；技術(shù)方案

引言

現(xiàn)階段，分布式的光伏發(fā)電項目已經(jīng)被廣泛的應(yīng)用到了工業(yè)產(chǎn)業(yè)園區(qū)屋頂，工業(yè)廠房屋頂，辦公樓屋頂?shù)让娣e較大的大型房屋建筑工程中。這樣一來，不僅可以有效的降低這些企業(yè)單位應(yīng)用電力能源的成本，形成節(jié)能性的電網(wǎng)系統(tǒng)，還可以有效的提升相關(guān)行業(yè)產(chǎn)業(yè)的經(jīng)濟收益與投資回報率。由于光伏發(fā)電方式在未來擁有十分廣闊的發(fā)展前景，而相關(guān)企業(yè)單位要想促進此類發(fā)電項目的順利發(fā)現(xiàn)，對其設(shè)計形式和技術(shù)方案等進行細致的研究勢在必行。

1　光伏發(fā)電系統(tǒng)的基本構(gòu)成

所謂的分布式光伏發(fā)電，其主要指的是通過應(yīng)用電力用戶周邊的屋頂、院落和建筑體等具有可建設(shè)性質(zhì)空間，建設(shè)一些容量較小的光伏發(fā)電系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要分為并網(wǎng)式和離網(wǎng)式兩種。其中，離網(wǎng)式發(fā)電系統(tǒng)主要是由直流箱、太陽能電池組成的方陣、逆變器和能源儲蓄裝置等設(shè)備組成。并網(wǎng)式發(fā)電系統(tǒng)主要是由交流配電箱、逆變器、直流配電箱和電池方陣等其他并網(wǎng)設(shè)備裝置構(gòu)成。

2　光伏發(fā)電方案準備工作基本內(nèi)容

①對發(fā)電系統(tǒng)建設(shè)現(xiàn)場所處的海拔、經(jīng)緯度、風流動速度、太陽輻射程度、氣溫和地震強度等資料進行細致調(diào)查；②明確建設(shè)場地中各類型建筑實際接地情況和雷暴發(fā)生頻率與具體時間；③在設(shè)計技術(shù)方案時，擬定出建筑現(xiàn)場實際可適用的建設(shè)面積、建筑物屋頂實際坡度以及單位荷載力等，確保技術(shù)方案中各項數(shù)據(jù)的合理性；④掌握建設(shè)區(qū)域內(nèi)電力用戶設(shè)備參數(shù)、電網(wǎng)構(gòu)成、設(shè)備建設(shè)地點布置以及電源接入點實際位置等信息；⑤在建設(shè)并網(wǎng)式的光伏發(fā)電系統(tǒng)時，技術(shù)人員還需要對接入電壓具體等級、短路線路電力流通情況等信息有所了解和掌握。

3　光伏發(fā)電系統(tǒng)的設(shè)計方案

3.1合理選擇發(fā)電系統(tǒng)類型

一般情況下，個人電力用戶和以家庭為單位的電力用戶其在日常生活中的耗電量相對較小，白天時太陽能的輻射量先谷底較高，所以，在住宅區(qū)域建設(shè)光伏發(fā)電系統(tǒng)可以獲得較高的太陽能，承受的負荷作用力較小。因為住宅區(qū)在夜晚的用電量相對較高，但此時太陽能輻射量相對較低，這就使得光伏發(fā)電系統(tǒng)在夜晚時經(jīng)常會出現(xiàn)發(fā)電不足的情況。而并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)的成功建設(shè)，就很好的解決了這一問題，使發(fā)電系統(tǒng)可以不依靠電能儲備裝置就能夠滿足個人和家庭的電能使用量。因此，在城市住宅區(qū)域中，技術(shù)人員需要應(yīng)用并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)，從而有效防止電力能源浪費情況的出現(xiàn)，消除在發(fā)電系統(tǒng)在充電和放電過程中的能源消耗，對建設(shè)場地的合理面積進行合理應(yīng)用，進而有效的減少了發(fā)電系統(tǒng)中對電力設(shè)備的使用數(shù)量，減少發(fā)電系統(tǒng)的成本投入。

3.2選擇合適的光伏電池

從技術(shù)角度上來看，光伏電池主要可以被劃分為多晶硅、單晶硅、聚光電池和薄膜電池等形態(tài)?，F(xiàn)階段，光伏電池在我國市場中最為常見的類型主要有單晶硅、薄膜電池和多晶硅單重，聚光電池的使用頻率相對較小。在這三種光伏電池類型中，其轉(zhuǎn)換效率最高的就是單晶硅電池，但此種電池的建設(shè)成本也是最高，且本身的制作工藝相對較為復(fù)雜，在生產(chǎn)過程中對能源的消耗量最大［1］。多晶硅電池本身的轉(zhuǎn)換效率雖然低于單晶硅電池，但本身的制作工藝卻比較簡單便利，在生產(chǎn)過程中對于能源的消耗量也較低，所以，在光伏電池市場中也擁有最高占有率。薄膜電池同以上兩種電池類型相比，本身轉(zhuǎn)換效率最低，但其生產(chǎn)成本也最低，這使得已經(jīng)受到了光伏電池市場的廣泛關(guān)注。此種電池類型的應(yīng)用，對于提升光伏發(fā)電系統(tǒng)本身的穩(wěn)定性具有極高的積極意義。

3.3光伏電池支架選擇的合理性

目前，我國現(xiàn)有的光伏電池支架主要分為跟蹤式和固定式兩種。其中，陽光跟蹤式又可以被劃分為水平單軸、豎直單軸、雙軸和傾斜單軸四種跟蹤式支架系統(tǒng)。同固定式電池支架相比，跟蹤式支架本身在運行過程中能夠增加發(fā)電系統(tǒng)30%的輸出功率，但在增加輸出的同時，每千瓦電力輸出又會增加大約零點六元的成本投入，以及設(shè)備維護工作任務(wù)量和維護工作技術(shù)難度。但因為屋頂分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)在建設(shè)過程中，其安裝的機械設(shè)備本身的工作功率都在千瓦級一下，而住宅區(qū)的電力用戶在日常生產(chǎn)工作過程中也不會經(jīng)常性對這些機械設(shè)備進行維護，所以，通過綜合分析考慮后，筆者建議技術(shù)人員在制定方案時盡可能選擇固定式的電池支架。此外，在選擇電池支架時，技術(shù)人員還需要從風荷載力、抗震能力、防腐能力、雪荷載力等方面的要求，以此來滿足光伏發(fā)電系統(tǒng)對電池支架設(shè)備25年使用壽命提出的要求［2］。

3.4設(shè)計組件角度

對光伏發(fā)電系統(tǒng)來講，光伏電池等組件安裝角度的設(shè)計是保證整個發(fā)電系統(tǒng)是否可以獲得最佳發(fā)電量的重要因素。一般情況下，電池方陣安裝角度主要可以被劃分為傾斜角和方位角兩種角度。由于太陽在不同季節(jié)峰值的產(chǎn)生方位具有一定的差異。例如，在夏季午后這段實踐，太陽峰值產(chǎn)生的照射方位屬于偏西，不是正南方向［3］。此外，受建筑物屋頂建設(shè)方位角度的影響，考慮到躲避太陽照射帶來的陰影和其他因素的影響，要想確保方位角負荷值最大，就需要確保發(fā)電系統(tǒng)中各組件傾斜角同光伏電池本身的出力峰值處于同一角度。只有這樣，才能夠保證光伏發(fā)電系統(tǒng)本身的發(fā)電能力受太陽照射角度和峰值的影響一直處于最低的狀態(tài)，提升發(fā)電系統(tǒng)本身的作用力。

3.5其他材料的選擇和設(shè)計

①技術(shù)人員可以按照匯流箱本身進線回路的數(shù)量為依據(jù)，選擇光伏發(fā)電系統(tǒng)中電池的陣列規(guī)模，且在選擇過程中需要按照建設(shè)現(xiàn)場的實際情況來布置電池陣列，盡可能減少電能的直流損耗量［4］。②工作人員要以光伏電池的直流電壓、串并聯(lián)設(shè)計方案和電池功率輸出來選擇逆變器，確保逆變器設(shè)備可以滿足并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計要求。③在選擇線路電纜時，要按照并網(wǎng)系統(tǒng)電壓實際等級和需要輸出的光伏電能容量來選擇。

3.6光伏發(fā)電的并網(wǎng)設(shè)計

在設(shè)計并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)時，技術(shù)人員需要按照國家電網(wǎng)單位發(fā)布的相關(guān)政策規(guī)定來制定其技術(shù)方案。對于一些適合展開分布式光伏電網(wǎng)項目的地區(qū)，技術(shù)人員可以直接向業(yè)務(wù)提供并網(wǎng)檢測、接入發(fā)電系統(tǒng)技術(shù)方案制定和設(shè)備調(diào)試等發(fā)電系統(tǒng)建設(shè)全過程免費服務(wù)。與此同時，業(yè)主也可以邀請當?shù)氐难芯繂挝慌汕矊I(yè)人員設(shè)計發(fā)電系統(tǒng)的技術(shù)方案。

4　結(jié)束語

總而言之，隨著我國現(xiàn)代化發(fā)展建設(shè)速度的提升與科學技術(shù)的不斷發(fā)展，使得光伏發(fā)電在我國經(jīng)濟市場中的重要性在不斷提升，其發(fā)展空間在不斷的拓展。由于分布式光伏發(fā)電項目的推出屬于優(yōu)化我國能源結(jié)構(gòu)體系的重要手段，是當前我國電力企業(yè)內(nèi)部技術(shù)人員日常工作中的重要內(nèi)容。此外，建設(shè)光伏發(fā)電系統(tǒng)，對促進我國電網(wǎng)公司可持續(xù)發(fā)展，為我國社會經(jīng)濟發(fā)展建設(shè)提供新能源等工作的順利進行具有重要意義。

［1］林洪波.屋頂分布式光伏發(fā)電技術(shù)方案的探討［J］.河南科技，2015，02：120～122.

［2］王 穎，文福拴，趙 波，等.高密度分布式光伏接入下電壓越限問題的分析與對策［J］.中國電機工程學報，2016，05：1200～1206.

［3］邢合萍，路 濤，施江鋒.屋頂分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)關(guān)鍵電氣設(shè)備熱點測試評估技術(shù)研究與探討［J］.質(zhì)量與認證，2016，03：64～65+69.

［4］張立斌.屋頂分布式光伏發(fā)電設(shè)計［J］.華北電力技術(shù)，2014，01：13～15+19.

［5］張立斌，高 楊，許 芳.分布式光伏發(fā)電項目優(yōu)化研究［J］.智能電網(wǎng)，2014，02：52～57.

TM615

A

2095-2066（2016）26-0046-02

2016-9-1

李 憶（1986-），女，工程師，碩士研究生，從事風電場、光伏電站設(shè)計工作。