屋頂光伏與儲能一體化發(fā)電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)分析

張靜　孫亞平

摘 要：隨著社會持續(xù)發(fā)展，能源消耗量日益增加。隨之，環(huán)境污染日益加重，必須開發(fā)利用各種清潔能源，減少能耗量，降低對周圍環(huán)境的污染程度。作為一種重要的可持續(xù)再生能源，太陽能的應(yīng)用在世界范圍內(nèi)不斷擴(kuò)大，光伏系統(tǒng)在我國的應(yīng)用也逐漸增多，發(fā)揮著不可替代的作用，在緩解日益加重能源危機(jī)的基礎(chǔ)上，也滿足了用戶的用電需求。因此，本文作者對屋頂光伏與儲能一體化發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)這一課題予以了探討。

關(guān)鍵詞：屋頂；光伏；儲能；一體化；發(fā)電系統(tǒng)；設(shè)計(jì)；分析

中圖分類號： TM615 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A 文章編號： 1673-1069（2016）13-154-2

0 引言

隨著社會經(jīng)濟(jì)持續(xù)發(fā)展，人們的生活水平日漸提高，傳統(tǒng)能源已經(jīng)無法滿足他們的客觀需求，其供應(yīng)日漸緊張，加上傳統(tǒng)能源不具備可再生性，大大加重了人類社會在經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展方面的擔(dān)憂。面對這種情況，迫切需要開發(fā)、利用各種新能源，尤其是可再生能源，取代那些資源有限、嚴(yán)重污染周圍環(huán)境的常規(guī)能源，緩解日益加重的能源危機(jī)。太陽能屬于重要的定性清潔能源，具有獨(dú)特的優(yōu)勢，已成為社會大眾關(guān)注的焦點(diǎn)，具有非常廣闊的應(yīng)用前景。為此，需要全方位分析各種主客觀影響因素，優(yōu)化設(shè)計(jì)屋頂光伏與儲能一體化的發(fā)電系統(tǒng)，使其更好地發(fā)揮自身作用。

1 屋頂光伏發(fā)電系統(tǒng)概述

就屋頂光伏發(fā)電系統(tǒng)而言，由多種元素組合而成，比如，計(jì)量裝置、光伏組件、并網(wǎng)逆變器，各自發(fā)揮著不同的作用。當(dāng)下，晶體硅太陽能電池組件、非晶硅薄膜電池組件是光伏組件的核心組成要素。前者具有多樣化的優(yōu)勢，比如，較長的使用壽命，較強(qiáng)的抗風(fēng)和抗冰雹能力，光電的轉(zhuǎn)換率可以到14%—17%；而后者是由半導(dǎo)體材料組成，只有幾微米厚，其光電轉(zhuǎn)換率為6%—6.5%，能夠附在各類廉價(jià)的基片上，比如，玻璃。如果發(fā)電量、功率相同，非晶硅太陽能薄膜電池成本遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于晶體硅太陽能電池，已成為新時(shí)期最有可能實(shí)現(xiàn)發(fā)電成本和上網(wǎng)電價(jià)的一種新技術(shù)。

就屋頂光伏發(fā)電系統(tǒng)而言，把太陽能電池組件準(zhǔn)確安裝在屋頂合理的位置，這樣在有太陽照射的時(shí)候，逆變器就會把光伏組件發(fā)出的直流電順利轉(zhuǎn)換為正弦交流電，可以直接用于電源驅(qū)動負(fù)荷，還可以把它切換到外面的公用電網(wǎng)中，實(shí)現(xiàn)小型光伏系統(tǒng)并網(wǎng)運(yùn)行。在夜晚或者陰雨天的時(shí)候，太陽能電池組件沒有產(chǎn)生電能或者所產(chǎn)生的電能無法滿足負(fù)載需求的時(shí)候，可以發(fā)揮電網(wǎng)的作用進(jìn)行供電，確保電力系統(tǒng)處于安全、穩(wěn)定運(yùn)行中。

2 光儲一體化發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 太陽能資源分析

以杭州某項(xiàng)目為例，處于經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)，和市區(qū)距離為40千米。由于杭州屬于亞熱帶季風(fēng)氣候，年平均氣溫為16.2攝氏度，氣候溫和、濕潤，降水又充沛，四季分明，光照充足，有著豐富的太陽能資源，年平均太陽總輻射量為4270—4700/平方米內(nèi)，日照時(shí)數(shù)在1900—2200小時(shí)之間，日照百分率42%—48%，有著獨(dú)特的太陽能資源條件。

2.2 站址條件分析

以光伏方陣安裝位置條件為例，在全方位勘測現(xiàn)場基礎(chǔ)上，光伏方陣被安裝在項(xiàng)目業(yè)主公司的三號樓東側(cè)樓頂。就該地塊而言，屬于整片廠區(qū)的最高點(diǎn)，四周并沒有山林、高樓這樣的遮擋物，屬于朝南、東西走向，根據(jù)現(xiàn)場各方面的實(shí)際情況，非常適宜安裝光伏組件，可以在建筑物頂部安裝62kWp左右的光伏組件。就該項(xiàng)目而言，是用水泥作為其中的承重塊，使直通管的左右兩端和女兒墻相互連接，促使方陣處于統(tǒng)一的有機(jī)整體中，具有較強(qiáng)的承受力，樓頂?shù)淖畲蟪兄乜梢赃_(dá)到152kg/m2，能夠很好地承受來自光伏組件、支架的重量。相應(yīng)地，圖1是光伏組件方陣安裝位置、儲能電站基地的示意圖。

2.3 項(xiàng)目規(guī)模、系統(tǒng)接入設(shè)計(jì)

以電網(wǎng)接入為例，就該系統(tǒng)而言，所選擇的并網(wǎng)接點(diǎn)為電網(wǎng)0.4kV低壓側(cè)，主要給項(xiàng)目業(yè)主公司三號樓的二到四層樓供電，平均負(fù)荷為220kW，最高的負(fù)荷可以達(dá)到310kW。針對系統(tǒng)運(yùn)行情況，需要對并網(wǎng)接口的五號變電所進(jìn)行適當(dāng)?shù)母脑?，適當(dāng)增設(shè)并網(wǎng)切換屏、離網(wǎng)切換屏，可以在10kV變壓器0.4kV低壓側(cè)、儲能系統(tǒng)并網(wǎng)側(cè)的合理位置設(shè)置逆功率保護(hù)裝置，確保相關(guān)系統(tǒng)處于安全、穩(wěn)定運(yùn)行中，避免系統(tǒng)故障的頻繁發(fā)生，增加設(shè)備的運(yùn)營成本。

2.4 設(shè)備選型、施工設(shè)計(jì)

以太陽電池組件選型為例，太陽電池組件是光伏系統(tǒng)主要的發(fā)電來源。光伏組件具有多樣化的類型，比如，多晶硅組件、單晶硅組件。結(jié)合各方面情況，該系統(tǒng)主要采用的是S—180C（190Wp）單晶硅組件，具有較長的使用壽命，能夠在惡劣的環(huán)境中長期運(yùn)作。以電纜敷設(shè)方案為例，對于儲能基站、變電所來說，其間的主電纜采用的是3×240+2×120的嵌裝電纜，四進(jìn)三出。就樓頂而言，其光伏輸出主電纜經(jīng)過垂直橋架鋪設(shè)到對應(yīng)2、3號廠房之間的空橋架，在進(jìn)入2號廠房之后，對應(yīng)的架空架需要向西鋪設(shè)，并沿著電力的主電纜路線，進(jìn)入到對應(yīng)的基站中。

2.5 經(jīng)濟(jì)評價(jià)

在光伏發(fā)電系統(tǒng)方面，綜合分析各方面因素，光伏方陣只適合安裝57KWp，但每年的發(fā)電量可以達(dá)到五萬kW·h，按照工業(yè)用電價(jià)格進(jìn)行計(jì)算，每年會有4.3萬元的收益，那么，25后將有107.5萬元的收益，即4.3×25=107.5萬元。就儲能系統(tǒng)而言，削峰填谷是其核心功能，在降低用電成本的基礎(chǔ)上，還能合理調(diào)整電網(wǎng)的峰頻、平滑負(fù)荷。根據(jù)該地區(qū)峰谷電價(jià)格以及時(shí)間段來說，每度電可以省下來0.3923元，如果一年按照300天工作日計(jì)算，一年用電量為60萬度，即0.3923×600，000=235，380元，一年就節(jié)約235，380元。就系統(tǒng)總效益來說，在安裝光儲一體化系統(tǒng)之后，每年有23.538萬元的儲能系統(tǒng)收益，4.3萬元的光伏發(fā)電收益，系統(tǒng)總效益也是非?？捎^的。相應(yīng)地，表1是該地區(qū)光伏發(fā)電量估算中中和效率系數(shù)。

3 結(jié)語

總而言之，優(yōu)化設(shè)計(jì)屋面光伏和儲能一體化系統(tǒng)至關(guān)重要。在設(shè)計(jì)過程中，要綜合考慮各方面主客觀影響因素，采取適宜的措施，優(yōu)化設(shè)計(jì)，使其更好地發(fā)揮自身作用，提高太陽能利用率，具有較好的節(jié)能減排作用，能夠優(yōu)化電源結(jié)構(gòu)等，改善周圍環(huán)境，擁有較好的“經(jīng)濟(jì)、社會、生態(tài)”三效益。

參 考 文 獻(xiàn)

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