齊魯工業(yè)大學(xué)5MW光伏屋頂并網(wǎng)電站的設(shè)計(jì)

徐劍

摘 要 齊魯工業(yè)大學(xué)5MW光伏屋頂電站項(xiàng)目于2013年12月建成，是國內(nèi)高校中迄今為止安裝容量最大的光伏屋頂并網(wǎng)電站。

關(guān)鍵詞 光伏發(fā)電 分布式電源 光伏建筑一體化

傳統(tǒng)的化石能源日益減少，所有人的目光不約而同的轉(zhuǎn)向了新能源，維持世界長遠(yuǎn)發(fā)展。而在城市中，開發(fā)樓體建筑可利用屋頂建設(shè)光伏發(fā)電站，使之成為光伏建筑一體化，又成為光伏發(fā)電利用的新途徑。

一、齊魯工業(yè)大學(xué)5MW光伏屋頂并網(wǎng)電站的總體設(shè)計(jì)

齊魯工業(yè)大學(xué)校園內(nèi)，共有53個(gè)單獨(dú)樓體，在校園內(nèi)47個(gè)樓體安裝光伏組件，共計(jì)鋪設(shè)19608塊255Wp光伏組件，安裝容量達(dá)5000040Wp，利用校區(qū)原有的樓體屋頂面積約56000m2，全年系統(tǒng)發(fā)電量為550萬度，是國內(nèi)高校中迄今為止安裝容量最大的光伏屋頂并網(wǎng)電站。

齊魯工業(yè)大學(xué)5MW光伏屋頂并網(wǎng)電站項(xiàng)目的光伏組件方陣采用固定傾角安裝方案，電力接入方案采用用戶側(cè)接入，自發(fā)自用、余電上網(wǎng)的模式。光伏電站所發(fā)電能主要供校區(qū)使用，多余電量輸送至電網(wǎng)，電能計(jì)量采用雙向計(jì)量方式，電力接入按照電網(wǎng)接入規(guī)范，電力運(yùn)行遵守當(dāng)?shù)卣{(diào)度指令。

二、齊魯工業(yè)大學(xué)5MW光伏屋頂并網(wǎng)電站的電氣設(shè)計(jì)

由于齊魯工業(yè)大學(xué)校區(qū)面積大，樓體布局分散，不能使用集中式并網(wǎng)方式，而是采用分布式并網(wǎng)方式，根據(jù)校區(qū)樓體不同屋頂結(jié)構(gòu)或安裝不同區(qū)域的光伏陣列，將結(jié)構(gòu)相似或距離相近的樓體屋頂安裝的光伏陣列通過單臺逆變器集中并網(wǎng)發(fā)電，從而實(shí)現(xiàn)多臺逆變器分布式并網(wǎng)發(fā)電。本系統(tǒng)采用10kV電壓等級并網(wǎng)，光伏組件發(fā)電通過匯流、逆變、升壓后，直接接入校區(qū)內(nèi)10kV開關(guān)站內(nèi)，并入長清大學(xué)城團(tuán)輕線輸電線路。根據(jù)設(shè)計(jì)要求，光伏組件安裝可分為五個(gè)大區(qū)域。

1號區(qū)域，使用630KW箱式逆變器兩臺。經(jīng)過1臺箱式高效10KV雙分裂升壓變壓器接入10KV輸電線路，箱變逆變器室安置在校區(qū)2號配電室旁。

2號區(qū)域，使用500KW箱式逆變器兩臺。經(jīng)過1臺箱式高效10KV雙分裂升壓變壓器接入10KV輸電線路，箱變逆變器室安置在8號配電室旁。

3號區(qū)域，使用500KW逆變器兩臺，經(jīng)過1臺高效10KV雙分裂升壓變壓器接入10KV輸電線路，逆變器室安置在圖書館配電室內(nèi)。

4號區(qū)域，使用500KW逆變器一臺，經(jīng)過1臺10KV升壓變壓器，接入10KV輸電線路，逆變器室安置在4號教學(xué)樓配電室旁。

5號區(qū)域，使用630KW逆變器兩臺，經(jīng)過1臺高效10KV升壓變壓器接入10KV輸電線路，逆變器室安置在1號配電室旁。

三、齊魯工業(yè)大學(xué)5MW光伏屋頂并網(wǎng)電站的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

由于齊魯工業(yè)大學(xué)5MW光伏屋頂并網(wǎng)電站是在已有建筑樓體屋頂建設(shè)，并且樓梯屋頂上面有很多美觀造型，光伏組件的安裝既要滿足結(jié)構(gòu)的完整性、安全性、最大安裝容量要求，還要不能破壞原有樓體屋頂?shù)慕ㄖY(jié)構(gòu)，保持原有屋頂造型結(jié)構(gòu)的美觀。

根據(jù)齊魯工業(yè)大學(xué)樓體屋頂?shù)奶攸c(diǎn)，將樓體屋頂分為四類。

第一類為學(xué)生宿舍公寓，屋頂結(jié)構(gòu)為南北方向雙坡屋頂。此類屋頂，可將光伏組件直接鋪設(shè)到屋頂南坡面，這種屋頂也是屋頂面積利用率最高的。對于在坡屋頂中間有天臺的學(xué)生宿舍，屋頂中間天臺直接搭建與兩側(cè)坡度一樣的鋼結(jié)構(gòu)支架，致使組件安裝后與兩側(cè)坡屋頂平齊。

第二類為平屋頂樓體，如行政樓、圖書館等，屋頂結(jié)構(gòu)為平屋頂，無其他建筑造型。此類屋頂，可以直接在屋頂防水層面上澆鑄混凝土基礎(chǔ)，在基礎(chǔ)上面預(yù)埋U型螺栓，用來固定光伏組件支架，是較容易進(jìn)行施工及安裝工作。

第三類為花架造型屋頂樓體，如公教樓、第三食堂等，屋頂建有花架造型結(jié)構(gòu)。此類屋頂，可以直接在花架造型上安裝膨脹螺絲，用來固定三角連接件，在三角連接件上在安裝光伏組件支架。

第四類為帶有立柱造型屋頂樓體，如第一教學(xué)樓、第三教學(xué)樓等，屋頂南北兩側(cè)建有多個(gè)3米高立柱造型結(jié)構(gòu)。在計(jì)算風(fēng)荷載及負(fù)重后，屋頂需要在南北兩側(cè)立柱上使用H型鋼及角鋼搭建鋼結(jié)構(gòu)平面，再在鋼結(jié)構(gòu)平面上安裝檁條，安裝光伏組件。此類屋頂，是四類樓體屋頂中設(shè)計(jì)、安裝最為復(fù)雜的。

四、齊魯工業(yè)大學(xué)5MW光伏屋頂并網(wǎng)電站項(xiàng)目實(shí)施意義

光伏并網(wǎng)發(fā)電電站的生產(chǎn)過程是將當(dāng)?shù)氐奶柲苻D(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿倪^程，在整個(gè)流程中，不需要消耗其他常規(guī)能源，不產(chǎn)生大氣、液體、固體廢棄物等方面的污染物，也不會產(chǎn)生大的噪聲污染。齊魯工業(yè)大學(xué)5MW光伏屋頂并網(wǎng)電站項(xiàng)目所發(fā)電量相當(dāng)有于全年節(jié)約了1943噸標(biāo)準(zhǔn)煤，同時(shí)減少污染排放429噸灰渣、4291噸二氧化碳（CO2）、42噸二氧化硫 （SO2）、98噸氮氧化物（NOX）。

齊魯工業(yè)大學(xué)5MW光伏屋頂并網(wǎng)電站監(jiān)控系統(tǒng)接入齊魯工業(yè)大學(xué)校園節(jié)能監(jiān)管系統(tǒng)，形成一個(gè)龐大的校園節(jié)能監(jiān)管系統(tǒng)工程體系。利用校園節(jié)能監(jiān)管系統(tǒng)平臺方便的深入到建筑物內(nèi)各個(gè)區(qū)域，實(shí)現(xiàn)對能源消耗全過程、全參數(shù)在線監(jiān)測；系統(tǒng)專用軟件可再對各種監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和分析，并生成各類報(bào)表和違規(guī)報(bào)警；系統(tǒng)還可以根據(jù)各監(jiān)測點(diǎn)監(jiān)測數(shù)據(jù)變化情況對能耗設(shè)備進(jìn)行自動控制。本項(xiàng)目為校園能耗監(jiān)測、節(jié)能運(yùn)行管理和自動控制的綜合解決方案提供了強(qiáng)而有力的保障。

可見，齊魯工業(yè)大學(xué)5MW光伏屋頂并網(wǎng)電站不僅可以減少化石資源的消耗，有利于緩解環(huán)境保護(hù)壓力，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)與環(huán)境的協(xié)調(diào)發(fā)展，節(jié)能和環(huán)保的雙贏，同時(shí)也成為高校中“節(jié)約型校園”的典范！

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