屋頂分布式光伏電站的優(yōu)化設(shè)計(jì)探析

沈斌惠

摘 要：光伏作為新能源電力的主要電源，已經(jīng)持續(xù)穩(wěn)定的發(fā)展了十幾年，在國(guó)家財(cái)政補(bǔ)貼的政策下，如進(jìn)入快速車道，全國(guó)各縣市不論地面集中式光伏電站還是工商業(yè)屋頂分布式光伏電站大量建設(shè)投產(chǎn)，在節(jié)能減排、降低碳排放的道路上做出了不少的貢獻(xiàn);不過(guò)由于補(bǔ)貼快速退坡，導(dǎo)致各類型光伏電站的收益率出現(xiàn)明細(xì)下滑，降低了各投資方的投資熱情，尤其是2018年531政策后，更是將行業(yè)拉至冰點(diǎn)，因?yàn)榉植际焦夥娬靖咏咏?fù)荷邊緣，有利于自發(fā)自用，降低傳輸損耗，因此本文主要從技術(shù)角度考慮，如何優(yōu)化屋頂分布式光伏系統(tǒng)及電氣設(shè)計(jì)，以降低屋頂分布式光伏電站的系統(tǒng)投資成本。

1、前言

2020年9月22日習(xí)近平主席在第七十五界聯(lián)合國(guó)大會(huì)一般性辯論上表示，中國(guó)將提高國(guó)家自主貢獻(xiàn)力度，采取更加有利的措施和政策，力爭(zhēng)二氧化碳排放2030年前達(dá)到峰值，努力爭(zhēng)取2060年前實(shí)現(xiàn)碳中和。作為新能源的主力軍，光伏身披重責(zé)。因此如何在沒(méi)有補(bǔ)貼的前提下，降本增收益，對(duì)于分布式光伏電站的投資建設(shè)有著非常重要的研究意義。

2、屋頂分布式光伏電站設(shè)計(jì)存在的問(wèn)題

屋頂老化嚴(yán)重，很多鋼結(jié)構(gòu)屋頂銹蝕、漏水問(wèn)題普遍，維修和補(bǔ)漏成本太高，以及后續(xù)扯皮嚴(yán)重，雙方信任感降低，導(dǎo)致電費(fèi)收繳出現(xiàn)遲滯等問(wèn)題;逆變器、箱變及開(kāi)關(guān)站等設(shè)備選型偏小導(dǎo)致系統(tǒng)成本相應(yīng)增加;常規(guī)485通訊由于通訊穩(wěn)定性受到干擾較大，導(dǎo)致設(shè)備的數(shù)據(jù)傳輸出現(xiàn)不穩(wěn)定，不能第一時(shí)間得知設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，從而不能第一時(shí)間處理故障點(diǎn)而導(dǎo)致發(fā)電量損失，降低電站收益;以及其他各種因素導(dǎo)致的設(shè)備成本增加及發(fā)電量降低的各種因素。

3、優(yōu)化設(shè)計(jì)對(duì)策

3.1、針對(duì)企業(yè)鋼結(jié)構(gòu)屋頂老化嚴(yán)重的屋頂，如果簡(jiǎn)單的做相應(yīng)的結(jié)構(gòu)強(qiáng)行固定在鋼結(jié)構(gòu)固定光伏組件，勢(shì)必會(huì)導(dǎo)致在施工以及后續(xù)的發(fā)電過(guò)程中對(duì)原有彩鋼瓦屋頂產(chǎn)生持續(xù)的損壞，導(dǎo)致屋頂漏水和銹蝕加劇，如果廠房?jī)?nèi)的產(chǎn)品或設(shè)備遇水損壞，帶來(lái)的賠償損失則會(huì)使光伏電站的發(fā)電收益徒勞。因此目前可以考慮用雙玻組件做為屋面替換現(xiàn)有的彩鋼瓦，這樣不僅不需要更換瓦片，而且還能帶來(lái)更好的采光，而且能最大化的利用屋頂面積，安裝更多的光伏組件，一舉三得，實(shí)現(xiàn)光伏建筑一體化（BIPV），采用特殊的導(dǎo)軌設(shè)計(jì)，使得光伏串接線PV-1*4電纜可以在女兒墻處匯集;

3.2、更大的容配比設(shè)計(jì)，由于光伏組件的額定功率為25攝氏度，1000W每平米的潔凈空氣下的標(biāo)稱功率，實(shí)際工作環(huán)境由于受到各種因素影響，系統(tǒng)效率一般都在0.8左右，因此以1000KW的裝機(jī)容量為基礎(chǔ)，實(shí)際在全年最大出力點(diǎn)實(shí)時(shí)功率最多不超過(guò)800KW，因此我們?cè)谠O(shè)計(jì)組串使，對(duì)于不同太陽(yáng)能資源的輻照條件下，可以據(jù)實(shí)放大直流側(cè)功率，以浙江為力，三類太能能資源地區(qū)，則單臺(tái)125kw逆變器則可以考慮在直流側(cè)接入150KW組件容量，這樣則可以更大程度的降低交流冊(cè)的成本，以達(dá)到降低系統(tǒng)成本的目的;

3.3、對(duì)于屋面集中的屋頂分布式光伏電站，盡量選用大容量升壓變壓器，第一變壓器容量增加，則T接的變壓器就會(huì)減少，不同型號(hào)的電纜就會(huì)減少，則電纜接頭則會(huì)相應(yīng)減少，電力人其實(shí)都知道，每一個(gè)電纜接頭意味著，多一個(gè)故障隱患點(diǎn)，減少電纜接頭則對(duì)于系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行多了一個(gè)保證，同時(shí)大容量變壓器的使用，意味成本的降低，譬如以一個(gè)6MW的光伏電站為例，一個(gè)設(shè)計(jì)方案選擇6臺(tái)1000kva箱變，兩外一個(gè)選擇4臺(tái)1600kva的箱變;第一種方案每臺(tái)20萬(wàn)，則總價(jià)為120萬(wàn)，第二種方案每臺(tái)25萬(wàn)，則總價(jià)為100萬(wàn)，相對(duì)于第一種方案，大容量變壓器的選擇，可以獲得20萬(wàn)的成本降低，對(duì)于項(xiàng)目投資收益率來(lái)講可以獲得更高的收益回報(bào)。

3.4、高效大功率大尺寸組件的選擇。我們知道光伏電站的發(fā)電單元都是通過(guò)一塊塊小的組件，串接匯集后再逆變及升壓后實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)發(fā)電，因此匯集的電纜成本也是系統(tǒng)中不小的一個(gè)比例，如何降低電纜使用量則是一個(gè)重要的課題，同樣一個(gè)組串，譬如，對(duì)于60片電池封裝的組件，如果我選擇普通的315Wp單晶組件和高效的345Wp單晶組件，由于345Wp有更高的開(kāi)路電壓，則相同功率的容量下，勢(shì)必電流會(huì)降低，則我們?cè)诳紤]電纜載流量時(shí)，就可以選擇小線徑的電纜，對(duì)于整個(gè)電站而言，采用更高效的組件勢(shì)必會(huì)帶來(lái)更低的電纜投資;同樣如果選擇高效組件，則對(duì)于一個(gè)固定容量的電站而言，舉個(gè)例子，以1MW光伏電站而言，使用315Wp組件需要3174塊，對(duì)于345Wp組件則只需要2898塊，則相應(yīng)的固定的支架也會(huì)降低10%的成本，因此我們的系統(tǒng)成本又可以往下降低不少，所以如果在組件價(jià)格差異不大的情況下，盡量選擇高效大規(guī)格組件。

3.5、由于之前大部分光伏電站對(duì)于運(yùn)行設(shè)備狀態(tài)的信息數(shù)據(jù)采集主要通過(guò)485屏蔽雙絞線采集，由于為串接線，中間對(duì)接接頭繁多，每根接線一般都要上傳10余臺(tái)設(shè)備的數(shù)據(jù)，如果某一段雙絞線出線松動(dòng)則該條接線尾端全部設(shè)備的信息就會(huì)丟失，穩(wěn)定性極差，對(duì)于后臺(tái)運(yùn)維人員的檢修維護(hù)工作帶來(lái)不少的挑戰(zhàn)，在對(duì)于隱患排除上更是困難重重，因此現(xiàn)在對(duì)于逆變器的通訊傳輸通過(guò)PLC載波實(shí)現(xiàn)，每一個(gè)陣列中通過(guò)箱變測(cè)控對(duì)于該陣列內(nèi)所有設(shè)備進(jìn)行匯集，然后再通過(guò)光纖環(huán)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸，通過(guò)這種方式的通訊手段，則使得數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定性得到極大的保證，對(duì)于后期運(yùn)營(yíng)維護(hù)保證電站長(zhǎng)期持續(xù)的良性工作提供堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

4、結(jié)語(yǔ)

光伏行業(yè)隨著這幾年的大力發(fā)展已經(jīng)有一個(gè)新興行業(yè)變成一個(gè)傳統(tǒng)的能源行業(yè)，在補(bǔ)貼退坡的前提下，通過(guò)自身的技術(shù)研發(fā)和開(kāi)拓發(fā)展，不斷的降低系統(tǒng)成本使得自身能更加適應(yīng)市場(chǎng)行情，在一些光照資源豐富的區(qū)域不僅實(shí)現(xiàn)平價(jià)上網(wǎng)，更是已低于脫硫煤的發(fā)電電價(jià)，屋頂分布式光伏電站亦是是其重要的組成部分，相信后續(xù)慢慢成為每一個(gè)企業(yè)的標(biāo)配電源，也相信后續(xù)會(huì)在改變能源結(jié)構(gòu)，降低節(jié)能減排的道路上越走越遠(yuǎn)。

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