太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)與安裝要點(diǎn)探究

徐艷

（南京城鎮(zhèn)建筑設(shè)計(jì)咨詢(xún)有限公司，江蘇 南京 210000）

0 引言

在進(jìn)行太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，需結(jié)合太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)運(yùn)行特點(diǎn)及建筑性質(zhì)特點(diǎn)，研究設(shè)計(jì)不同組成部分，對(duì)于太陽(yáng)能電池組件布置、逆變系統(tǒng)設(shè)計(jì)及設(shè)備安裝、系統(tǒng)的防雷及接地裝置、系統(tǒng)的連接電纜及防護(hù)材料以及監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行系統(tǒng)化設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)的同時(shí)需要做好各部門(mén)之間的溝通和交流，共同商討設(shè)計(jì)和安裝的方案，不斷創(chuàng)新當(dāng)前的設(shè)計(jì)模式，提高太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)的有效利用率，提高當(dāng)前的實(shí)際效果。

1 太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)的概述

1.1 太陽(yáng)能光伏發(fā)電原理

太陽(yáng)能光伏發(fā)電分為三種：孤網(wǎng)發(fā)電（需要配置蓄電池儲(chǔ)能）；并網(wǎng)發(fā)電（不使用蓄電池，直接與公用電網(wǎng)并接）；微電網(wǎng)發(fā)電（可并網(wǎng)也可孤網(wǎng)運(yùn)行）。獨(dú)立式發(fā)電系統(tǒng)一般由光伏組件（太陽(yáng)能光伏面板）、控制器、蓄電池、逆變器等構(gòu)成；并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)主要由光伏組件（太陽(yáng)能光伏面板）、匯電箱、并網(wǎng)逆變器、監(jiān)控系統(tǒng)和雙向電能計(jì)量裝置組成；太陽(yáng)能微發(fā)電包含了太陽(yáng)能控制器和蓄電池。

首先太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)中光伏組件為重要的組成部分，也是光電能轉(zhuǎn)換的基礎(chǔ)設(shè)備，太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)的光伏電池要通過(guò)陽(yáng)光照射之后轉(zhuǎn)變?yōu)楣怆姷陌雽?dǎo)體，再根據(jù)半導(dǎo)體所產(chǎn)生的光伏效應(yīng)將陽(yáng)光直接轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?，發(fā)出的直流電經(jīng)逆變器轉(zhuǎn)成交流電輸送到電網(wǎng)。光伏電池還可以通過(guò)激發(fā)少數(shù)載流子來(lái)進(jìn)行發(fā)電，在生產(chǎn)過(guò)程中不會(huì)出現(xiàn)任何的化學(xué)反應(yīng)，也不會(huì)出現(xiàn)任何的機(jī)械耗能，屬于高效率的產(chǎn)業(yè)模式。在太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)應(yīng)用時(shí)也不會(huì)產(chǎn)生較為嚴(yán)重的噪聲，多方位地滿(mǎn)足當(dāng)前環(huán)境保護(hù)的要求[1]。在光伏發(fā)電中主要是對(duì)電池方陣進(jìn)行功率的輸出以及控制，并且在整個(gè)過(guò)程中需要合理地管控能源的消耗量，緩解不同的干擾性因素，以及失真的狀態(tài)發(fā)生程度等等。通過(guò)技術(shù)之間的相互協(xié)調(diào)，逐漸提高整體的發(fā)電效果，以此來(lái)推動(dòng)實(shí)際工作順利進(jìn)行。并網(wǎng)發(fā)電一般都是白天使用，晚上依然用電網(wǎng)電量。加上儲(chǔ)能（蓄電池）以后晚上就可以用儲(chǔ)能系統(tǒng)繼續(xù)放電。隨著光伏“棄光限電”現(xiàn)象嚴(yán)重，以及光伏發(fā)電系統(tǒng)電力輸出的波動(dòng)較大等因素，對(duì)可再生能源的利用及推廣限制日益嚴(yán)重后，在并網(wǎng)式光伏系統(tǒng)中配置儲(chǔ)能已成為目前大規(guī)模儲(chǔ)能系統(tǒng)的方向之一。

1.2 項(xiàng)目案例

（1）基本概況?？崭坌聞?dòng)能（高）標(biāo)準(zhǔn)廠(chǎng)房建設(shè)項(xiàng)目一期占地面積26371.10m2，約40畝，總建筑面積47442.95m2，二期規(guī)劃用地面積83064.31m2，總建筑面積208493.44m2，按土地規(guī)劃條件及業(yè)主設(shè)計(jì)目標(biāo)，項(xiàng)目擬采用單晶硅光伏組件和儲(chǔ)能站。

（2）平面布置設(shè)計(jì)。本項(xiàng)目屋面有大面積可設(shè)置光伏面板區(qū)域，為光伏系統(tǒng)提供了有利條件，經(jīng)過(guò)光伏面板的布置設(shè)計(jì)，經(jīng)計(jì)算光伏安裝容量為1125kW，儲(chǔ)能為2000kWh/A。光伏布置詳見(jiàn)圖1及圖2。

（3）儲(chǔ)能設(shè)計(jì)。本次設(shè)計(jì)兩套250kW/1000kWh的儲(chǔ)能預(yù)制艙系統(tǒng)，分別放置于一期、二期，每套占地20m2左右。一套全系統(tǒng)重量約為18噸，每天充放電約2000度電。每天峰谷價(jià)差（峰1.03元，谷0.3元）收益按0.7元/kWh計(jì)算，可獲利1400元，一年可獲利51萬(wàn)元。一套系統(tǒng)250萬(wàn)元成本，約需要5年收回成本，系統(tǒng)全生命周期為10年，最終單套系統(tǒng)獲利250萬(wàn)元，兩套獲利500萬(wàn)元。系統(tǒng)為智能維護(hù)設(shè)計(jì)，自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)能夠保障10年安全穩(wěn)定運(yùn)行[2]。

（4）發(fā)電量統(tǒng)計(jì)。根據(jù)江蘇省年平均日照量和日照數(shù)，同時(shí)考慮附近其他的建筑物遮擋問(wèn)題，本工程的首年發(fā)電量約為119.7萬(wàn)度，見(jiàn)圖3；2025年預(yù)估總發(fā)電量2722.06萬(wàn)度，年平均發(fā)電量108.88萬(wàn)度，見(jiàn)圖4。

（5）造價(jià)及收益。按照該項(xiàng)目一期二期太陽(yáng)能光伏總的裝機(jī)容量1.125MW，工期約6個(gè)月，造價(jià)約為562萬(wàn)元。儲(chǔ)能2MWh，工期約2個(gè)月（含一個(gè)月工廠(chǎng)生產(chǎn)），造價(jià)約為500萬(wàn)元。其中本項(xiàng)目選擇主要設(shè)備為太陽(yáng)能電池板（545W）、逆變器（100W，AC400V）、交流匯流箱（4進(jìn)1出）、支架（鍍鋅鋼）、并網(wǎng)柜（2進(jìn)1出）、計(jì)量柜（計(jì)量表，并網(wǎng)斷路器，失壓跳閘模塊）等。按照100%全額消納，本項(xiàng)目靜態(tài)回收期6年，25年總收益約為1343.44萬(wàn)元，如圖5所示。

2 項(xiàng)目總結(jié)

2.1 科學(xué)地選址

在進(jìn)行太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)工作中，要利用現(xiàn)有的建筑條件及地勢(shì)條件科學(xué)選址。太陽(yáng)能光伏發(fā)電站對(duì)周邊環(huán)境要求較高，因此在實(shí)際工作中需要先進(jìn)行科學(xué)的選址，為后續(xù)系統(tǒng)運(yùn)行提供必要性的保障。例如，在實(shí)際設(shè)計(jì)時(shí)要結(jié)合當(dāng)?shù)氐墓庹諚l件，保證有充足光照照射在太陽(yáng)能板上，達(dá)到良好的發(fā)電效果，同時(shí)還需要遠(yuǎn)離容易發(fā)生自然災(zāi)害的區(qū)域，地勢(shì)要平坦，避免由于自然因素而對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行造成一定的影響。此外，在太陽(yáng)能光伏發(fā)電站周邊不要有較多的遮擋，要盡可能地選擇非常寬闊而光照充足的區(qū)域，從而提高整體的設(shè)計(jì)效果[3]。

2.2 發(fā)電系統(tǒng)容量設(shè)計(jì)

發(fā)電系統(tǒng)容量設(shè)計(jì)是太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)中重要的組成部分，有助于促進(jìn)系統(tǒng)的平穩(wěn)運(yùn)行，所以在實(shí)際工作中需要更加精準(zhǔn)地完成發(fā)電系統(tǒng)的容量設(shè)計(jì)，為后續(xù)的使用提供重要的基礎(chǔ)。在實(shí)際工作中需要羅列出當(dāng)?shù)靥?yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)的負(fù)載率，確定負(fù)載大小以及耗電情況，在此基礎(chǔ)上，科學(xué)地選擇對(duì)應(yīng)的蓄電池容量，不斷優(yōu)化當(dāng)前的設(shè)計(jì)模式。同時(shí)還需要計(jì)算出太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)的電流，了解太陽(yáng)能光發(fā)電的最佳電流匹配度，之后再羅列出不同的方陣電壓，確定系統(tǒng)的功率特點(diǎn)和運(yùn)行特點(diǎn)等，不斷完善當(dāng)前的設(shè)計(jì)模式[4]。另外在進(jìn)行方陣功率設(shè)計(jì)時(shí)，要配合增加串聯(lián)的方式，通過(guò)并聯(lián)整理方式來(lái)得出最終數(shù)值，從而使發(fā)電系統(tǒng)容量設(shè)計(jì)效果能夠得到全面的提高。

3 太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)的安裝要點(diǎn)

3.1 支架基礎(chǔ)安裝

常用的布置方式包含：當(dāng)?shù)氐淖罴褍A角、單軸跟蹤方式、雙軸跟蹤方式。根據(jù)國(guó)際、國(guó)內(nèi)光伏電站的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，在太陽(yáng)電池性能等同等的條件下，一般方陣平單軸安裝方式的發(fā)電量約是固定式安裝方式的1.1～1.2倍，成本約為1.05～1.2倍；方陣雙軸跟蹤安裝方式的發(fā)電量約是固定式安裝方式的1.3～1.4倍，成本約為1.15～1.35倍。采用固定式安裝，這種布置方式的優(yōu)點(diǎn)是支架系統(tǒng)簡(jiǎn)單，安裝方便，布置緊湊，節(jié)約場(chǎng)地，綜合考慮電站的可靠性和經(jīng)濟(jì)性[5]。在實(shí)際支架安裝時(shí)要特別注意方陣基架的方位角和傾斜角均要滿(mǎn)足設(shè)計(jì)的規(guī)范及要求，同時(shí)還需要將底部的水平度控制在三毫米范圍之內(nèi)。如果水平度超出預(yù)定值時(shí)，可以利用墊鐵來(lái)進(jìn)行調(diào)平操作，和設(shè)計(jì)方案進(jìn)行相互的協(xié)調(diào)，提高整體的安裝效果。在獨(dú)立型太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)機(jī)電安裝時(shí)期，表面要盡可能地平整，避免對(duì)電池內(nèi)部造成一定的損傷。另外基架和地面的高度也要根據(jù)季節(jié)的變化來(lái)做出科學(xué)調(diào)整，從而使太陽(yáng)能面板能夠獲得充足的接收面積和光照時(shí)間，提高整體的發(fā)電效率。

3.2 組件的安裝

在進(jìn)行這一部分安裝時(shí)，需要特別注意每一個(gè)組件的質(zhì)量，要在安裝之前先進(jìn)行參數(shù)的檢查以及測(cè)量，保證參數(shù)符合相關(guān)要求之后，再測(cè)量出太陽(yáng)能組件的開(kāi)路電壓以及短路電流，不斷地完善當(dāng)前的安裝模式。在工作參數(shù)設(shè)定方面要在統(tǒng)一方針中以提高太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)的方陣發(fā)電效率為主，更加有序地實(shí)施當(dāng)前的安裝模式。在太陽(yáng)能面板安裝中，要盡可能避免磕碰，可以采取相對(duì)的防護(hù)措施來(lái)達(dá)到良好的安裝效果。太陽(yáng)能面板和固定基架的配合如果出現(xiàn)不緊密的情況，要使用鐵片來(lái)進(jìn)行墊平操作，從而使兩者之間的連接性能夠得到全面的提高，滿(mǎn)足后續(xù)的應(yīng)用要求以及標(biāo)準(zhǔn)。在面板安裝時(shí)，需要在面板邊框上進(jìn)行預(yù)制安裝，連接不同的組件，在使用螺絲時(shí)需要特別注意其中的緊密度，并且還要按照使用的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行放松工作，遵循靈活性安裝原則，提高整體的安裝效果。在太陽(yáng)能組件安裝到基架時(shí)，要盡可能地保證安裝的品質(zhì)，并且安裝上的太陽(yáng)能組件和機(jī)架之間的空隙率要大于8毫米左右，從而使太陽(yáng)能組件的散熱能力能夠得到全面的增強(qiáng)。太陽(yáng)能的面板安裝要注意防水和防霜，采取更加科學(xué)的保護(hù)措施，防止對(duì)后續(xù)使用造成一定的損傷[6]。

4 結(jié)論

通過(guò)上述工程案例及總結(jié)，本文分析了太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)及儲(chǔ)能系統(tǒng)在建筑中的具體系統(tǒng)設(shè)計(jì)及安裝，并進(jìn)行了發(fā)電量、造價(jià)及收益率的分析。太陽(yáng)能光伏與建筑的結(jié)合在不斷進(jìn)步，光伏建筑一體化設(shè)計(jì)（BIPV）也在不斷地發(fā)展中，在中國(guó)建筑節(jié)能40年的歷程基礎(chǔ)上，太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)將面臨著巨大的市場(chǎng)及廣闊的發(fā)展前景。