新型光伏產(chǎn)品在火電廠多場景應(yīng)用研究

摘要：分析各種不同類型光伏產(chǎn)品的原理、適應(yīng)場景、安裝方式、發(fā)電效率等特點(diǎn)，結(jié)合現(xiàn)場條件綜合分析，優(yōu)化實(shí)施方案，明確各種應(yīng)用場景中各新型光伏產(chǎn)品種類、數(shù)量、安裝方式和場景間配合，確定光伏車棚、光伏路燈、地面光伏、水面光伏、屋面光伏、綠色建筑光伏等實(shí)施方案。多種光伏發(fā)電方式融為一體，為打造同類型光伏項(xiàng)目建設(shè)提供借鑒。

關(guān)鍵詞：光伏車棚；水面光伏；光伏路燈；幕墻光伏；瓦片光伏

隨著習(xí)近平新時(shí)代中國特色社會(huì)主義思想的有效實(shí)踐，當(dāng)前社會(huì)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展迎來了重大變局，人民的生活水平顯著提升。伴隨著生活質(zhì)量要求的提高，社會(huì)對(duì)能源的需求、消費(fèi)與發(fā)展需要也隨之提高。受限于傳統(tǒng)礦物能源的不可再生屬性，新能源作為未來我國能源供給體系的重要力量登上舞臺(tái)。光能作為新能源體系不可或缺的一環(huán)，在國內(nèi)發(fā)展極為迅速。因此，如何利用光伏面板搭建新型分布式光伏集群，是國內(nèi)電力能源體系綠色轉(zhuǎn)型的一個(gè)重要難題。

1分布式光伏集群概述

分布式光伏集群一般指規(guī)模較小、布局分散的光伏集群，其應(yīng)用范圍廣、場景多，可以在建筑物的屋頂、未有人開墾的荒地，甚至池塘進(jìn)行安裝［1］。分布式光伏集群雖然輸出電量較少，但安裝方便、安裝地點(diǎn)靈活，且運(yùn)行穩(wěn)定、無噪聲，最主要的是能夠根據(jù)場地的實(shí)際情況對(duì)光伏系統(tǒng)的容量進(jìn)行調(diào)整。

2分布式光伏集群的實(shí)際應(yīng)用

徐礦集團(tuán)作為江蘇省國資委管理的省屬企業(yè)，近年來，一直著力于加快綠色轉(zhuǎn)型，構(gòu)建現(xiàn)代新型能源產(chǎn)業(yè)體系、現(xiàn)代綠色發(fā)展體系，堅(jiān)持大力推動(dòng)新能源項(xiàng)目開發(fā)建設(shè)，致力打造資源枯竭型企業(yè)轉(zhuǎn)型“綠色樣本”。

江蘇華美熱電有限公司貫徹新發(fā)展理念，落實(shí)徐礦集團(tuán)綠色轉(zhuǎn)型戰(zhàn)略，積極打造綠色轉(zhuǎn)型排頭兵，推進(jìn)能源結(jié)構(gòu)調(diào)整和生產(chǎn)方式綠色低碳轉(zhuǎn)型，多措并舉，大力推進(jìn)光伏發(fā)電項(xiàng)目建設(shè)。

2.1分布式光伏集群的建設(shè)條件研究

江蘇華美熱電有限公司位于東經(jīng)117.1155°，北緯34.34°。年日照時(shí)數(shù)為2 284～2 495 h，日照率52%～57%，太陽年總輻射量為4 700～4 900 MJ/m2，屬于太陽能資源較為豐富區(qū)，適合建設(shè)光伏項(xiàng)目。

廠區(qū)南部擁有閑置土地、魚塘、房屋可以開發(fā)利用。土地、魚塘地質(zhì)構(gòu)造穩(wěn)定，無斷裂危險(xiǎn)，保證光伏面板搭建的穩(wěn)定性。辦公樓、公寓樓、浴室、培訓(xùn)樓屋頂為混凝土框架平面。新能源數(shù)字中心樓為瓦面帶傾角屋面。

2.2分布式光伏集群的場景應(yīng)用研究

2.2.1光充一體化車棚的應(yīng)用研究

光伏車棚是利用原有的露天場地，建設(shè)上部發(fā)電及遮陰、下部停車及充電的現(xiàn)代化“光充一體式車棚”，車棚鋼結(jié)構(gòu)造型設(shè)計(jì)融入集團(tuán)公司文化理念。

“光充一體式車棚”將光伏發(fā)電設(shè)備和充電設(shè)施形成了一個(gè)微網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)運(yùn)行?！肮獬湟惑w車棚”整個(gè)系統(tǒng)由鋼結(jié)構(gòu)車棚、光伏組件、光伏逆變器、交流配電柜，充電樁、光伏候車廳組成。

建設(shè)128個(gè)新能源汽車的專用停車位，并安裝32臺(tái)新能源汽車智能雙槍充電樁，可以同時(shí)滿足64臺(tái)新能源汽車充電要求。

根據(jù)公司員工的工作通勤情況考慮，以及安全環(huán)保要求，充電樁采用慢充，額定功率2×7 kW，雙槍立柱式安裝。充電樁可以聯(lián)網(wǎng)，彩色觸摸屏，可以掃碼、刷卡等多種方式啟動(dòng)充電。

在“光充一體車棚”東側(cè)的員工通勤車輛候車場所進(jìn)行地坪亮化后，設(shè)計(jì)安裝了一座現(xiàn)代化的光伏候車亭。候車亭頂部安裝的光伏組件發(fā)電，為候車亭電子宣傳欄、液晶顯示屏及宣傳卷軸供電。候車亭前配置兩個(gè)光伏座椅，為候車員工提供臨時(shí)休息場所和手機(jī)無線充電，并可以進(jìn)行藍(lán)牙無線連接音樂播放，使員工緊張工作后的心情得到放松，愉悅身心。這既是員工的候車場，同時(shí)又成為現(xiàn)代電子宣傳的重要陣地。

2.2.2光伏照明的應(yīng)用研究

太陽能光伏路燈，利用太陽能光伏組件配上專用微機(jī)智能控制器，白天把光能轉(zhuǎn)化為直流電能存儲(chǔ)在蓄電池內(nèi)，晚上用LED照明燈把低壓直流轉(zhuǎn)化為光能。采用智能控制器進(jìn)行控制，可以根據(jù)天空自然亮度和人們處于各種環(huán)境下需要的亮度來自動(dòng)調(diào)節(jié)燈的亮度。結(jié)合本公司的實(shí)際情況，選取了純光伏路燈、風(fēng)光互補(bǔ)路燈、電光互補(bǔ)路燈共3種類型，利用廠區(qū)原有燈桿和基礎(chǔ)進(jìn)行升級(jí)改造。

依據(jù)路段的功能定位和人流密度進(jìn)行分類，對(duì)于重要生產(chǎn)場所的路燈為了保證照明的持續(xù)性和可靠性，路燈改造為光電互補(bǔ)方式，正常時(shí)利用太陽能發(fā)電，當(dāng)遇持續(xù)陰雨天氣的特殊情況時(shí)，利用數(shù)字式路燈控制器切換為市電供電。公司大門、辦公樓，培訓(xùn)中心附近的主要干道采用風(fēng)光互補(bǔ)式路燈，微機(jī)路燈控制器控制風(fēng)力發(fā)電機(jī)和光伏組件給蓄電池充電，晚上路燈控制器根據(jù)需要控制路燈的照明開啟和調(diào)節(jié)亮度。其他廠區(qū)路燈改造為純光伏路燈。

2.2.3地面光伏場景應(yīng)用

地面光伏主要分為固定傾角方式和跟蹤式，跟蹤式光伏因增加自動(dòng)跟蹤裝置后，將增加占地面積，適合于荒漠區(qū)大型并網(wǎng)光伏電站。項(xiàng)目地面光伏以固定傾角安裝為主，跟蹤式光伏為輔。固定傾角方式安裝的光伏組件按其支撐固定的支架又分為混凝土管樁式、螺旋地樁、混凝土支墩3種形式?；炷凉軜逗碗p排螺旋地樁安裝方式建設(shè)農(nóng)光互補(bǔ)。混凝土管樁在易沉降和基巖深度較深的場地適用；螺旋地樁建設(shè)成本相對(duì)較低，光伏陣列間可種植不同種類的農(nóng)作物，實(shí)現(xiàn)農(nóng)光互補(bǔ)。混凝土支墩安裝方式適應(yīng)于地質(zhì)條件復(fù)雜，地面以下有建筑物、巖石層等無法深埋的場景，其主體結(jié)構(gòu)全部位于地面以上，對(duì)地質(zhì)條件要求不高，整體造價(jià)也相對(duì)較低。

考慮到項(xiàng)目定位，提高光伏發(fā)電效率，項(xiàng)目設(shè)計(jì)了多種跟蹤式光伏應(yīng)用。有雙軸跟蹤、平單軸跟蹤、斜單軸跟蹤、單軸跟蹤、手動(dòng)調(diào)節(jié)單軸跟蹤、平斜單軸跟蹤6種不同型式的光伏產(chǎn)品。相較于固定傾角的普通光伏，自動(dòng)跟蹤光伏發(fā)電效率可提升15%～50%。

2.2.4水面光伏場景應(yīng)用

水面光伏一般采用混凝土管樁或水面浮體承載兩種形式，大面積水面光伏電站采用混凝土管樁居多，相對(duì)于浮體承載結(jié)構(gòu)，其對(duì)水體溶氧、水面以下結(jié)構(gòu)影響很小，大量應(yīng)用于漁光互補(bǔ)場景，單位工程造價(jià)也相對(duì)較低。

本項(xiàng)目西側(cè)魚塘設(shè)計(jì)建設(shè)了拉索式、浮筒式和浮臺(tái)錨固式3種不同類型水面浮體承載的水面光伏，東側(cè)魚塘建設(shè)管樁式光伏。

拉索式光伏對(duì)水系溶氧無影響，夏季陰影遮擋可顯著降低水體溫度，利于魚類生存。光伏組件傾角15°安裝于柔性鋼絲繩上，配置雙面雙玻組件可有效吸收水面漫反射光線，提高發(fā)電效率。此方式在地形較復(fù)雜地域及漁業(yè)資源豐富地區(qū)已大量應(yīng)用。

浮筒式光伏對(duì)水系溶氧影響極小，夏季陰影遮擋可顯著降低水體溫度，利于魚類生存。浮體隨水位高低上下漂浮，與水底錨塊采用柔性鋼絲繩連接以限制位移量。浮筒采用模塊化拼接安裝方式，可靈活進(jìn)行增減容量、陣列外形尺寸變化，預(yù)置15°傾角，支架鋼材用量少。

浮臺(tái)錨固式光伏，采用高密度PVC泡沫板材作為主浮體，包括抗老化板材亮化。浮臺(tái)可隨水位高低上下漂浮，與水底錨塊采用柔性鋼絲繩連接以限制位移量。平鋪陣列安裝面積容量密度最大，支架鋼材用量最少。光伏組件造型設(shè)計(jì)融入了公司的企業(yè)文化。

2.2.5綠色低碳建筑光伏應(yīng)用研究

江蘇華美熱電公司光伏項(xiàng)目結(jié)合開展綠色建筑創(chuàng)建活動(dòng)，改建一大批綠色節(jié)能建筑。建筑光伏主要分為幕墻光伏和屋頂光伏。

幕墻光伏既要光伏發(fā)電創(chuàng)建零碳建筑，又要將光伏組件和建筑融為一體，體現(xiàn)建筑美感。本項(xiàng)目在數(shù)據(jù)中心南側(cè)和辦公樓南側(cè)依據(jù)房屋結(jié)構(gòu)建設(shè)光伏幕墻。

數(shù)據(jù)中心大樓南側(cè)墻外大型微傾斜光伏幕墻，以鋼結(jié)構(gòu)框架固定85°傾角平鋪安裝，高23.66 m，寬70.20 m，幕墻面積1 660.932 m2，直流裝機(jī)容量335 KWp。它與建筑融為一體，大氣磅礴，科技感強(qiáng)烈，既滿足裝飾功能，又兼顧發(fā)電，呈現(xiàn)光伏應(yīng)用新的亮點(diǎn)。

對(duì)辦公樓原玻璃幕墻進(jìn)行改造，以鋁合金結(jié)構(gòu)框架立面安裝碲化鎘半透光組件。保留原建筑外形結(jié)構(gòu)，與建筑融為一體，既滿足裝飾功能，又兼顧發(fā)電。40%透光碲化鎘組件雙層鋼化玻璃，強(qiáng)度高，壽命長，采光度高，綠色環(huán)保。

屋頂光伏不占用土地等資源，利用現(xiàn)有建筑物頂部加裝，大大節(jié)省資源。屋頂光伏常見有混凝土平面屋頂、瓦面帶傾角屋面和鋼結(jié)構(gòu)彩鋼瓦屋面幾種形式，混凝土平面屋頂在載荷允許的情況下可預(yù)置高效傾角，發(fā)電效率也相對(duì)較高，運(yùn)行維護(hù)也更加方便。屋頂光伏作為清潔能源領(lǐng)域的一個(gè)重要方面，其合理開發(fā)和利用顯得至關(guān)重要［2］。利用辦公樓、公寓樓、培訓(xùn)樓等樓頂平面，采用支墩式光伏支架安裝方式，支墩式光伏支架特點(diǎn)是所有主體結(jié)構(gòu)均在樓面以上，對(duì)原防水層不產(chǎn)生破壞，具有防水性能好、安裝方便、造價(jià)低等優(yōu)點(diǎn)，設(shè)計(jì)15°傾角安裝，發(fā)電效率高。

2.2.6特殊類光伏產(chǎn)品場景應(yīng)用

近年來，光伏產(chǎn)品發(fā)展與創(chuàng)新日趨豐富，光伏發(fā)電玻璃、太陽能地磚，光伏花等新型產(chǎn)品陸續(xù)涌現(xiàn)。

光伏瓦片屋頂與建筑屋頂實(shí)現(xiàn)一體化融合，替代傳統(tǒng)建筑瓦片保持建筑原有的風(fēng)格，符合建筑美學(xué)，解決了光伏發(fā)電用于民居屋頂建設(shè)在建筑美學(xué)上的障礙，同時(shí)也有利于建設(shè)零碳建筑。

光伏瓦片是用特殊配方的陶瓷材料制作成高強(qiáng)度的陶瓷瓦片與光伏發(fā)電模組通過自動(dòng)封膠工藝組裝成的可以發(fā)電的陶瓷瓦片。瓦片在太陽光線的可見光照射下，通過硅材料的光伏效應(yīng)，產(chǎn)生電能。瓦片式光伏組件，用于安裝在斜屋頂上，更適合仿古屋面的光伏建設(shè)。光伏組件固定嵌裝在邊框內(nèi)，邊框上端設(shè)有用于與掛瓦條固定相連的槽溝，邊框左右兩側(cè)分別設(shè)有用于與相鄰?fù)咂焦夥M件搭接相連的搭接結(jié)構(gòu)。

新能源數(shù)字中心樓頂和池塘涼亭頂部采用了新型光伏瓦片式光伏組件，相較于常規(guī)屋面安裝方式，屋面瓦片式光伏與建筑完全融為一體，色彩可靈活搭配，無突兀感，既簡潔美觀，又兼顧發(fā)電。組件表面為高強(qiáng)度鋼化玻璃，機(jī)械強(qiáng)度高，抗沖擊。

光伏連廊，設(shè)計(jì)建設(shè)了雙排雙玻光伏的場景應(yīng)用。采用碲化鎘40%透光組件，以不銹鋼框架欄桿立面安裝。連廊光伏與魚塘環(huán)境融為一體，既滿足連廊防護(hù)功能，又兼顧發(fā)電。40%透光碲化鎘組件雙面鋼化玻璃，強(qiáng)度高、壽命長，目視效果好。

在魚塘連廊北出口處裝設(shè)了光伏地磚與重力感應(yīng)地?zé)艚M合，地磚發(fā)電直接用于地?zé)?，光伏地磚所發(fā)電量直接儲(chǔ)存于感應(yīng)地?zé)魞?nèi)部鋰電池組。光伏地磚的開路電壓約為18 V，產(chǎn)品具備良好的絕緣性能，杜絕漏電、觸電隱患。其壽命長，性能穩(wěn)定，能夠滿足長期使用需求。承重能力高，光伏地磚表面是鋼化玻璃材質(zhì)，可以承受較高壓力。

光伏花白天跟蹤太陽發(fā)電，夜晚為周邊用電設(shè)備提供清潔電能，是一款集科技+能源+景觀的光伏發(fā)電設(shè)備，外觀獨(dú)特美觀時(shí)尚，容易維護(hù)，適合在零碳公園、綠色能源光伏發(fā)電、零碳建筑等項(xiàng)目前景中使用。

光伏花自動(dòng)計(jì)算當(dāng)?shù)靥柟獾恼丈浣嵌?，?shí)時(shí)跟蹤太陽方位，自動(dòng)調(diào)整，以使光伏組件始終保持最佳的角度迎合太陽光照，太陽光線垂直于電池板組件，照射強(qiáng)度最大化，保障光伏電池片在良好的一個(gè)發(fā)電狀態(tài)，發(fā)電效率比普通光伏電池片增加40%。

3關(guān)于分布式光伏集群的效益分析

3.1經(jīng)濟(jì)效益

依據(jù)江蘇華美熱電有限公司的光伏安裝現(xiàn)狀，據(jù)測算平均每年光伏發(fā)電為800萬kWh，接入大數(shù)據(jù)的部分根據(jù)前述自用率60%，其余40%上網(wǎng)，每年可以給公司帶來350萬元的經(jīng)濟(jì)收入。

3.2社會(huì)效益

太陽能發(fā)電利用太陽能轉(zhuǎn)化為電能，能夠充分利用可再生、清潔的太陽能資源，且不產(chǎn)生任何污染物，不排放任何有害氣體和廢棄物，對(duì)人類生活居住干擾小。該工程所在地區(qū)為廠區(qū)內(nèi)部，整個(gè)范圍不大，對(duì)土地產(chǎn)生的影響非常小。項(xiàng)目已成為公司新的經(jīng)濟(jì)增長點(diǎn)和集團(tuán)公司新能源建設(shè)和綠色轉(zhuǎn)型的示范引領(lǐng)基地。

3.3環(huán)保效益

分布式光伏集群采用綠色清潔能源，并在設(shè)計(jì)上嚴(yán)格貫徹節(jié)能、環(huán)保的指導(dǎo)思想，在技術(shù)方案、設(shè)備和材料選擇、建筑結(jié)構(gòu)等方面，充分考慮了環(huán)保的要求。按照江蘇華美熱電有限公司現(xiàn)經(jīng)營情況，項(xiàng)目建成后，每年可節(jié)約標(biāo)煤2 200 t，二氧化碳減排約6 080 t，同時(shí)還可節(jié)約大量淡水資源。

4針對(duì)分布式光伏集群的發(fā)展建議

從規(guī)劃、設(shè)計(jì)和并網(wǎng)全過程來看，分布式光伏集群主要存在無序建設(shè)和并網(wǎng)困難等問題。為了更好地推進(jìn)分布式光伏發(fā)電的接入，提高電力系統(tǒng)的運(yùn)行質(zhì)量，科研力度需要加大［3］，加強(qiáng)對(duì)電能和電能質(zhì)量的控制；同時(shí)，還需加大人才引進(jìn)力度，強(qiáng)化專業(yè)技能人員培訓(xùn)，專業(yè)的人做專業(yè)的事。

5結(jié)語

根據(jù)江蘇華美熱電的實(shí)際情況，在發(fā)電方面，分布式光伏集群比其他可再生能源發(fā)電項(xiàng)目更有效、更現(xiàn)實(shí)［4］。項(xiàng)目的有效實(shí)施能夠優(yōu)化區(qū)域能源結(jié)構(gòu)、改善生態(tài)、保護(hù)環(huán)境。華美熱電光伏項(xiàng)目順應(yīng)國家產(chǎn)業(yè)政策，符合可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略，建成后為其他類似光伏項(xiàng)目建設(shè)提供有益參考。

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作者簡介：張志遠(yuǎn)，男，山東滕州人，研究生，從事新能源和火電機(jī)組專業(yè)研究工作。