大學(xué)校園太陽能光伏發(fā)電應(yīng)用研究

鄭雪芳+錢文華

【摘 要】太陽能是一種可再生的清潔能源，加大太陽能的使用規(guī)模，對于保護人類賴以生存的環(huán)境意義重大。本文對在大學(xué)校園內(nèi)建設(shè)太陽能光伏發(fā)電項目進行了可行性分析，并探索了校園光伏發(fā)電的應(yīng)用方向、經(jīng)濟效益以及確保供電安全的保障措施，為在大學(xué)校園內(nèi)建設(shè)光伏發(fā)電系統(tǒng)提供科學(xué)依據(jù)。

【關(guān)鍵詞】太陽能；光伏發(fā)電；大學(xué)校園

0 前言

當(dāng)前，我國的能源結(jié)構(gòu)以常規(guī)能源（煤、石油和天然氣）為主，由于常規(guī)能源的不可再生性，勢必使得能源的供需矛盾日益突出，而作為可再生能源的太陽能，具有“取之不盡、用之不竭”的特點。因此，充分利用太陽能資源，大力開發(fā)可再生能源是經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展的需要。

我國屬太陽能資源豐富的國家之一，全國總面積2/3 以上地區(qū)年日照時數(shù)大于2000小時。因此，我國的太陽能資源具有良好的開發(fā)前景和較高的可利用價值，太陽能可作為地區(qū)能源供應(yīng)的有效補充，具備建設(shè)太陽能光伏發(fā)電站的條件。

為促進光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)技術(shù)進步和規(guī)?；l(fā)展，國家發(fā)改委于2013年7月18日頒布了《分布式發(fā)電管理暫行辦法》，推進分布式發(fā)電的發(fā)展；又于2013年8月30日頒布了《關(guān)于發(fā)揮價格杠桿作用促進光伏產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展的通知》，明確分布式光伏發(fā)電項目的補貼被定為0.42元/千瓦時。國家能源局于2014年9月頒布了《關(guān)于加快培育分布式光伏發(fā)電應(yīng)用示范區(qū)有關(guān)要求的通知》（國能新能[2014]410號文）[1]和《國家能源局關(guān)于進一步落實分布式光伏發(fā)電有關(guān)政策的通知》（國能新能[2014]406號文）[2]，為破解分布式光伏發(fā)電應(yīng)用的關(guān)鍵制約，大力推進光伏發(fā)電多元化發(fā)展，加快擴大光伏發(fā)電市場規(guī)模起到了促進和推動的作用。

1 光伏發(fā)電系統(tǒng)的主要組成和原理

1.1 光伏發(fā)電系統(tǒng)的組成

太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)主要由下述4部分組成：

（1）直流部分：包括光伏組件及支撐結(jié)構(gòu)（支架和基礎(chǔ)）、直流匯流箱（如有）。其設(shè)備安裝方式為：光伏組件安裝在組件支架上，布置在建筑物屋頂上；直流匯流箱直接安裝在電池組件支架上，戶外壁掛式安裝，防水、防銹、防曬，滿足室外安裝使用要求。

（2）交流部分：包括高、低壓配電柜、逆變器等。安裝于校園配電室內(nèi)。

（3）控制檢測部分：包括光伏系統(tǒng)后臺監(jiān)控等。

（4）附屬設(shè)施部分：包括防雷擊接地保護裝置等。

1.2 光伏發(fā)電基本原理

光伏發(fā)電是一種新型的發(fā)電模式，是通過光伏組件產(chǎn)生光伏效應(yīng)，從而實現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換形成電流，再配合功率控制器等部件，組成光伏發(fā)電系統(tǒng)，如圖1所示。

2 發(fā)展校園光伏發(fā)電的應(yīng)用研究

2.1 可行性分析

學(xué)校有一定規(guī)模的用電需求，且用電量比較穩(wěn)定可靠。而學(xué)校所處的地理位置普遍擁有良好的光伏發(fā)電環(huán)境，太陽能資源豐富且日照穩(wěn)定，可就近發(fā)電，有利于學(xué)校的節(jié)能減排，打造環(huán)保節(jié)約型的綠色校園。

另外，學(xué)校具有一定規(guī)模的建筑群，如大量的教學(xué)樓、宿舍等，有較大面積的空置屋面，且結(jié)構(gòu)承載能力良好。并且學(xué)校建筑物的產(chǎn)權(quán)獨立，運營穩(wěn)定，一般不會出現(xiàn)停業(yè)、倒閉、查封等風(fēng)險。上述因素為發(fā)展校園光伏發(fā)電提供了必要條件。

光伏發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，體積小，重量輕，便于運輸和安裝。光伏發(fā)電系統(tǒng)能量轉(zhuǎn)換過程簡單，不存在機械運動，操作維護方便，運行穩(wěn)定可靠，基本可以實現(xiàn)無人值守。光伏發(fā)電系統(tǒng)安裝簡單快捷，安裝周期短，大部分工作均在室外組合拼裝，不會對學(xué)校的正常教學(xué)工作帶來不利影響。

除此之外，部分學(xué)校開設(shè)有光伏專業(yè)或光伏課程，校園光伏電站可以作為學(xué)校最方便的學(xué)生實訓(xùn)基地，讓學(xué)生能夠在校園中就能最直接的認(rèn)識光伏發(fā)電，最大程度激發(fā)學(xué)生對新能源的探索和研究。

2.2 應(yīng)用方向

校園光伏發(fā)電具有深遠的應(yīng)用前景，具體實踐中主要有以下的應(yīng)用方式：

（1）校園內(nèi)路燈可采用風(fēng)光互補型，獨立發(fā)電，節(jié)約電纜等建造成本。

（2）校園內(nèi)建筑物大量閑置屋面可以開發(fā)建設(shè)屋面分布式光伏電站，自發(fā)自用，余電上網(wǎng)，既降低校園本身用電成本，余電還能帶來收益。

（3）新建建筑物除了可以考慮開發(fā)建設(shè)屋面分布式光伏電站之外，還可以結(jié)合光伏建筑一體化（BIPV），如光伏幕墻、光伏瓦等。

（4）公告欄、宣傳欄、書報欄等設(shè)置挑檐，挑檐區(qū)域設(shè)備光伏組件，既可以兼作雨篷，又可以發(fā)電為提供照明。

（5）校園內(nèi)車棚采用光伏車棚，再結(jié)合電動汽車充電樁，所發(fā)電量可以供日常使用和電動車充電使用。

2.3 收益分析

以一般中等規(guī)模學(xué)校為例，建設(shè)1MW屋面分布式光伏電站，按照分布式發(fā)電項目用戶自發(fā)自用余電上網(wǎng)來測算，年發(fā)電量約為100萬KWh，其中50%自用，50%上網(wǎng)。收益模型如下：

（1）國家補貼：0.42x1000000=42萬元

（2）上網(wǎng)電價：0.391x500000=19.55萬元

（3）自用電電費：0.8x500000=40萬元

合計收益為101.55萬元，由此可見，校園發(fā)展1MW光伏電站，除了可以節(jié)約原本需要繳納的40萬元電費以外，還能有61.55萬元的額外收益。

2.4 安全保障措施

為了保證供電安全，在項目建設(shè)過程中，應(yīng)當(dāng)采取如下的安全保障措施：

（1）充分利用原建筑的防雷接地措施，做好光伏電站的防雷接地系統(tǒng)，避免雷擊等自然災(zāi)害。

（2）屋面應(yīng)設(shè)置專門的爬梯，四周做好防護措施，避免高空墜落事故。

（3）光伏電站區(qū)域做好視頻監(jiān)控系統(tǒng)，禁止閑雜人員隨意進入光伏電站區(qū)域，防止意外觸電事故。

（4）彩鋼板屋面應(yīng)設(shè)置專業(yè)維護通道，防止隨意踩踏損壞原屋面，避免屋面漏水等隱患。

另外，在項目順利并網(wǎng)發(fā)電后，應(yīng)安排學(xué)校后勤電氣工作人員定期巡查，及時排除光伏電站故障，確保供電安全。

3 結(jié)語

近年來，我國經(jīng)濟保持長期高速增長的態(tài)勢，且人口眾多，對能源的需求日益增大，供需矛盾日益突出。常規(guī)能源由于其不可再生的特點，而且對環(huán)境的影響也日趨嚴(yán)重，故此對新能源技術(shù)的開發(fā)、應(yīng)用和推廣就顯得尤為重要。光伏發(fā)電在國內(nèi)的發(fā)展也得到了國家的大力扶持，國家給予了很多的政策鼓勵，光伏發(fā)電市場也日漸成熟。在校園里開發(fā)建設(shè)光伏電站，不僅可以解決能源問題，為學(xué)校帶來額外的收益，還可以進一步推動光伏發(fā)電技術(shù)的發(fā)展，有利于改善國家能源架構(gòu)，擁有更多綠色能源，打造低碳節(jié)約型社會。

【參考文獻】

[1]國家能源局.關(guān)于加快培育分布式光伏發(fā)電應(yīng)用示范區(qū)有關(guān)要求的通知[EB/OL] http：//www.solarpwr.cn/bencandy.php？fid=58&id=18657.

[2]國家能源局.國家能源局關(guān)于進一步落實分布式光伏發(fā)電有關(guān)政策的通知[EB/OL]http：//zfxxgk.nea.gov.cn/auto87/201409/t20140904_1837.htm.

[3]孫仲武，張俊君.大學(xué)校園太陽能光伏發(fā)電的實踐及構(gòu)想[J].陜西建筑，2009（9）：44-48.

[4]張萍，張大鵬.校園光伏建筑一體化應(yīng)用研究——以山東建筑大學(xué)1MWp太陽能光伏并網(wǎng)發(fā)電示范項目為例[J].四川建筑科學(xué)研究.2015（8）：137-141.

[5]孫仲武.光伏發(fā)電在大學(xué)校園的應(yīng)用與探索[J].四川建筑科學(xué)研究.2013（12）：332-334.endprint