屋頂分布式光伏發電技術應用研究

李陽波， 胡偉國

（遂昌縣明盛電業有限責任公司， 浙江 麗水 323300）

引言

傳統電能的開發使用火力、水利發電，消耗了大量的資源，造成了一定的環境問題，導致我國環境問題日益嚴重，始終未能得到有效解決，研究清潔能源開發已經成為解決我國電力問題和環境問題的重要途徑。屋頂分布式光伏發電是近幾年出現的發電技術，有效減少了資源浪費和環境污染問題，有效促進我國電力事業的可持續發展。

1 分布式光伏發電技術

分布式光伏發電是一種新型的發電技術，通常建立在用戶場地附近或屋頂，通過轉化太陽能或風能的方式進行發電，可以有效代替一部分火力發電和水利發電的資源利用，是一種因地制宜、清潔、就近利用、智能化的發電方式，是截至目前對太陽能、風能等清潔能源最有效的利用方式。分布式光伏發電利用光伏組件，將太陽能轉化為電能，接入電能輸配網絡后就近為用戶提供電能，這種發電技術不僅有效降低了火力或水利發電的資源浪費，還降低了電能在長距離輸配過程中的損耗，有效緩解部分地區的用電緊張問題[1]。

2 分布式光伏發電技術組成

光伏發電系統通常情況下被劃分為離網和并網兩類，其中離網光伏發電屬于蓄電池充能，只需要光伏發電陣列、電子電力交換器、蓄電池即可組成一個完整的離網光伏發電組，蓄好能量的蓄電池即可應用于不同的用電設施之中，具有靈活、簡單的特點。本文中重點分析的光伏發電系統是并網光伏發電，由光伏發電陣列轉化，經電力電子交換器和網絡化均衡后可直接接入外部電網，直接作用于附近的用戶，系統性造價較低，規模更大，利用起來更加方便，但其中涉及到的技術性內容更多，不確定問題更多。

2.1 電力電子交換器

光伏發電中的光伏陣列是非常重要的發電部件，主要負責轉化吸收的太陽能，當光伏發電部件完成能源轉化后需要將其轉化為適合電能輸配網絡的電壓進行輸出，電力電子交換器就是這樣一個功能。目前，常見的交換器是DC-DC-AC結構，可以有效進行升壓滿足電能輸配網絡對輸出電壓的要求，且能夠直接將直流電轉化為交流電，供用戶使用；DC-AC結構因輸入電壓高于輸出電壓的關系，只能進行降壓轉化；DC-DC結構的交換器可以進行升壓轉化，因此常見的交換器結構是DC-DC-AC結構，屬于組合形式的交換器[2]。

2.2 儲能元件

儲能元件是光伏發電技術中非常重要的組成部分，因其在交流電路中無能量消耗，只有能源的轉化，因此被稱為儲能元件。擁有儲能元件的電路可以實現能源形態轉化過程中的平穩過渡，保持能源能量的穩定，是光伏發電技術中頗為重要的一環，尋找到合適的儲能元件搭配電力電子交換器，可以有效實現太陽能轉化，并提高能源利用效率，為就近用戶提供更多的優質清潔能源，更多地節省火力、水力發電的能源消耗。

2.3 網絡化均衡控制

網絡化均能控制是分布式光伏發電技術實現的重要環節。同一片場地內，不同位置、角度的光伏發電單元會接收到不同量的太陽能，同一生產批次的電力電子交換器和儲能元件的功率存在細微差別，如何使不同容量的光伏發電單元能夠輸出相同比率的電能，就要依靠網絡化均能控制來實現。目前，網絡化均能控制的工作方式是通過本地通信網絡，自動調整光伏發電系統中各個發電單元的功率，使其維持在一個相對穩定的輸出比率上，進而實現輸出穩定電壓的工作目標。因為分布式光伏發電需要并聯入傳統電網，頂替一部分傳統發電方式產生的電能，一旦光伏發電系統輸出的電壓不穩定，就會影響到用戶甚至整個網絡的電壓不穩，為了避免類似的電壓波動導致的用戶用電故障，網絡化均能控制系統必不可少。

3 屋頂分布式光伏發電技術應用

目前，我國現行的關于光伏發電的有“光電建筑一體化”和“國家金太陽”等補貼項目，還有關于上網電價的優化項目“分布式光伏發電”，都在不斷推進我國分布式光伏發電的應用，對我國人民使用上更清潔的能源，減少資源消耗，降低環境污染程度具有重要作用。

3.1 屋頂分布式光伏發電優勢

屋頂分布式光伏發電極大地發揮了光伏發電的就近使用優勢，在城市發展不斷加深的當代，大中小型城市中人口密集、寸土寸金，在用戶附近單獨劃分出場地進行光伏發電明顯不現實，將光伏發電設置在閑置的屋頂或外墻面上，可以有效利用起建筑物的無用空間，減少額外用地的成本，提高分布式光伏發電的應用效果。

屋頂分布式光伏發電建立在屋頂或建筑物外墻面，距用戶的距離非常近，可以有效降低在用電緊張地區建設輸電設備或增設電網線路的建設成本，對于用戶來講，屋頂分布式光伏發電可以有效降低用電的成本。即使在冬季或陰天、夜晚無法進行太陽能轉化的時間段，也可以使用外部電網進行供電，在節約成本和資源的基礎上保證了用戶用電的穩定性和可靠性。

屋頂分布式光伏發電契合了用電高峰期的用電需求，通常情況下，城市中的用電高峰集中在夏季，建筑物內的用戶使用了大量的制冷、控溫設備，導致用電量飆升，但夏季同樣是屋頂分布式光伏發電設備能夠接受到大量太陽能的季節，有效保證了用戶用電穩定性和可靠性的同時，降低了傳統發電消耗的化學資源量和對水體的污染量，極大地緩解用電和資源緊張問題[3]。且設置在屋頂和建筑外墻表面的分布式光伏發電設施有效阻隔了太陽光直射建筑物表面的概率，極大地降低了建筑物室內的升溫程度，間接降低了室內用戶對制冷、控溫設備的依賴性，減少了對電能的消耗，可以空余出部分電能供應其他用戶；避免大面積直射后，建筑物外墻的損耗程度也能夠得到大幅度減低，充分節約了建筑物運維的成本和維修成本，對建筑物延長使用壽命亦有極大的幫助。

3.2 屋頂分布式光伏發電具體應用方式

3.2.1 光伏發電設備代替屋頂材料

用光伏發電設備代替屋頂材料可以有效提高光伏發電的效率和可靠性，因為屋頂接收太陽能的效率最高，且遮擋最少，又因為現代建筑物多為平頂，光伏發電設備緊貼屋頂可以有效避免風力對設備的影響，還可以節約支架的制作和安裝成本。光伏發電設備覆蓋的屋頂可以間接做到保溫隔熱，是能夠實現太陽能利用的保溫材料，只需要注意光伏發電設備的防水、防滲漏，且在北方地區使用的光伏發電材料需要能夠抵抗零下30～40℃甚至更低的室外溫度，就可以實現對屋頂材料的替換。屋頂瓦與光伏發電設備的結合，可以在實現轉化太陽能發電的基礎上，保護建筑物屋頂不會漏水、凍裂、高溫暴曬。

3.2.2 光伏發電設備代替建筑物外墻

目前，我國城市建筑中多采用玻璃幕墻、墻磚、保溫材料作為建筑物外墻，這使得建筑物外墻成為更新換代速度最快的建筑物組成部分，且玻璃幕墻極容易對周邊居住的居民造成光污染。光伏發電設備代替建筑物外墻不僅可以實現對太陽能的吸收和利用，避免在夏季室內溫度上升幅度過大，降低用戶對空調等設備的依賴性，從而降低電能的消耗，還可以避免光污染的形成，給周邊用戶提供更加優質的生產和生活環境，還可以將多余的電能用于周邊LED、路燈、聲控燈、公交站牌、應急電能儲蓄等需要電能維持的部分，也可以與路燈、圍欄等部分的分布式光伏發電設備結成網絡，共同進行就近供電，充分提高屋頂分布式光伏發電技術的應用效率和效果，為降低我國煤炭資源消耗量、減少發電導致的水污染問題作出貢獻。

4 結語

屋頂分布式光伏發電技術是一種清潔、無污染的發電新技術，在資源節約和環境保護方面優勢巨大，若能夠有效進行優化，充分提高對太陽能的轉化和利用，提高發電技術的性價比，就能夠充分在電力行業內進行應用，提高清潔能源的利用效率，使我國電力進入最優管理狀態。