屋頂分布式光伏電站的優化設計探析

沈斌惠

摘 要：光伏作為新能源電力的主要電源，已經持續穩定的發展了十幾年，在國家財政補貼的政策下，如進入快速車道，全國各縣市不論地面集中式光伏電站還是工商業屋頂分布式光伏電站大量建設投產，在節能減排、降低碳排放的道路上做出了不少的貢獻;不過由于補貼快速退坡，導致各類型光伏電站的收益率出現明細下滑，降低了各投資方的投資熱情，尤其是2018年531政策后，更是將行業拉至冰點，因為分布式光伏電站更加接近負荷邊緣，有利于自發自用，降低傳輸損耗，因此本文主要從技術角度考慮，如何優化屋頂分布式光伏系統及電氣設計，以降低屋頂分布式光伏電站的系統投資成本。

1、前言

2020年9月22日習近平主席在第七十五界聯合國大會一般性辯論上表示，中國將提高國家自主貢獻力度，采取更加有利的措施和政策，力爭二氧化碳排放2030年前達到峰值，努力爭取2060年前實現碳中和。作為新能源的主力軍，光伏身披重責。因此如何在沒有補貼的前提下，降本增收益，對于分布式光伏電站的投資建設有著非常重要的研究意義。

2、屋頂分布式光伏電站設計存在的問題

屋頂老化嚴重，很多鋼結構屋頂銹蝕、漏水問題普遍，維修和補漏成本太高，以及后續扯皮嚴重，雙方信任感降低，導致電費收繳出現遲滯等問題;逆變器、箱變及開關站等設備選型偏小導致系統成本相應增加;常規485通訊由于通訊穩定性受到干擾較大，導致設備的數據傳輸出現不穩定，不能第一時間得知設備的運行狀態，從而不能第一時間處理故障點而導致發電量損失，降低電站收益;以及其他各種因素導致的設備成本增加及發電量降低的各種因素。

3、優化設計對策

3.1、針對企業鋼結構屋頂老化嚴重的屋頂，如果簡單的做相應的結構強行固定在鋼結構固定光伏組件，勢必會導致在施工以及后續的發電過程中對原有彩鋼瓦屋頂產生持續的損壞，導致屋頂漏水和銹蝕加劇，如果廠房內的產品或設備遇水損壞，帶來的賠償損失則會使光伏電站的發電收益徒勞。因此目前可以考慮用雙玻組件做為屋面替換現有的彩鋼瓦，這樣不僅不需要更換瓦片，而且還能帶來更好的采光，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，實現光伏建筑一體化（BIPV），采用特殊的導軌設計，使得光伏串接線PV-1*4電纜可以在女兒墻處匯集;

3.2、更大的容配比設計，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稱功率，實際工作環境由于受到各種因素影響，系統效率一般都在0.8左右，因此以1000KW的裝機容量為基礎，實際在全年最大出力點實時功率最多不超過800KW，因此我們在設計組串使，對于不同太陽能資源的輻照條件下，可以據實放大直流側功率，以浙江為力，三類太能能資源地區，則單臺125kw逆變器則可以考慮在直流側接入150KW組件容量，這樣則可以更大程度的降低交流冊的成本，以達到降低系統成本的目的;

3.3、對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接的變壓器就會減少，不同型號的電纜就會減少，則電纜接頭則會相應減少，電力人其實都知道，每一個電纜接頭意味著，多一個故障隱患點，減少電纜接頭則對于系統穩定運行多了一個保證，同時大容量變壓器的使用，意味成本的降低，譬如以一個6MW的光伏電站為例，一個設計方案選擇6臺1000kva箱變，兩外一個選擇4臺1600kva的箱變;第一種方案每臺20萬，則總價為120萬，第二種方案每臺25萬，則總價為100萬，相對于第一種方案，大容量變壓器的選擇，可以獲得20萬的成本降低，對于項目投資收益率來講可以獲得更高的收益回報。

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電單元都是通過一塊塊小的組件，串接匯集后再逆變及升壓后實現并網發電，因此匯集的電纜成本也是系統中不小的一個比例，如何降低電纜使用量則是一個重要的課題，同樣一個組串，譬如，對于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有更高的開路電壓，則相同功率的容量下，勢必電流會降低，則我們在考慮電纜載流量時，就可以選擇小線徑的電纜，對于整個電站而言，采用更高效的組件勢必會帶來更低的電纜投資;同樣如果選擇高效組件，則對于一個固定容量的電站而言，舉個例子，以1MW光伏電站而言，使用315Wp組件需要3174塊，對于345Wp組件則只需要2898塊，則相應的固定的支架也會降低10%的成本，因此我們的系統成本又可以往下降低不少，所以如果在組件價格差異不大的情況下，盡量選擇高效大規格組件。

3.5、由于之前大部分光伏電站對于運行設備狀態的信息數據采集主要通過485屏蔽雙絞線采集，由于為串接線，中間對接接頭繁多，每根接線一般都要上傳10余臺設備的數據，如果某一段雙絞線出線松動則該條接線尾端全部設備的信息就會丟失，穩定性極差，對于后臺運維人員的檢修維護工作帶來不少的挑戰，在對于隱患排除上更是困難重重，因此現在對于逆變器的通訊傳輸通過PLC載波實現，每一個陣列中通過箱變測控對于該陣列內所有設備進行匯集，然后再通過光纖環網實現數據傳輸，通過這種方式的通訊手段，則使得數據傳輸的穩定性得到極大的保證，對于后期運營維護保證電站長期持續的良性工作提供堅實基礎。

4、結語

光伏行業隨著這幾年的大力發展已經有一個新興行業變成一個傳統的能源行業，在補貼退坡的前提下，通過自身的技術研發和開拓發展，不斷的降低系統成本使得自身能更加適應市場行情，在一些光照資源豐富的區域不僅實現平價上網，更是已低于脫硫煤的發電電價，屋頂分布式光伏電站亦是是其重要的組成部分，相信后續慢慢成為每一個企業的標配電源，也相信后續會在改變能源結構，降低節能減排的道路上越走越遠。

參考文獻：

[1]魏啟強.分布式光伏電站運維困難剖析[J].現代商貿工業，2019，40（36）：192.

[2]石巍，崔旭萌，張彥昌.屋頂分布式光伏電站優化設計[J].電力勘測設計，2018（01）：75-80.

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