基于某工程屋頂光伏發電系統的可行性研究

侯嘉

光伏發電是我國能源發展戰略中可持續發展的新興產業，光伏發電在人們日常生活中的大力推廣和實施能夠有效改變城鄉用電方式、保障能源安全和改善生態環境。本文結合上海某工程屋頂光伏發電的中應用實例，對屋頂光伏發電系統的實施進行深入研究，以期為類似工程提供參考。

工程實例;屋頂;光伏發電系統;可行性

光伏發電是指利用太陽光能進行發電的系統，因此又被稱為光電，光伏發電的原理是通過將半導體界面吸收的光能利用轉換裝置轉換成電能的一種清潔能源利用技術，該技術的應用關鍵在于對太陽能電池的使用。太陽能電池在串聯作用下形成太陽能電池組件之后，通過相應的功率控制器將其能源進行轉換，構成光伏發電系統。該系統的應用優勢在于不受地域限制，且污染小、無噪聲、不需要額外架設輸電線路就可就地發電。

近年來太陽能光伏發電應用規模正在不斷擴大，且在能源的生產和消費方式的改變方面起著主導作用。我國自2006年起，在不斷推廣擴大光伏發電系統的應用，自2006年至今已經取得了較為積極的應用效果。尤其是在上海這個能源消耗大市，對上海能源的應用改變能夠極大的改變上海燃煤能源的應用需求，對提高當地的環境質量，促進當地的節能減排具有積極作用。因此，在該城市中大力發展太陽能光伏能源系統具有重要意義。

上海作為能源消耗大市。在電力輸出的動力支撐方面主要以水力發電和火力發電為主，其對能源需求在逐年上漲。2018年1-12月份，上海全市用電量139.8億千瓦時，同比增長3.5%。其中，第一產業用電0.3億千瓦時，同比下降10.8%;第二產業用電77.0億千瓦時，同比下降1.2%;第三產業用電48.6億千瓦時，同比增長13.4%;居民生活用電13.9億千瓦時，同比基本持平。1-12月份本市用電量合計1566.7億千瓦時，同比增長2.6%。

鑒于以上數據，當前上海能源消耗水平處于逐年上升的狀態，這與實現能源可持續發展具有較大的差距，因此，為了滿足我國電力能源可持續發展的戰略要求，上海市需要積極開發本地清潔可再生資源，以此來滿足上海市經濟發展的需要，降低資源浪費。

本項目的屋頂光伏發電系統建設項目的建設單位是國家會展中心（上海）有限公司，其發電組件為的晶體硅光伏發電系統，建設地址位于上海市青浦區崧澤大道333號國家會展中心的屋頂位置，建設面積3萬平方米。

上海市會展中心的屋頂結構以鋼結構為主，且建設面積大、無障礙物、表面平整，對光伏系統的大面積安裝極為有利。且經過相關數據計算，上海會展屋頂的屋架負荷能力能夠滿足光伏電站的施工載荷要求。

該工程項目的建設地點位于北緯31.2°，東經121.3°，跨域范圍小于0.1度，對光伏發電系統安裝的穩定性以及陽光照射強度的接收具有較大優勢。通過利用相應的RETScreen軟件對上海市的日照情況進行分析監測發現，上海地區的全年日照輻射總量約為1390.65kWh/m，水平面平均日照輻射量約在3.81kWh/md。同時根據相關業主提供的當地氣象局的實測數據可知，當地的全年日照輻射總量為4570MJ/m。鑒于數據數值的差異性，筆者將以業主提供的實測數據為建設標準。

上海市擁有全國最大的城鄉一體化電網，自2010年起，上海市全市的用電量就達到了1296億KWh。在上海市“十二五”規劃的電網建設背景下，當地部門以智能化電網改造為契機，形成了“雙環”、“九射”、“十五片”的城市電網布局建設目標，并進一步對受端電網的結構進行了完善。自2015年起，上海就擁有了15座500千伏的變電站，電能總容量也達到了40400兆瓦。其中還建有140座的220千伏變電站，電能總容量為64360兆瓦，10（35）千伏電網10千伏降壓總容量將達到51327兆瓦。

光伏發電系統的配電系統主要由計量裝置、并網逆變器、直流檢測配電箱、光伏組件等組成。通過光伏組件能夠將太陽能轉化為直流電力，然后通過直流檢測配電箱過渡到并網型逆變器，最終使直流電轉化為與電網同相位、同頻率的正弦波電流。由于本工程的總裝機容量為，因此根據相關的并網技術應用準則將直流電逆變成的交流電之后，將設置6個400V的接入點，且將接入點的容量均設置為，以此來達到光伏發電余電自用、自發自用的基本目標。

本工程的建設地點在上海國家會展中心場館辦公樓的屋頂，其建設目標為建設2MWp屋頂并網光伏電站。在工程建設中，光伏系統沒有設置儲能裝置，因此在太陽光照射到光伏組件之后，光伏組件能夠直接將其轉換成直流電，然后再通過逆變裝置將其轉換為交流電，最后通過變壓器的升壓作用將電力輸送到電網。

為了保持建筑外觀的美觀性，在光伏系統的安裝設計中，要對建筑感官效果的影響降到最小化。基于此，本工程在光伏組件的安裝方面采用10°傾角固定式安裝方式，且光伏組件支架系統全部沿著屋面進行安裝，共計安裝組件數量為塊，其峰值功率在左右。這種安裝方式不僅對光伏系統與建筑物的協調融合性起到了顯著作用，同時也滿足了發電量的需求，對提高建筑物的美觀性和協調性具有較大意義。

根據上海市國家會展中心的光伏發電系統的安裝規劃方案，覆蓋了場館3個辦公樓的屋頂，電站建設的光伏組件以的多晶硅構件組成，安裝方式以傾角固定安裝為主。屋頂面積的可利用率達到3萬平方米左右，且根據屋頂平面圖和屋頂面積的綜合計算以及光伏電站的布局方式可知，電站安裝容量在左右。

當前我國的光伏組件類型較多，且功能差異大，為了滿足本區域的光伏發電能源供給需求，在光伏組件的選擇上，根據光伏系統的實際安裝環境、施工條件以及交通條件等因素為前提，同時還以產品運行穩定性以及安裝技術的成熟性為基礎，有針對性的對光伏組件類型進行合理選擇。除此之外，還根據電站建設所在地的實際太陽能資源供應情況以及光伏組件的具體類型，對光伏發電站的年發電總量進行計算，以此為光伏組件的最佳選擇提供有力的數據支撐。

根據業主提供的太陽光照總量數據資料可知，上海市的全年太陽總輻射量為。光伏組件安裝傾角在10°左右，但是組件的朝向位置與正南方向之間存有14°的夾角，根據全年日照輻射總量對傾斜面按照進行計算，然后根據標準日照條件進行折合計算得出，下日照峰值小時數為小時。經過對統計數據進行分析可知，光伏組件的傾斜面的年輻射量為，年發電量的小時發電量的初始值為：

光伏組件的光電轉換效率在時間的推移下會逐漸降低，且整體光伏發電系統的年應用壽命在25年內也會在小時數的變化中逐漸降低。

通過光電轉換效率對光伏組件的效率衰減速率進行計算得知，在該系統應用的第一年，其衰減速率在2.5%以下，10年間的轉換效率也不會超過10%。其計算公式如下：某年（N）發電量=初始年發電量x（1-N×組件衰減率）。因此可以將該系統的25年具體發電量估算結果為總發電量為萬度，總發電利用小時數為，年平均發電總量為萬度，年平均發電當量小時數：900.7h。

綜上，在光伏發電系統的屋頂安裝中，不僅需要對其電價、電量消耗以及發電量進行綜合考慮，同時對發電組件的選擇類型也要進行綜合考慮。一般情況下，在能耗較大的工業園區或者辦公場所，由于其辦公量大，工作連續性強，其能源應用消耗情況大，針對這種區域，相關部門應該加大對光伏供電的持續推廣和實施力度，以此來降低不可再生資源的發電消耗，提高資源利用效率。

[1]暴二平，祝新成，崔海明，等.某工程屋頂光伏發電系統的可行性分析[J].智能建筑電氣技術，2015，9（3）：24-29-40.

Photovoltaic power generation is a new industry of sustainable development in China's energy development strategy. The promotion and implementation of photovoltaic power generation in people's daily life can effectively change the way of urban and rural power consumption， ensure energy security and improve the ecological environment. In this paper， the application of roof photovoltaic power generation system in a project in Shanghai is studied in order to provide reference for similar projects.

Engineering example; Roof; Photovoltaic power generation system