淺談某辦公樓離網式光伏儲能發電系統設計

孫建鵬

（上海電氣電站環保工程有限公司，上海 201199）

光伏發電技術以能源的清潔性、建設的便利性，目前，得到了廣泛的發展與應用。在光伏發電技術中，多數以并入電網的形式運行，包括大型光伏電站，利用建筑物屋頂或外立面的光伏發電。根據光伏發電容量，以不同的電壓等級并入電網，提高了用電的可靠性。

在部分偏遠地區，電網的接入較困難。光伏發電多以離網方式（不并入電網）運行，對可靠性有較高要求的用戶，多采用光伏+儲能形式運行。

1 工程背景

某辦公樓位于上海市松江區，建筑物尺寸為38.5m×15.6m×18.5m，為6 層辦公建筑。本次做屋頂花園改造，規劃在屋頂塔樓設置具有示范作用的光伏發電系統，為屋頂花園用電設備供電。

該辦公樓（編號為B 樓），配電間位于于1 樓，電源為380V/50Hz，引自同園區A 樓，與電網結算電量的電能計量表計設在A 樓。

因B 樓供電系統與其他建筑連接，且沒有獨立的電能計量表戶號，按照目前規定，不能辦理設置并網式光伏發電系統。因此，設置離網式光伏儲能發電系統是比較好的選擇。

2 離網式光伏儲能發電系統

2.1 系統構成

如圖1 所示，離網式光伏儲能發電系統由光伏發電組件、控制器、蓄電池、逆變器和交流負載組成。

光伏組件吸收太陽能，轉變為直流電能，經逆變器轉換為交流電，供交流用電負荷使用。蓄電池作為儲能元件，在光照良好時，儲存電能；在光照不足時，放電供負載使用，提高了供電可靠性。控制器監測并調整系統運行工況。

2.2 用電負荷

本項目用電負荷為屋頂花園觀光走廊內空調。多聯機空調，設備功率為2.7kW/臺，共2 臺。總用電功率為5.4kW。

2.3 系統設計

（1）裝機容量計算。根據各地太陽能資源條件和建設成本，我國分為三類太陽能資源區，如表1 所示。根據表1可知，上海為III 類資源區，年等效利用小時數按照1200小時考慮。

圖1 離網式光伏發電系統原理圖

按照用電負荷每天工作8 小時考慮，每天需要用電5.4×8=43.2kWh，則與用電負荷配套的光伏系統裝機容量為：

選用高效單晶硅340wp 光伏組件，需39 塊光伏板，39×340=13.26kW 裝機容量Pz=13.26kWp。

如圖2 所示，光伏組件布置于東側塔樓頂部。

圖2 光伏組件布置圖

（2）蓄電池選型。目前，在光伏儲能系統中，多使用鉛酸蓄電池，具有較高的性價比。本項目選用12V/200AH膠體鉛酸蓄電池30臺。充滿后可放電：12×200÷1000×30×0.714=51.408kWh，可以滿足用電負荷的使用。

（3）控制器及逆變器選型。最大功率點跟蹤控制器MPPT（Maximum Power Point Tracking）太陽能控制器，能夠實時監測太陽能板的發電電壓，并追蹤最高電壓電流值，使系統以最大功率輸出對蓄電池充電。

本項目控制器選用DC120V/120A，最大太陽能輸入功率14.4kW 的MPPT 太陽能控制器。

逆變器選用離網型光伏逆變器， 功率15kW，380V/50Hz，效率為93%。

如圖3 所示，蓄電池、控制器、逆變器放置于6 層的蓄電池室。12V/200AH 鉛酸蓄電池尺寸約522×240×216mm（L×W×H），放置于電池架上。電池架每層放置10 塊蓄電池，共布置3 層，尺寸約1450×1150×900mm（L×W×H）。控制器、逆變器和配電箱掛墻布置。

圖3 蓄電池室布置圖

（4）匯流箱和配電箱。光伏組件13 個一串，共3 串，以光伏專用直流電纜，接入匯流箱，經匯流箱再接入逆變器整流為380V、50HZ 交流電。然后，經交流電力電纜，接入配電箱，為用電負荷提供電力。匯流箱布置于光伏組件下方，配電箱在蓄電池室內掛墻布置。

（5）電纜及線槽。本項目直流電纜采用光伏專用PV1-F4mm2直流電纜；逆變器到配電箱的交流電纜采用ZR-YJV-0.6/1kV-4×16mm2， 配 電 箱 饋 線 采 用ZR-YJV-0.6/1kV-4×4mm2。屋面電纜敷設采用100×100mm 熱鍍鋅線槽。

表1 太陽能資源區劃分表

（6）防雷接地。本項目防雷接地利用建筑物原有防雷。

接地系統，并在陣列周邊敷設一圈25×4mm 熱鍍鋅扁鋼作為防雷接地網，與建筑原有防雷接地系統可靠焊接。光伏組件之間采用6mm2BVR 導線連接后，采用螺栓與接地扁鋼可靠連接。橋架、匯流箱外殼、光伏組件支架均與防雷接地網可靠連接。

蓄電池室內設40×4mm 熱鍍鋅扁鋼作為接地干線，與建筑物接地系統連接。控制器、逆變器、蓄電池支架、配電箱外殼均可靠連接于室內接地干線。匯流箱、逆變器、控制器、配電箱內設置浪涌保護器。

（7）支架安裝。本項目光伏組件支架，采用底部整體連接方案。在支架底部設置通長連接桿，使單排支架成為整體，并在通長連接桿的兩側，采用化學錨固螺栓，固定與兩側的女兒墻上，增加支架的穩固性。

（8）其他需說明的問題。①12V/200AH 鉛酸蓄電池每塊重量約55kg，蓄電池架安放處的樓面荷載約為：55×30×9.8/1.45×1.15=9.7kN/m2，根據GB50009-2001《建筑結構荷載規范》表4.1.1 規定，民用建筑樓面均布活荷載標準值為2.0kN/m2。蓄電池架安放處的樓面荷載超標，因此，需采取蓄電池架安放處局部樓面結構的加固措施，如補充鋼梁支撐。②蓄電池室應通風防火措施。可配置排風扇、火警探測器及干粉滅火器。蓄電池室應進行例行巡視。③鉛酸蓄電池壽命一般為3 ～5 年，使用中若發現蓄電池性能明顯衰耗，需要進行更換。

3 工程量清單

本項目工程量清單如表2。

表2 工程量清單

4 經濟效益分析

本項目全年可發電：13.26×(1200 ～1600)=15912 ～21216kWh，按照上海市非居民用戶電價0.636 元/kWh 計算，每年可節約的電費為：0.636×（15912 ～21216）=10120～13493 元。

5 結語

本文闡述了某辦公樓離網式光伏儲能發電系統的工程設計內容。從項目特點、系統構成、裝機容量計算、主要設備選型、設備布置安裝、需注意的相關問題、工程量及項目效益等方面進行了論述，給出了較完善的解決方案，希望能對遇到類似工程設計的同仁提供參考。

光伏發電當前應用比較廣泛。工程應用主要集中于幾個方面：（1）大型光伏發電站，在太陽能資源豐富地區，建設大規模光伏發電，并結合特高壓電網傳輸電能，逐漸成為當今電力系統重要組成部分；（2）居民用戶屋頂光伏發電，滿足居民自家用電的基礎上，余電上網，還能發電經濟收益，也成為越來越多居民的選擇；（3）離網型光伏儲能發電系統，在電網引入不便的偏遠地區及并網政策不允許的條件下，離網型光伏儲能發電系統，可以為用戶的電力使用需求提供很好的選擇。隨著蓄電池技術及光伏組件技術的發展，離網型光伏儲能發電系統的可靠性、效率和經濟性，必將得到進一步的提高。