城鎮(zhèn)住宅小區(qū)廠房屋頂光伏開發(fā)應(yīng)用研究

曹爽

隨著時(shí)代的發(fā)展，光伏發(fā)電可利用的土地逐年減少，光伏與建筑一體化的應(yīng)用逐漸成為世界各國太陽能利用的主流趨勢(shì)。本文主要針對(duì)城鎮(zhèn)住宅小區(qū)廠房屋頂光伏開發(fā)應(yīng)用進(jìn)行探討及研究，同時(shí)結(jié)合自身工作經(jīng)驗(yàn)，針對(duì)此類問題中所存在的一些不足之處提出意見和建議，希望能夠?yàn)橥袠I(yè)工作者提供更多有效的參考。

關(guān)鍵詞：太陽能;并網(wǎng)系統(tǒng);光伏發(fā)電

引言：與其他能源相比較而言，太陽能有著儲(chǔ)存量無限性、普遍性、清潔性和經(jīng)濟(jì)適用性的特點(diǎn)。光伏發(fā)電在許多城鎮(zhèn)住宅小區(qū)廠房的屋頂中得到了廣泛的應(yīng)用。本文深入的研究了我國南方某地區(qū)A小區(qū)屋頂43kw光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)，并且對(duì)其運(yùn)行5年的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。

1、工程概況

我國南方某A小區(qū)屋頂光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)為我國國家住宅工程中心2007年度太陽能建筑示范工程。工程在國內(nèi)首次實(shí)現(xiàn)了居民住宅小區(qū)屋頂光伏發(fā)電系統(tǒng)的應(yīng)用。在建設(shè)過程當(dāng)中，光伏發(fā)電系統(tǒng)的組件布置和住宅建筑進(jìn)行了完美的融合，同時(shí)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了全自動(dòng)全智能化的設(shè)計(jì)要求，并且此系統(tǒng)在未來的5年之內(nèi)始終保持著良好的運(yùn)行狀態(tài)。此小區(qū)從2007年1月1日開始運(yùn)行。直到2013年3月共累計(jì)運(yùn)行63292h。累計(jì)發(fā)電量259464kWh，在這一過程當(dāng)中共節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤95742kg。實(shí)現(xiàn)減排226252kg。取得了良好的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益。

2、屋頂光伏發(fā)電系統(tǒng)的組成

光伏發(fā)電系統(tǒng)通常由光伏方陣、蓄電池組（可選）、蓄電池控制器（可選）、逆變器、交流配電柜和太陽跟蹤控制系統(tǒng)等設(shè)備組成：高倍聚光光伏系統(tǒng)（HCPV）還包括聚光部分（通常為聚光透鏡或者反射鏡）。小區(qū)占地面積64788m2，建筑面積為13.4萬m2。小區(qū)在建筑結(jié)構(gòu)上為南北走向。小區(qū)周邊無過多的高大建筑，因此其日照條件尤為優(yōu)越。光伏并網(wǎng)系統(tǒng)安裝于小區(qū)20號(hào)樓樓頂，功率43575Wp。其西側(cè)平臺(tái)面積為87m2，共安裝組件36塊。斜屋面積為113.9m2，安裝組件87塊。露臺(tái)總面積為233.44m2，共安裝249塊組件。該小區(qū)采用的萬能設(shè)備為德國某公司生產(chǎn)的并網(wǎng)逆變器。其型號(hào)為SMC6000TL和SB5000TL。其逆變器的換能效率分別為98%與96%。此小區(qū)43kWp光伏并網(wǎng)電站系統(tǒng)電氣部分構(gòu)成由直流部分、交流部分、管控部分這三部分共同構(gòu)成。

3、屋頂光伏發(fā)電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

3.1設(shè)計(jì)原則

針對(duì)并網(wǎng)型光伏系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)的過程當(dāng)中，必須要考慮到其環(huán)境條件、系統(tǒng)性能、光伏子系統(tǒng)、功率以及功率調(diào)節(jié)系統(tǒng)容量等相關(guān)因素。其次，系統(tǒng)采取設(shè)計(jì)過程當(dāng)中必須要有冗余量。同時(shí)設(shè)計(jì)其保護(hù)功能，進(jìn)一步地提升系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性與精準(zhǔn)性。再次，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程當(dāng)中，必須要充分的考慮到建站地點(diǎn)的地理?xiàng)l件以及環(huán)境因素等問題。例如，如果設(shè)計(jì)的系統(tǒng)位于海洋環(huán)境或者潮濕環(huán)境中，其相關(guān)工作人員必須要考慮到系統(tǒng)的耐候性問題。如果系統(tǒng)設(shè)置為地震多發(fā)地區(qū)，就必須要考慮到其相應(yīng)的防震設(shè)計(jì)問題。最后，系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程當(dāng)中必須要考慮到現(xiàn)場(chǎng)場(chǎng)地位置問題。例如，地點(diǎn)的經(jīng)度、緯度、海拔高度、太陽總輻射、直接輻射、散射輻射、最長降雨天數(shù)、最大風(fēng)速以及一些相關(guān)的氣象資料數(shù)據(jù)。同時(shí)還應(yīng)該參考條件相似地點(diǎn)的氣象資料對(duì)其進(jìn)行綜合性的運(yùn)用與設(shè)計(jì)。

4、太陽輻射量對(duì)光伏發(fā)電系統(tǒng)效率的影響研究

通常情況下，影響并網(wǎng)光伏電站發(fā)電量的主要因素涵蓋了裝機(jī)容量、綜合效率以及太陽輻射三方面。本項(xiàng)目所在區(qū)域?qū)儆诩撅L(fēng)型氣候，地理位置四季分明，冬夏稍長，秋冬略短。其年平均氣溫保持在16度左右，在7月份的最高平均溫度為28度，1月份平均氣溫為3.8度。該地區(qū)平均每年日照時(shí)數(shù)為2038h。太陽能輻射量保持在4000～4800MJ/m2。

4.1通過研究表明該案例。

地區(qū)氣象的平均太陽輻射強(qiáng)度。在4-9月份較強(qiáng)。同時(shí)在2009年4月份時(shí)，4月份15日分別發(fā)電為197195kWh。2007年5月19日單日發(fā)電數(shù)為200kWh。在1-3月、10-12月，由于太陽輻射強(qiáng)度較低，直接地影響了發(fā)電效率。

4.2太陽高度角對(duì)光伏發(fā)電系統(tǒng)效率的影響

太陽高度角即太陽能光伏方陣的斜角。本項(xiàng)目位于北緯30°02'—30°24'和東經(jīng)121°02'—121°42'之間，其最佳斜角為30°。根據(jù)建筑條件的實(shí)際情況分別采用了7°、30°、31°的傾斜角。其中斜角為7°的露臺(tái)方陣發(fā)電效率最低，安裝斜角為30°的不受遮擋影響的平臺(tái)方陣其綜合發(fā)電效率由最為明顯，斜角31°的斜屋面的方陣由于受到了立面應(yīng)用的影響，發(fā)電效率受到了一定的制約。由此可見，日照時(shí)速是影響光伏發(fā)電效率的最為關(guān)鍵性因素。通常情況下，日照時(shí)長便在地面會(huì)獲得更多的太陽能輻射量。對(duì)比該案例五年內(nèi)日照時(shí)數(shù)和其相對(duì)應(yīng)的發(fā)電量便可以分析出光伏系統(tǒng)發(fā)電率與日照時(shí)數(shù)能夠顯示出較好的線性關(guān)系，日照時(shí)間越長，光伏系統(tǒng)發(fā)電效率越高。

5、結(jié)束語

長期以來制約著我國光伏技術(shù)應(yīng)用和推廣的最大難題便是其高昂的成本。隨著光伏組件價(jià)格的進(jìn)一步降低，我國在光伏系統(tǒng)的平均造價(jià)問題上也得到了一定的緩解。城鎮(zhèn)住宅小區(qū)屋頂光伏發(fā)電并網(wǎng)系統(tǒng)能夠大幅度地降低小區(qū)的電力消耗，同時(shí)有效地解決電網(wǎng)壓力，也進(jìn)一步地提升了工作的可靠性，同時(shí)達(dá)到了節(jié)能減排、綠色發(fā)展的目標(biāo)，提升經(jīng)濟(jì)效益、環(huán)境效益的雙向目標(biāo)。光伏與建筑一體化的應(yīng)用前景十分廣闊。

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