光伏空調(diào)技術(shù)在某交通樞紐站的應用研究

劉臣厚，馮薇

（1.北京格力中央空調(diào)工程有限公司，北京 100055；2.中國建筑設計研究院有限公司，北京 100044）

在我國能源結(jié)構(gòu)大調(diào)整的關(guān)鍵時期，清潔能源的技術(shù)開發(fā)和應用亟待發(fā)展。自《國家發(fā)展改革委、財政部、國家能源局關(guān)于2018年光伏發(fā)電有關(guān)事項的通知》的發(fā)布，要求進一步加大市場化配置項目力度：積極推進分布式光伏資源配置市場化，鼓勵地方出臺競爭性招標辦法配置除戶用光伏以外的分布式光伏發(fā)電項目，鼓勵地方加大分布式發(fā)電市場化交易力度開始，全國已有18個省市68個地區(qū)對新投運的、采用“自發(fā)自用、余電上網(wǎng)”模式的分布式光伏發(fā)電項目擁有全電量度電補貼。光伏發(fā)電自用成為建筑用電的重要研究方向，具有深遠的經(jīng)濟及環(huán)境效益。

1 項目總體設計

1.1 工程概況

本項目位于北京市（東經(jīng)116.4°，北緯39.9°），氣候環(huán)境條件優(yōu)異，光照條件好，非常適合光伏發(fā)電，交通樞紐中轉(zhuǎn)站屋頂敷設面積22000m2，光伏系統(tǒng)所發(fā)電能優(yōu)先供空調(diào)系統(tǒng)主機使用，不足部分由市電補充電能。

1.2 太陽能資源條件分析

從NASA數(shù)據(jù)庫可查得，北京市地區(qū)日均太陽輻照量為4.32kWh/m2·day，最高達6.17kWh/m2·day，年總輻照量為1577.7kWh/m2，太陽能資源豐富等級為B級，是安裝光伏系統(tǒng)的較佳地區(qū)。

1.3 系統(tǒng)總體架構(gòu)

光伏離心機為雙能源設備，光伏系統(tǒng)作為光伏離心機系統(tǒng)的直流能量來源，光伏離心機優(yōu)先使用光伏發(fā)電量，當光伏發(fā)電不足供光伏離心機使用時，不足部分由市電提供；當光伏發(fā)電量多于光伏離心機的用電量時，多余部分并入電網(wǎng)，供給其他用電設備使用。

光伏離心機系統(tǒng)主要設備有光伏組件、防雷匯流箱、直流配電柜、光伏離心機、隔離變壓器、交流配電柜等。光伏陣列表面接受陽光照射形成直流電，直流電經(jīng)過光伏防雷匯流箱進行一級匯流，再通過直流配電柜進行二級匯流后形成一路直流電接入光伏離心機直流母線，光伏離心機交流側(cè)接入交流配電柜并網(wǎng)接入市電。

2 光伏系統(tǒng)選型設計

2.1 光伏組件選型

根據(jù)上述項目的屋頂敷設面積、北京地區(qū)的太陽輻射年總輻照量等數(shù)據(jù)進行綜合分析后，選擇360Wp單晶硅組件，該款組件具有發(fā)電量高、壽命長、可靠性高等優(yōu)勢。

2.2 光伏離心機選型

光伏離心機系統(tǒng)自帶變流單元與光伏陣列相連接，構(gòu)成了一個光伏系統(tǒng)，具有靈活高效的特點。本工程選用1臺500RT光伏離心式冷水機組及1臺1000RT光伏離心式冷水機組。

2.3 光伏系統(tǒng)組串設計

根據(jù)所選用光伏組件技術(shù)參數(shù)、光伏空調(diào)技術(shù)參數(shù)和北京市歷史氣溫條件（晝間最高溫度不超過40.0℃，最低溫度不低于-10.0℃），可根據(jù)下列公式算出光伏組件的串聯(lián)數(shù)：

綜合：N=20

根據(jù)上式計算結(jié)果，結(jié)合本項目可安裝光伏組件有效面積，光伏組件的串聯(lián)塊數(shù)可設計為20塊，即該項目光伏組件按照20塊/串進行設計保證系統(tǒng)穩(wěn)定運行，并且在常規(guī)工況下系統(tǒng)運行效率較高。

2.4 組件傾角、方位角設計

使用國際通用的光伏系統(tǒng)設計軟件PVSYST對地區(qū)的光伏系統(tǒng)進行建模分析設計，光伏陣列朝正南方向安裝，安裝傾角為40°，此情況下，全年太陽輻照量為1577.7kWh/m2·year。

2.5 光伏陣列前后排間距設計

根據(jù)光伏板尺寸、當?shù)鼐暥圈铡惭b傾角β，利用以下公式對該地區(qū)的光伏系統(tǒng)進行分析計算，光伏組件采用雙排排布，光伏陣列按40.00°傾角安裝，光伏陣列前后排間距設計為9.50m，該間距可使得光伏陣列在投影最長的冬至日，在上午9:00到下午15:00前后也不遮擋，保證了光伏系統(tǒng)的發(fā)電效率。

2.6 光伏陣列排布

本項目光伏組件采用雙排排布，根據(jù)屋頂可鋪設面積進行估算，預計安裝360Wp單晶硅組件2380塊，裝機容量856.80kWp，光伏系統(tǒng)共需要安裝面積約為11828.60m2。

2.7 防雷匯流箱

光伏防雷匯流箱主要用于光伏發(fā)電系統(tǒng)中光伏組件的一級匯流，根據(jù)光伏發(fā)電站設計規(guī)范，光伏防雷匯流箱應具有如下功能：應設置防雷保護裝置；輸入應設置防逆流及過流保護。對于多級匯流光伏發(fā)電系統(tǒng)，如果前級已設防逆流裝置，后級可不做；輸出應具備隔離保護功能。

2.8 直流配電柜

直流防雷配電柜主要用于光伏發(fā)電系統(tǒng)的二級匯流。直流配電柜應具有防雷保護及過流保護功能。根據(jù)需要，可配置直流電流、電壓、功率、電能等計量功能。

2.9 隔離變壓器

光伏發(fā)電系統(tǒng)中常用的變壓器為干式變壓器，變壓器容量根據(jù)裝機容量、機組配電功率綜合選取，且宜選用標準容量，選擇的變壓器應該具有隔離直流分量和高次諧波的作用。在確定主變壓器的額定容量時，需要留有20%的裕度。

2.10 交流配電柜

交流配電柜作為系統(tǒng)交流側(cè)與電網(wǎng)對接的配電單元，主要用于給光伏系統(tǒng)提供并網(wǎng)接口，根據(jù)需要，還可以給本地負載使用。此外，還應帶有防雷、測量、過流保護、電壓電流采樣、電能計量等功能，對并網(wǎng)接口起到很到的監(jiān)控作用。

3 發(fā)電量預測及效益分析

3.1 發(fā)電量計算

光伏發(fā)電量的估算需要綜合考慮多種因素，以地區(qū)特點，綜合考慮光伏組件效率、變流器效率、灰塵及雨水遮擋損失、組件串并聯(lián)匹配損失、弱光損失及其他項損失等因素，綜合效率約為80%。

本項目光伏系統(tǒng)第一年發(fā)電量預計可達111.99萬kW·h。光伏系統(tǒng)在實際運行時，考慮到光伏組件固有特性，第一年的衰減系數(shù)為2.5%，第二年開始往后每年衰減0.5%，30年衰減不超過20%，本項目光伏離心機系統(tǒng)30年發(fā)電量預計可達3048.88萬kW·h。

3.2 經(jīng)濟效益分析

項目經(jīng)濟效益如表1，光伏系統(tǒng)總投資約為471.24萬元，30年運行周期內(nèi)光伏系統(tǒng)節(jié)約電費約為2134.22萬元。

表1 經(jīng)濟效益分析

3.3 環(huán)境效益分析

太陽能光伏發(fā)電是一種具有可持續(xù)發(fā)展理想特征的可再生能源發(fā)電技術(shù)，發(fā)電過程簡單，沒有機械轉(zhuǎn)動部件，不消耗燃料，不排放包括溫室氣體在內(nèi)的任何物質(zhì)，無噪音、無污染，且太陽能資源取之不盡、用之不竭，是一種綠色清潔能源。推廣和應用該項技術(shù)，應用分布光伏發(fā)電系統(tǒng)，將有利于提高社會能源利用的效率。對于該項目，若按30年統(tǒng)計，其環(huán)境效益如表2所示。

表2

4 結(jié)語

通過研究對北京某交通樞紐建筑光伏空調(diào)系統(tǒng)的應用計算選型分析，得出以下結(jié)論：本交通樞紐滿足使用光伏空調(diào)系統(tǒng)設計，光伏系統(tǒng)發(fā)電量可以滿足空調(diào)系統(tǒng)主機運行需求，光伏敷設面積峰值發(fā)電量大于空調(diào)制冷主機能耗，總光伏制冷主機裝機容量1500RT，可以滿足本建筑的使用需求。在非制冷季或者空調(diào)負荷較小的時間，光伏發(fā)電可以用于其他設備用電需求或并入電網(wǎng)。本套光伏空調(diào)系統(tǒng)設計使用壽命30年周期內(nèi)，可以實現(xiàn)二氧化碳減排24970.32t。采用該系統(tǒng)節(jié)能減排效果顯著，具有深遠的經(jīng)濟和環(huán)境效益。