淺談某糧食倉儲項(xiàng)目分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)

◎范少飛 邵政豪

（鄭州中糧科研設(shè)計(jì)院有限公司，河南 鄭州 450001）

1 項(xiàng)目概況

現(xiàn)場基本情況如下：（1）項(xiàng)目所在地：深圳市。（2）項(xiàng)目建設(shè)條件：本項(xiàng)目有5個建筑子項(xiàng)屋面可利用，分別是淺圓倉、立筒倉、機(jī)修器材庫、管理用房、食堂宿舍樓。

2 技術(shù)方案

2.1 系統(tǒng)的組成

分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)的組成包括光伏電池組件、光伏支架、并網(wǎng)逆變器、交流并網(wǎng)箱以及綜合監(jiān)控系統(tǒng)等設(shè)備組成。

2.1.1 光伏組件

光伏組件用透光率高的鋼化低鐵玻璃、聚丙烯酸類樹脂制作上面板，利用透明光干涉形成減反射膜以降低入射光的反射損耗[1]。

方案采用單晶硅（550 Wp）太陽能電池組件。單晶硅組件電池在使用過程中具有穩(wěn)定的性能且轉(zhuǎn)換效率高壽命長，與相同容量太陽能電池組件對比占用面積小、性價比高。因此，單晶硅太陽能電池組件在光伏市場占主導(dǎo)地位，得到大量推廣應(yīng)用。

2.1.2 光伏組件安裝

（1）混凝土屋面。淺圓倉、立筒倉、管理用房、食堂宿舍樓為混凝土屋面。混凝土屋面應(yīng)注意通風(fēng)空調(diào)等設(shè)備及其管道的布置，若有此類設(shè)施，要避開且預(yù)留出維修通道，其余空間可布置光伏組件；還需要注意屋面是否為錯層布置，若南側(cè)屋面高北側(cè)屋面低，可能存在遮擋導(dǎo)致北側(cè)的屋頂無法利用的情況，北側(cè)屋面盡量不設(shè)光伏組件。

混凝土屋頂安裝采用混凝土配重塊作為基礎(chǔ)，配重塊底部墊防水并用水泥漿稍作固定與找平后放置于屋面，主要利用配重自身重量穩(wěn)固光伏，不對屋面鉆孔。混凝土屋頂由于采用配重塊基礎(chǔ)，而配重塊一般重80~100 kg，所以屋頂分布式光伏的安裝方式對屋頂承重要求比較高，結(jié)構(gòu)專業(yè)應(yīng)提前考慮荷載要求。

（2）琉璃瓦屋面。機(jī)修器材庫為琉璃瓦屋面。瓦屋頂光伏電站安裝過程：①根據(jù)瓦片的類型選擇相應(yīng)的掛鉤，用螺栓將掛鉤固定在屋頂木梁上或水泥承重結(jié)構(gòu)上。固定好掛鉤后將瓦復(fù)原。②根據(jù)屋頂荷載要求，選用合適的導(dǎo)軌，用螺栓將導(dǎo)軌固定在掛鉤上。③將安裝好的壓塊滑入導(dǎo)軌中，放置好組件后，擰緊螺栓即可固定組件。

2.1.3 光伏組件排布

采用各向異性的散射輻射模型建立光伏電池板傾斜面上的太陽輻射量動態(tài)模型，利用逐步尋優(yōu)的方式獲取任意朝向的光伏電池板安裝最佳傾角[2]。根據(jù)各建筑子項(xiàng)屋頂面積、安裝方式及太陽輻射動態(tài)模型得出組件分布表如表1。

表1 各建筑子項(xiàng)屋頂面積、安裝方式及太陽輻射動態(tài)模型得出組件分布表

2.1.4 逆變器、匯流箱

環(huán)境溫度和日照強(qiáng)度都會對光伏列陣的功率輸出造成影響。通過調(diào)節(jié)逆變器，使光伏陣列輸出電壓趨近于最大功率點(diǎn)輸出電壓，保證光伏陣列在最大功率點(diǎn)運(yùn)行獲得最大能源[3]。

組串式逆變器相對比集中式逆變器而言，結(jié)構(gòu)簡易安裝方便且配置靈活，方案使用組串式逆變器，產(chǎn)品型號根據(jù)現(xiàn)場光伏組件布置情況靈活選用。

采用具有高品質(zhì)的電能輸出的并網(wǎng)光伏逆變器，同時要求配置高性能濾波電路，使逆變器輸出較高的電能質(zhì)量，不會污染公共電網(wǎng)質(zhì)量。

為了維護(hù)檢修方便以及系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性得到提高，在太陽能光伏組件和逆變器安裝直流匯流裝置，使太陽能光伏組件和逆變器之前的連接線更少，增加光伏系統(tǒng)運(yùn)行的安全可靠性。根據(jù)所要接入的直流線路的多少和工作電壓、電流的大小選擇合適的光伏匯流箱。

2.1.5 監(jiān)控系統(tǒng)

針對工業(yè)型并網(wǎng)系統(tǒng)，在多臺逆變器上外接1個或多個數(shù)據(jù)采集器，便可將光伏系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通過采集設(shè)備中的Wifi、以太網(wǎng)等通訊方式傳輸?shù)揭蛱鼐W(wǎng)上，用戶只需登錄遠(yuǎn)程監(jiān)控平臺即可輕松了解光伏系統(tǒng)的運(yùn)行狀況，并獲取數(shù)據(jù)分析、歷史報表、日志記錄等信息，此外系統(tǒng)可配套環(huán)境監(jiān)測儀，時刻查看包括組件溫度、總輻射、溫濕度等數(shù)據(jù)，在監(jiān)控終端可配置LED大屏顯示，實(shí)現(xiàn)高效管理。

2.1.6 并網(wǎng)接入方案

并網(wǎng)接入方案采取自發(fā)自用、余電上網(wǎng)的方式。光伏電站在每個并網(wǎng)點(diǎn)配置一套光伏電表，并且在產(chǎn)權(quán)分界處配置相應(yīng)的關(guān)口計(jì)量電能表。修器材庫、管理用房和宿舍食堂共287.10 kWp的光伏系統(tǒng)，接入變配電間內(nèi)500 kVA變壓器低壓母線側(cè)，同時布置1臺交流匯流箱及1臺光伏并網(wǎng)柜。立筒倉、淺圓倉共858.50 kWp的光伏系統(tǒng)，就近接入變配電間內(nèi)2 500 kVA變壓器低壓母線側(cè)，同時布置1臺交流匯流箱及1臺光伏并網(wǎng)柜。

2.1.7 防雷接地設(shè)計(jì)

可利用光伏組件光伏方陣的金屬邊框和建筑物的結(jié)構(gòu)金屬物作接閃器；利用柱內(nèi)主鋼筋或鋼柱等鋼構(gòu)架作自然引下線，也可以利用熱鍍鋅扁鋼圓鋼等專用引下線。自然接地體一般利用建筑物的地圈梁及承臺等基礎(chǔ)內(nèi)的鋼筋，在沒有基礎(chǔ)的地方采用熱鍍鋅扁鋼或圓鋼焊接連通。屋頂用單根6平方的銅芯軟絞線將光伏組件邊框上依次跨接，并與兩邊固定光伏支架用螺栓連接起來做等電位聯(lián)結(jié)；屋頂光伏組件及支架與接閃器連接間距超過18 m且不應(yīng)少于2處。此外應(yīng)設(shè)置防雷電電磁脈沖措施，在逆變器處應(yīng)加裝避雷器。

2.2 發(fā)電量估算

2.2.1 年理論發(fā)電量

根據(jù)《光伏發(fā)電站設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50797—2012）的條文規(guī)定，光伏發(fā)電站上網(wǎng)電量可按下式計(jì)算[4]：

式中，Ep為光伏系統(tǒng)發(fā)電量（kW·h）；HA為水平面太陽能總輻照量（kW·h·m-2，峰值小時數(shù)）；A為為組件安裝面積（m2）；ηi為組件轉(zhuǎn)換效率（%）；K為綜合效率系數(shù)；PAZ為組件安裝容量（kWp）；ES為標(biāo)準(zhǔn)條件下的輻照度（常數(shù)=1 kW·h·m-2）。

式中，K1為修正系數(shù)（組件類型）；K2為光伏方陣安裝傾角、方位角和組件匹配效率；K3為系統(tǒng)可用率；K4為光照利用率；K5為弱光損失；K6為逆變器效率、升壓變壓器損耗和光伏區(qū)電纜損耗；K7為表面污染修正系數(shù)；K8為轉(zhuǎn)換效率。

2.2.2 工程總效率

綜合效率K=K1×K2×K3×K4×K5×K6×K7×K8。系統(tǒng)的綜合效率系數(shù)表見表2。

表2 系統(tǒng)的綜合效率系數(shù)表

本工程計(jì)算發(fā)電量的加權(quán)效率為80.84%。

2.2.3 年上網(wǎng)電量估算值

單晶硅太陽電池組件的衰減對計(jì)算光伏電場實(shí)際每年上網(wǎng)電量時也有影響。壽命及功率衰減要求如下：組件首年衰減不大于2.5%，第2年及后續(xù)每年衰減不大于0.55%。本工程沿屋面17°傾角鋪設(shè)光伏組件。根據(jù)《光伏發(fā)電站設(shè)計(jì)規(guī)范》，上網(wǎng)電量可按下式計(jì)算：

運(yùn)行周期25年的發(fā)電量估算值表見表3。

表3 立筒倉、淺圓倉光伏系統(tǒng)25年發(fā)電量表

機(jī)修器材庫、管理用房、宿舍食堂光伏系統(tǒng)25年發(fā)電量表見表4。

表4 機(jī)修器材庫、管理用房、宿舍食堂光伏系統(tǒng)25年發(fā)電量表

3 運(yùn)維

分布式電站運(yùn)維服務(wù)可按次、按年或長期服務(wù)。

3.1 電池組件清洗工作

清洗條件：光伏方陣輸出低于初始狀態(tài)輸出的95%。灰塵以及鳥糞積在光伏板表面上，都會使光伏方陣發(fā)電量下降。光伏陣列表面積灰越多，積灰光伏組件透光率越低，對光伏組件得輸出性能影響越大[5]；鳥糞局部遮蓋地方會引起熱斑效應(yīng)，白天光照下鳥糞遮蓋處的電池元件會引起局部不正常的發(fā)熱，會降低光伏板使用壽命。因此，組件上的污點(diǎn)及鳥屎必須擦拭干凈。

3.2 實(shí)時數(shù)據(jù)監(jiān)控分析

實(shí)時監(jiān)控電站狀態(tài)及發(fā)電量，對重大故障報警當(dāng)天到達(dá)現(xiàn)場進(jìn)行巡檢定位、及時處理，并總結(jié)故障原因。

3.3 每年定期整體檢修

對主要部件和關(guān)鍵位置進(jìn)行檢修維護(hù)，達(dá)不到要求的部件應(yīng)及時更換。檢修完成后出具檢修報告，使系統(tǒng)維持最大的發(fā)電能力。按照檢修周期可分為日巡檢、周巡檢、月巡檢以及季度大檢修。通過每天、每周、每月的巡檢及時發(fā)現(xiàn)問題和隱患，確保電站安全可靠運(yùn)行，對于短時間無法解決的問題可以匯總記錄，季度檢修時一并解決。季度檢修需要對所有設(shè)備進(jìn)行全面排查維護(hù)。

4 結(jié)語

光伏發(fā)電系統(tǒng)所需能量來自太陽能，分布廣泛且清潔無污染。光伏發(fā)電系統(tǒng)在實(shí)際應(yīng)用過程中無噪聲污染且故障率低，投資小收益大，與其他常規(guī)發(fā)電方式相比有著較大的優(yōu)勢，不僅可以減少消耗常規(guī)能源，也可以減少排放溫室及有害氣體，對社會的經(jīng)濟(jì)、環(huán)保來說都具有重大效益。