新型光伏產品在火電廠多場景應用研究

摘要：分析各種不同類型光伏產品的原理、適應場景、安裝方式、發電效率等特點，結合現場條件綜合分析，優化實施方案，明確各種應用場景中各新型光伏產品種類、數量、安裝方式和場景間配合，確定光伏車棚、光伏路燈、地面光伏、水面光伏、屋面光伏、綠色建筑光伏等實施方案。多種光伏發電方式融為一體，為打造同類型光伏項目建設提供借鑒。

關鍵詞：光伏車棚；水面光伏；光伏路燈；幕墻光伏；瓦片光伏

隨著習近平新時代中國特色社會主義思想的有效實踐，當前社會的經濟發展迎來了重大變局，人民的生活水平顯著提升。伴隨著生活質量要求的提高，社會對能源的需求、消費與發展需要也隨之提高。受限于傳統礦物能源的不可再生屬性，新能源作為未來我國能源供給體系的重要力量登上舞臺。光能作為新能源體系不可或缺的一環，在國內發展極為迅速。因此，如何利用光伏面板搭建新型分布式光伏集群，是國內電力能源體系綠色轉型的一個重要難題。

1分布式光伏集群概述

分布式光伏集群一般指規模較小、布局分散的光伏集群，其應用范圍廣、場景多，可以在建筑物的屋頂、未有人開墾的荒地，甚至池塘進行安裝［1］。分布式光伏集群雖然輸出電量較少，但安裝方便、安裝地點靈活，且運行穩定、無噪聲，最主要的是能夠根據場地的實際情況對光伏系統的容量進行調整。

2分布式光伏集群的實際應用

徐礦集團作為江蘇省國資委管理的省屬企業，近年來，一直著力于加快綠色轉型，構建現代新型能源產業體系、現代綠色發展體系，堅持大力推動新能源項目開發建設，致力打造資源枯竭型企業轉型“綠色樣本”。

江蘇華美熱電有限公司貫徹新發展理念，落實徐礦集團綠色轉型戰略，積極打造綠色轉型排頭兵，推進能源結構調整和生產方式綠色低碳轉型，多措并舉，大力推進光伏發電項目建設。

2.1分布式光伏集群的建設條件研究

江蘇華美熱電有限公司位于東經117.1155°，北緯34.34°。年日照時數為2 284～2 495 h，日照率52%～57%，太陽年總輻射量為4 700～4 900 MJ/m2，屬于太陽能資源較為豐富區，適合建設光伏項目。

廠區南部擁有閑置土地、魚塘、房屋可以開發利用。土地、魚塘地質構造穩定，無斷裂危險，保證光伏面板搭建的穩定性。辦公樓、公寓樓、浴室、培訓樓屋頂為混凝土框架平面。新能源數字中心樓為瓦面帶傾角屋面。

2.2分布式光伏集群的場景應用研究

2.2.1光充一體化車棚的應用研究

光伏車棚是利用原有的露天場地，建設上部發電及遮陰、下部停車及充電的現代化“光充一體式車棚”，車棚鋼結構造型設計融入集團公司文化理念。

“光充一體式車棚”將光伏發電設備和充電設施形成了一個微網，實現并網運行。“光充一體車棚”整個系統由鋼結構車棚、光伏組件、光伏逆變器、交流配電柜，充電樁、光伏候車廳組成。

建設128個新能源汽車的專用停車位，并安裝32臺新能源汽車智能雙槍充電樁，可以同時滿足64臺新能源汽車充電要求。

根據公司員工的工作通勤情況考慮，以及安全環保要求，充電樁采用慢充，額定功率2×7 kW，雙槍立柱式安裝。充電樁可以聯網，彩色觸摸屏，可以掃碼、刷卡等多種方式啟動充電。

在“光充一體車棚”東側的員工通勤車輛候車場所進行地坪亮化后，設計安裝了一座現代化的光伏候車亭。候車亭頂部安裝的光伏組件發電，為候車亭電子宣傳欄、液晶顯示屏及宣傳卷軸供電。候車亭前配置兩個光伏座椅，為候車員工提供臨時休息場所和手機無線充電，并可以進行藍牙無線連接音樂播放，使員工緊張工作后的心情得到放松，愉悅身心。這既是員工的候車場，同時又成為現代電子宣傳的重要陣地。

2.2.2光伏照明的應用研究

太陽能光伏路燈，利用太陽能光伏組件配上專用微機智能控制器，白天把光能轉化為直流電能存儲在蓄電池內，晚上用LED照明燈把低壓直流轉化為光能。采用智能控制器進行控制，可以根據天空自然亮度和人們處于各種環境下需要的亮度來自動調節燈的亮度。結合本公司的實際情況，選取了純光伏路燈、風光互補路燈、電光互補路燈共3種類型，利用廠區原有燈桿和基礎進行升級改造。

依據路段的功能定位和人流密度進行分類，對于重要生產場所的路燈為了保證照明的持續性和可靠性，路燈改造為光電互補方式，正常時利用太陽能發電，當遇持續陰雨天氣的特殊情況時，利用數字式路燈控制器切換為市電供電。公司大門、辦公樓，培訓中心附近的主要干道采用風光互補式路燈，微機路燈控制器控制風力發電機和光伏組件給蓄電池充電，晚上路燈控制器根據需要控制路燈的照明開啟和調節亮度。其他廠區路燈改造為純光伏路燈。

2.2.3地面光伏場景應用

地面光伏主要分為固定傾角方式和跟蹤式，跟蹤式光伏因增加自動跟蹤裝置后，將增加占地面積，適合于荒漠區大型并網光伏電站。項目地面光伏以固定傾角安裝為主，跟蹤式光伏為輔。固定傾角方式安裝的光伏組件按其支撐固定的支架又分為混凝土管樁式、螺旋地樁、混凝土支墩3種形式。混凝土管樁和雙排螺旋地樁安裝方式建設農光互補。混凝土管樁在易沉降和基巖深度較深的場地適用；螺旋地樁建設成本相對較低，光伏陣列間可種植不同種類的農作物，實現農光互補。混凝土支墩安裝方式適應于地質條件復雜，地面以下有建筑物、巖石層等無法深埋的場景，其主體結構全部位于地面以上，對地質條件要求不高，整體造價也相對較低。

考慮到項目定位，提高光伏發電效率，項目設計了多種跟蹤式光伏應用。有雙軸跟蹤、平單軸跟蹤、斜單軸跟蹤、單軸跟蹤、手動調節單軸跟蹤、平斜單軸跟蹤6種不同型式的光伏產品。相較于固定傾角的普通光伏，自動跟蹤光伏發電效率可提升15%～50%。

2.2.4水面光伏場景應用

水面光伏一般采用混凝土管樁或水面浮體承載兩種形式，大面積水面光伏電站采用混凝土管樁居多，相對于浮體承載結構，其對水體溶氧、水面以下結構影響很小，大量應用于漁光互補場景，單位工程造價也相對較低。

本項目西側魚塘設計建設了拉索式、浮筒式和浮臺錨固式3種不同類型水面浮體承載的水面光伏，東側魚塘建設管樁式光伏。

拉索式光伏對水系溶氧無影響，夏季陰影遮擋可顯著降低水體溫度，利于魚類生存。光伏組件傾角15°安裝于柔性鋼絲繩上，配置雙面雙玻組件可有效吸收水面漫反射光線，提高發電效率。此方式在地形較復雜地域及漁業資源豐富地區已大量應用。

浮筒式光伏對水系溶氧影響極小，夏季陰影遮擋可顯著降低水體溫度，利于魚類生存。浮體隨水位高低上下漂浮，與水底錨塊采用柔性鋼絲繩連接以限制位移量。浮筒采用模塊化拼接安裝方式，可靈活進行增減容量、陣列外形尺寸變化，預置15°傾角，支架鋼材用量少。

浮臺錨固式光伏，采用高密度PVC泡沫板材作為主浮體，包括抗老化板材亮化。浮臺可隨水位高低上下漂浮，與水底錨塊采用柔性鋼絲繩連接以限制位移量。平鋪陣列安裝面積容量密度最大，支架鋼材用量最少。光伏組件造型設計融入了公司的企業文化。

2.2.5綠色低碳建筑光伏應用研究

江蘇華美熱電公司光伏項目結合開展綠色建筑創建活動，改建一大批綠色節能建筑。建筑光伏主要分為幕墻光伏和屋頂光伏。

幕墻光伏既要光伏發電創建零碳建筑，又要將光伏組件和建筑融為一體，體現建筑美感。本項目在數據中心南側和辦公樓南側依據房屋結構建設光伏幕墻。

數據中心大樓南側墻外大型微傾斜光伏幕墻，以鋼結構框架固定85°傾角平鋪安裝，高23.66 m，寬70.20 m，幕墻面積1 660.932 m2，直流裝機容量335 KWp。它與建筑融為一體，大氣磅礴，科技感強烈，既滿足裝飾功能，又兼顧發電，呈現光伏應用新的亮點。

對辦公樓原玻璃幕墻進行改造，以鋁合金結構框架立面安裝碲化鎘半透光組件。保留原建筑外形結構，與建筑融為一體，既滿足裝飾功能，又兼顧發電。40%透光碲化鎘組件雙層鋼化玻璃，強度高，壽命長，采光度高，綠色環保。

屋頂光伏不占用土地等資源，利用現有建筑物頂部加裝，大大節省資源。屋頂光伏常見有混凝土平面屋頂、瓦面帶傾角屋面和鋼結構彩鋼瓦屋面幾種形式，混凝土平面屋頂在載荷允許的情況下可預置高效傾角，發電效率也相對較高，運行維護也更加方便。屋頂光伏作為清潔能源領域的一個重要方面，其合理開發和利用顯得至關重要［2］。利用辦公樓、公寓樓、培訓樓等樓頂平面，采用支墩式光伏支架安裝方式，支墩式光伏支架特點是所有主體結構均在樓面以上，對原防水層不產生破壞，具有防水性能好、安裝方便、造價低等優點，設計15°傾角安裝，發電效率高。

2.2.6特殊類光伏產品場景應用

近年來，光伏產品發展與創新日趨豐富，光伏發電玻璃、太陽能地磚，光伏花等新型產品陸續涌現。

光伏瓦片屋頂與建筑屋頂實現一體化融合，替代傳統建筑瓦片保持建筑原有的風格，符合建筑美學，解決了光伏發電用于民居屋頂建設在建筑美學上的障礙，同時也有利于建設零碳建筑。

光伏瓦片是用特殊配方的陶瓷材料制作成高強度的陶瓷瓦片與光伏發電模組通過自動封膠工藝組裝成的可以發電的陶瓷瓦片。瓦片在太陽光線的可見光照射下，通過硅材料的光伏效應，產生電能。瓦片式光伏組件，用于安裝在斜屋頂上，更適合仿古屋面的光伏建設。光伏組件固定嵌裝在邊框內，邊框上端設有用于與掛瓦條固定相連的槽溝，邊框左右兩側分別設有用于與相鄰瓦片式光伏組件搭接相連的搭接結構。

新能源數字中心樓頂和池塘涼亭頂部采用了新型光伏瓦片式光伏組件，相較于常規屋面安裝方式，屋面瓦片式光伏與建筑完全融為一體，色彩可靈活搭配，無突兀感，既簡潔美觀，又兼顧發電。組件表面為高強度鋼化玻璃，機械強度高，抗沖擊。

光伏連廊，設計建設了雙排雙玻光伏的場景應用。采用碲化鎘40%透光組件，以不銹鋼框架欄桿立面安裝。連廊光伏與魚塘環境融為一體，既滿足連廊防護功能，又兼顧發電。40%透光碲化鎘組件雙面鋼化玻璃，強度高、壽命長，目視效果好。

在魚塘連廊北出口處裝設了光伏地磚與重力感應地燈組合，地磚發電直接用于地燈，光伏地磚所發電量直接儲存于感應地燈內部鋰電池組。光伏地磚的開路電壓約為18 V，產品具備良好的絕緣性能，杜絕漏電、觸電隱患。其壽命長，性能穩定，能夠滿足長期使用需求。承重能力高，光伏地磚表面是鋼化玻璃材質，可以承受較高壓力。

光伏花白天跟蹤太陽發電，夜晚為周邊用電設備提供清潔電能，是一款集科技+能源+景觀的光伏發電設備，外觀獨特美觀時尚，容易維護，適合在零碳公園、綠色能源光伏發電、零碳建筑等項目前景中使用。

光伏花自動計算當地太陽光的照射角度，實時跟蹤太陽方位，自動調整，以使光伏組件始終保持最佳的角度迎合太陽光照，太陽光線垂直于電池板組件，照射強度最大化，保障光伏電池片在良好的一個發電狀態，發電效率比普通光伏電池片增加40%。

3關于分布式光伏集群的效益分析

3.1經濟效益

依據江蘇華美熱電有限公司的光伏安裝現狀，據測算平均每年光伏發電為800萬kWh，接入大數據的部分根據前述自用率60%，其余40%上網，每年可以給公司帶來350萬元的經濟收入。

3.2社會效益

太陽能發電利用太陽能轉化為電能，能夠充分利用可再生、清潔的太陽能資源，且不產生任何污染物，不排放任何有害氣體和廢棄物，對人類生活居住干擾小。該工程所在地區為廠區內部，整個范圍不大，對土地產生的影響非常小。項目已成為公司新的經濟增長點和集團公司新能源建設和綠色轉型的示范引領基地。

3.3環保效益

分布式光伏集群采用綠色清潔能源，并在設計上嚴格貫徹節能、環保的指導思想，在技術方案、設備和材料選擇、建筑結構等方面，充分考慮了環保的要求。按照江蘇華美熱電有限公司現經營情況，項目建成后，每年可節約標煤2 200 t，二氧化碳減排約6 080 t，同時還可節約大量淡水資源。

4針對分布式光伏集群的發展建議

從規劃、設計和并網全過程來看，分布式光伏集群主要存在無序建設和并網困難等問題。為了更好地推進分布式光伏發電的接入，提高電力系統的運行質量，科研力度需要加大［3］，加強對電能和電能質量的控制；同時，還需加大人才引進力度，強化專業技能人員培訓，專業的人做專業的事。

5結語

根據江蘇華美熱電的實際情況，在發電方面，分布式光伏集群比其他可再生能源發電項目更有效、更現實［4］。項目的有效實施能夠優化區域能源結構、改善生態、保護環境。華美熱電光伏項目順應國家產業政策，符合可持續發展戰略，建成后為其他類似光伏項目建設提供有益參考。

參考文獻：

［1］湯琳娜.分布式光伏電站的發展與應用分析［J］.光源與照明，2021（9）：6061.

［2］支理想，李蓓.屋頂分布式光伏電站的設計與實現［J］.集成電路應用，2023，40（3）：5254.

［3］張建.分布式光伏電站發電效率提升策略研究［J］.光源與照明，2023（10）：121123.

［4］丁鵬飛，董恩丞，姜軍，等.分布式光伏電站電氣設備的選型和設計［J］.光源與照明，2023（3）：106108.

作者簡介：張志遠，男，山東滕州人，研究生，從事新能源和火電機組專業研究工作。