某商品城兆瓦級光伏建筑一體化發(fā)電系統(tǒng)及效益

湯錦元，徐金亮，孫麗萍

（金華電業(yè)局，浙江 金華 321000）

某商品城兆瓦級光伏建筑一體化發(fā)電系統(tǒng)及效益

湯錦元，徐金亮，孫麗萍

（金華電業(yè)局，浙江 金華 321000）

義烏國際商貿(mào)城結(jié)合利用3期市場建筑屋頂8個區(qū)域的鋼結(jié)構安裝光伏組件，興建兆瓦級光伏建筑一體化（BIPV）并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)，向3期市場照明用電負荷供電，有效減少了3期市場對電網(wǎng)供電量的需求，實現(xiàn)了節(jié)能減排的目的。

可再生能源；太陽能光伏發(fā)電；節(jié)能減排，低碳經(jīng)濟

1 系統(tǒng)概況

中國義烏國際商貿(mào)城是全球最大的小商品批發(fā)市場，是全國規(guī)模最大的進口和出口商品集散地之一，現(xiàn)有經(jīng)營面積400余萬m2。國際商貿(mào)城3期市場供電系統(tǒng)設置1號和2號開閉所，分別由電力系統(tǒng)的110 kV福田變和110 kV國貿(mào)變各出五回10 kV專線作為1號和2號開閉所的10 kV電源，1號開閉所和2號開閉所共設置13個配電房，10 kV/0.4 kV變壓器共49臺，總?cè)萘?0 600 kVA，年用電量約1.4億kWh。

1.1 光伏建筑一體化

光伏建筑一體化（building integrated photovoltaic，BIPV）就是將光伏發(fā)電系統(tǒng)和建筑幕墻、屋頂?shù)葒o結(jié)構系統(tǒng)有機地結(jié)合成一個整體結(jié)構，不但具有圍護結(jié)構的功能，同時又能產(chǎn)生電能供建筑內(nèi)使用。

1.2 國際商貿(mào)城3期市場BIPV并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)概要

國際商貿(mào)城3期市場BIPV并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)，充分利用商貿(mào)城3期市場建筑物的屋頂建設，太陽能電池方陣總安裝面積約14 000 m2，采用光伏組件7 000塊，分別在商貿(mào)城3期市場建筑物的屋頂?shù)?個區(qū)域結(jié)合建筑屋頂鋼結(jié)構進行安裝，每個區(qū)域的光伏子系統(tǒng)產(chǎn)生的直流電能，經(jīng)并網(wǎng)逆變器轉(zhuǎn)換成符合國家電能質(zhì)量標準要求的400 V交流電能，分別接入商貿(mào)城3期市場內(nèi)低壓照明母線，供3期市場建筑內(nèi)照明負荷使用。1～8號區(qū)域的8個光伏發(fā)電子系統(tǒng)獨立運行，運行方式為并網(wǎng)但不上網(wǎng)。項目總投資7 436萬元，總發(fā)電容量1 295 kW，年均發(fā)電量約1 200 MWh，項目于2009年9月取得了浙江省電力公司的并網(wǎng)批復，2010年1月簽訂了并網(wǎng)合同，2010年2月26日并網(wǎng)發(fā)電，至6月底已實發(fā)電量約400 MWh。圖1為國際商貿(mào)城3期市場BIPV并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)外景圖。

圖1 國際商貿(mào)城3期市場BIPV并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)外景圖

2 系統(tǒng)構成與設計

2.1 義烏市太陽能光伏發(fā)電氣象條件

義烏市位于浙江省中部，東經(jīng)120.04°，北緯29.18°，屬亞熱帶季風氣候。年平均氣溫16.2℃，歷年極端最高氣溫達40.9℃，最低氣溫-10.7℃；日照多，年平均日照時數(shù)為2 129.7 h；無霜期為243 d。

2.2 太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)效率

根據(jù)國家氣象中心發(fā)布的杭州氣象數(shù)據(jù)進行計算，將全年的太陽能輻照資源平均分攤到每一天，相當于每天以1 000 W/m2的輻照強度照射3.6 h，整個系統(tǒng)的綜合效率約為88%，其中交、直流線路損失3%，光伏組件表面塵土遮蓋損失2%，平均逆變損失5%，環(huán)境溫度造成的發(fā)電量損失2%。

2.3 光伏發(fā)電系統(tǒng)設計原則

與國際商貿(mào)城3期市場建筑物相結(jié)合的光伏組件充分考慮原建筑設計，保持建筑的原有風格和美學觀感；優(yōu)化系統(tǒng)配置、實現(xiàn)智能控制，最大限度降低損耗，提高系統(tǒng)發(fā)電效率，保證光伏發(fā)電系統(tǒng)的先進性；采用成熟的技術與設備，結(jié)合完善的保護措施，保證光伏發(fā)電系統(tǒng)穩(wěn)定并網(wǎng)運行。

2.4 總體布置方案

國際商貿(mào)城3期市場BIPV并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)，采用“分散布置、集中展示”的布局方案，根據(jù)建筑防火的要求，太陽能電站光伏組件結(jié)合屋頂停車場8個區(qū)域的頂部鋼結(jié)構進行安裝，總安裝示意圖如圖2所示。圖2中標有紅色序號的區(qū)域為建筑物屋頂車棚的8個單元鋼結(jié)構，其中藍色部分為安裝光伏組件的區(qū)域。

圖2 BIPV并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)總安裝示意圖

2.5 光伏組件及陣列

采用185（23）PR1310×990型光伏組件，單塊功率185 W，峰值電壓24 V，峰值電流7.7 A，短路電流8.32 A，開路電壓30 V，轉(zhuǎn)換效率14.26%，共用光伏組件7 000塊。光伏組件分8個區(qū)域安裝，1號區(qū)域和5號區(qū)域每25塊一排，共32排安裝光伏組件800塊，每25塊串聯(lián)成一條光伏支路，每區(qū)域各32條光伏支路；2號、3號、4號、6號、7號、8號區(qū)域各25塊一排，共36排安裝光伏組件900塊，每25塊串聯(lián)成一條光伏支路，每區(qū)域36條光伏支路。圖3為光伏發(fā)電系統(tǒng)部分光伏陣列實際安裝圖。

2.6 并網(wǎng)電氣接入系統(tǒng)

圖3 BIPV并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)部分光伏陣列實際安裝圖

國際商貿(mào)城3期市場BIPV光伏發(fā)電系統(tǒng)，由3期市場屋頂8個區(qū)域的8個光伏發(fā)電子系統(tǒng)組成，每個光伏發(fā)電子系統(tǒng)的光伏組件所產(chǎn)生的直流電能，經(jīng)光伏直流匯線箱匯集后接入并網(wǎng)逆變器，由并網(wǎng)逆變器轉(zhuǎn)換成與電網(wǎng)電壓同頻、同相、幅值相同符合國家電能質(zhì)量標準要求的400 V交流電能，流經(jīng)電能計量裝置、開關及保護控制裝置之后，通過低壓電纜引至國際商貿(mào)城3期市場內(nèi)的低壓照明供電裝置的母排，供3期市場內(nèi)的照明用電負荷使用。每個光伏發(fā)電子系統(tǒng)相互之間沒有關聯(lián)，獨立發(fā)電，且均以企業(yè)自備電廠方式并網(wǎng)，所發(fā)電能全部在3期市場內(nèi)部就地平衡使用。

為了保證電網(wǎng)安全，光伏發(fā)電系統(tǒng)配置了完善的保護裝置：①逆功率保護。當逆變器對應的光伏陣列發(fā)電功率大于其并網(wǎng)點負載側(cè)的用電功率時，逆功率保護動作，跳開直流匯線箱的接觸器及交流控制開關，切斷對應的光伏組件的電氣聯(lián)系，防止光伏發(fā)電系統(tǒng)向電網(wǎng)反送電；②孤島效應保護。當外部電網(wǎng)斷電時，孤島效應保護動作，跳開直流匯線箱的接觸器及交流控制開關，光伏發(fā)電系統(tǒng)立刻停止運行，防止光伏發(fā)電系統(tǒng)向電網(wǎng)反送電，保證電網(wǎng)安全；③電壓頻率異常解列保護裝置。光伏發(fā)電系統(tǒng)及其供用電系統(tǒng)發(fā)生故障致使電壓頻率發(fā)生異常時，電壓頻率異常解列保護裝置動作，跳開光伏發(fā)電系統(tǒng)的交流控制開關，保證光伏發(fā)電系統(tǒng)和電網(wǎng)的安全；④防雷保護。光伏發(fā)電系統(tǒng)配置了直擊雷防護、雷電波侵入防護、良好的接地系統(tǒng)，保障了太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的可靠運行；⑤其他常規(guī)保護。

2.7 通信監(jiān)控系統(tǒng)

8個光伏發(fā)電子系統(tǒng)的8臺逆變器的通信系統(tǒng)就近接入3期市場樓內(nèi)局域網(wǎng)，中控室內(nèi)的遠程數(shù)據(jù)監(jiān)控器通過HUB網(wǎng)絡集線器也接入3期市場樓內(nèi)局域網(wǎng)，屋頂?shù)妮椪斩扔嫛h(huán)境溫度傳感器、組件溫度傳感器3個環(huán)境參數(shù)傳感器通過環(huán)境數(shù)據(jù)變送器接入遠程數(shù)據(jù)監(jiān)控器。遠程數(shù)據(jù)監(jiān)控器將8臺逆變器搜索成為監(jiān)控對象，并通過環(huán)境參數(shù)傳感器對環(huán)境參數(shù)進行監(jiān)控。遠程數(shù)據(jù)監(jiān)控器將采集到的數(shù)據(jù)進行存儲，除能被本地計算機通過局域網(wǎng)訪問以實時觀察電站工作狀態(tài)外，還能通過互聯(lián)網(wǎng)將光伏發(fā)電系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸至專門服務器，供授權人員隨時隨地通過互聯(lián)網(wǎng)了解光伏發(fā)電系統(tǒng)的實時工作狀態(tài)。

按照電網(wǎng)企業(yè)自動采集光伏發(fā)電系統(tǒng)的電氣參數(shù)的要求，8個光伏發(fā)電子系統(tǒng)現(xiàn)場分別安裝了8個用電信息采集系統(tǒng)終端，電網(wǎng)企業(yè)調(diào)度部門和管理人員可以通過用電信息采集系統(tǒng)，實時查詢8個光伏發(fā)電子系統(tǒng)并網(wǎng)點的電壓、電流、有功功率、無功功率、有功電量、無功電量等數(shù)據(jù)。

2.8 發(fā)電運行方式

太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)與電網(wǎng)并網(wǎng)運行，二者實時進行動態(tài)補充，對3期市場用電負載持續(xù)供電。太陽能系統(tǒng)產(chǎn)生的電能優(yōu)先使用，所發(fā)電量全部在3期市場內(nèi)部平衡，不向電網(wǎng)反送電。正常運行情況下，負載用電功率大于光伏發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電功率，太陽能光伏系統(tǒng)產(chǎn)生的電能完全被負載消耗，不足部分由電網(wǎng)補充；當外部環(huán)境條件不適合太陽能發(fā)電系統(tǒng)運行時，則3期市場用電負載所需的電能完全由電網(wǎng)供給。8個光伏發(fā)電子系統(tǒng)獨立并網(wǎng)，單一系統(tǒng)的故障不會對其他子系統(tǒng)造成影響，提高了光伏發(fā)電系統(tǒng)整體的運行高效性和穩(wěn)定性。

3 環(huán)境效益與社會效益

國際商貿(mào)城3期市場BIPV光伏發(fā)電系統(tǒng)總發(fā)電容量1 295 kW，年均發(fā)電量約1 200 MWh，設計壽命為25年，壽命期內(nèi)共產(chǎn)生約30 GWh的電能，與火力發(fā)電相比，相當于累計節(jié)煤約10 750 tce，減排5 200 t二氧化碳、230 t二氧化硫、150 t粉塵和3 100 t灰渣，起到了良好的節(jié)能減排和改善人居環(huán)境的作用。該光伏發(fā)電系統(tǒng)還有以下良好社會效益：光伏發(fā)電系統(tǒng)與商貿(mào)城3期工程建筑物結(jié)合成為一個整體，不額外占用土地資源；就地發(fā)電、就地平衡，節(jié)省了光伏電站所發(fā)電能輸送公共電網(wǎng)的投資，減少了電力輸送能耗；日照強時恰好是用電高峰期，光伏發(fā)電系統(tǒng)所發(fā)電能大部分是用電高峰時的“黃金電”，較好地緩解了用電高峰時的電網(wǎng)供電壓力。

4 結(jié)束語

中國義烏國際商貿(mào)城3期市場兆瓦級BIPV并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)，以世界著名的國際商貿(mào)城為窗口，充分展示了我國的光伏發(fā)電技術與應用水平，促進了我國可再生能源的發(fā)展，為發(fā)展我國低碳經(jīng)濟、促進節(jié)能減排工作、改善人居環(huán)境做出了切實的努力和貢獻，為其他BIPV并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)項目建設起到了良好的實踐示范作用。

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Benefit of BIPV system of some shopping building

TANG Jin?yuan，XU Jin?liang，SUN Li?ping
（Jinhua Electric Power Supply Bureau，Jinhua 321000，China）

The third market of Yi Wu International Trade shopping uses the steel structure of the eight regions of the roof as the photovoltaic components to build up megawatt building in?tegrated photovoltaic grid photovoltaic power system，supply electricity to the third market，effectively reducing the demand of the third market for the grid electricity supply，realizing the purpose of energy?saving and emissions reduction.

renewable energy；solar photovoltaic；energy conservation and emissions reduction；low?carbon economy

F407.61；TK018

B

1009-1831（2010）06-0050-03

2010-07-01