太陽能光伏發電系統在某電子工廠的應用

張金寶

（廣東省國際工程咨詢公司，廣東廣州 510060）

太陽能光伏發電系統是根據光生伏特效應原理，利用太陽電池將太陽光能直接轉化為電能。太陽能光伏發電的過程沒有機械轉動部件也不消耗燃料，不排放溫室氣體等任何物質，具有無噪聲、無污染的特點；同時太陽能資源分布廣泛且取之不盡，用之不竭，是一種具可持續發展理想特征(最豐富的資源和最潔凈的發電過程)的可再生能源發電技術[1]。電子類工廠大多屋頂可利用面積大，粉塵少，給屋頂利用太陽能光伏發電系統提供了良好的發展機會。

1 光伏發電系統工作原理及分類

光伏發電的關鍵元件太陽能電池經過串、并聯封裝保護形成太陽電池組件，配合功率控制器等部件就形成了光伏發電裝置。光伏發電系統主要由太陽能電池板、控制器和逆變器三大部分組成[2]。目前太陽能光伏系統分為離網光伏發電系統和并網光伏發電系統。

（1）離網光伏發電系統。主要由太陽能電池組件、控制器、蓄電池組成，配置交流逆變器就可為交流負載供電。

（2）并網光伏發電系統是太陽能組件產生的直流電經過并網逆變器轉換成符合市電電網要求的交流電后直接接入公共電網。如光伏建筑一體化發電系統。由于投資小、建設快、占地面積小、政策支持力度大等優點，是并網發電的主流。

2 某電子工廠用電負荷估算

電子類工廠用電負荷一般包括照明系統、空調系統、通風系統、生產設備系統、電梯以及插座系統。正常情況下白天宿舍及食堂照明設備不需供電，典型的電子類工廠用電負荷情況見表1。

表1 電力負荷估算表

從表1可以看出白天工廠的用電負荷主要為除食堂、宿舍外的照明用電負荷，約為14 101.8 kVA，晚上用電負荷主要為除研發樓、食堂外的用電負荷，約為13 454.23 kVA。

2.1 屋頂可利用面積估算

某電子工廠總占地面積約149 963 m2，總建筑面積249 582 m2，其中計容積率總建筑面積237 553 m2；分A、B、C三個區，A區為1棟8層的研發樓，建筑面積共95 751 m2；B區為3棟2層、3棟5層的廠房，面積為105 186 m2，4棟6層宿舍，面積為30 745 m2；C區為1棟4層食堂，面積為5 869 m2。經估算屋頂可裝太陽能電池板面積約18 000 m2，太陽能電池板與屋頂平行安裝，根據工廠所在維度情況，為了最大高效利用太陽能[3]，太陽能電池板與水平面呈18度角。

2.2 系統輸出功率估算

目前大型項目太陽能電池板發電量為120～140 W/m2之間，考慮到逆變器效率等，綜合效率約為90%，取電池板發電量130 W/m2，某電子工廠太陽能發電系統實際輸出功率為2 106 kW。

3 某電子工廠屋頂光伏發電系統方案

目前已得到推廣的太陽能電池主要有晶體硅(單晶硅和多晶硅)太陽能電池和非晶硅薄膜太陽能電池等，晶體硅組件因技術成熟，在實際應用中尤為常見。單晶硅電池組件轉換效率高，技術成熟、可靠性好且使用壽命長，因此建議本項目采用單晶硅組件。根據表1，白天廠房、研發樓、地下室照明及通風用電負荷約為1 957.29 kW。在氣候條件較好時，光伏發電系統可滿足正常運行時的廠房、研發樓、地下室照明及通風用電負荷用電需求，剩余電能較少。考慮到建設成本，建議某電子工廠屋頂光伏發電系統不向城市電網輸送電能。因此，建議本系統采用離網光伏發電系統。

4 光伏發電系統

根據上述分析，某電子工廠離網光伏發電系統如圖1所示。

圖1 某電子工廠屋頂太陽能光伏發電系統

本方案將照明負荷和通風負荷分開，其中光照條件良好時候，全廠照明與通風負荷由太陽能光伏發電系統供電，當光照條件稍差時候，太陽能光伏發電系統為照明系統供電，當太陽能光伏系統發電功率繼續減少時候，該系統向蓄電池供電，此時全部用電負荷由電網供電，待蓄電池電量充滿后切斷電網，由蓄電池系統供電。

5 效益分析

（1）經濟效益

經估算，某電子工廠光伏發電系統的一次性建設投資約2 000萬元，折合單價約為9.49元/W。系統全壽命按25年計算[4]，根據該工廠地區太陽輻射資源等因素分析，項目25年年平均利用小時數為1 002小時，年均發電量可達到211.02萬度電，按每度電可獲得政府財政補貼0.35元計，考慮到該工廠所在地工業用電電費為0.927 8元/度。則，企業每年可節約195.75萬元。經估算項目內部收益率為12%，大于社會折現率（8%）；社會折現率下經濟凈現值為679.36萬元，大于零，兩項指標均滿足要求，投資回報期約8.70年，項目可行。

表2 投資估算表

表3 經濟效益分析表

（2）社會效益

太陽能資源取之不盡，用之不竭，項目建成后就近供電，避免了長距離輸電線路所造成的電能損失，并節省輸電成本。在電子類廠房屋頂上建設太陽能光伏發電系統可以有效的保護廠房屋頂，降低室內溫度。同時是一種綠色環保的新型可再生能源。項目建成后每年可節約標準煤675.26噸，減少SO2排放55.50噸，減少NOx排放27.64噸，減少CO2排放1840.09噸，減少粉塵排放502.23噸。

6 結論

本文對某電子工廠光伏發電系統做了初步探究，本文提出電子類廠房屋頂裝設太陽能光伏發電板，構建并網型光伏發電系統向所用電負荷供電的方案。該方案是開發太陽能資源加以利用的一種有益嘗試，對減少環境污染、抑制二氧化碳等溫室氣體排放將起到積極的作用。從技術角度來看，光伏發電系統技術已經日臻成熟，并目已經有眾多實例。從經濟分析結果來看，得到政府的財政支持和政策支持情況下，項目投資回報期約為8.70年，項目可行；光伏發電系統一次性投資較高，但該發電系統使用壽命較長，運行維護費用低，且為綠色可再生能源，可以在電子類比較潔凈的廠區推行。

［1］喜文華.太陽能實用工程技術［M］.北京：化學工業出版社，2001.

［2］沈輝，曾祖勤.太陽能光伏發電技術［M］.北京：化學工業出版社，2005.

［3］趙扉，沈紅峰.屋頂光伏發電并網系統在110kW變電站的應用［J］.電工技術，2011（6）：20-22.

［4］李永華，袁超，蒲亮.屋頂式太陽能光伏發電系統經濟性分析［J］.電力科學與工程，2013（9）：29-33.