屋頂光伏與儲能一體化發電系統的設計分析

張靜　孫亞平

摘 要：隨著社會持續發展，能源消耗量日益增加。隨之，環境污染日益加重，必須開發利用各種清潔能源，減少能耗量，降低對周圍環境的污染程度。作為一種重要的可持續再生能源，太陽能的應用在世界范圍內不斷擴大，光伏系統在我國的應用也逐漸增多，發揮著不可替代的作用，在緩解日益加重能源危機的基礎上，也滿足了用戶的用電需求。因此，本文作者對屋頂光伏與儲能一體化發電系統設計這一課題予以了探討。

關鍵詞：屋頂；光伏；儲能；一體化；發電系統；設計；分析

中圖分類號： TM615 文獻標識碼： A 文章編號： 1673-1069（2016）13-154-2

0 引言

隨著社會經濟持續發展，人們的生活水平日漸提高，傳統能源已經無法滿足他們的客觀需求，其供應日漸緊張，加上傳統能源不具備可再生性，大大加重了人類社會在經濟可持續發展方面的擔憂。面對這種情況，迫切需要開發、利用各種新能源，尤其是可再生能源，取代那些資源有限、嚴重污染周圍環境的常規能源，緩解日益加重的能源危機。太陽能屬于重要的定性清潔能源，具有獨特的優勢，已成為社會大眾關注的焦點，具有非常廣闊的應用前景。為此，需要全方位分析各種主客觀影響因素，優化設計屋頂光伏與儲能一體化的發電系統，使其更好地發揮自身作用。

1 屋頂光伏發電系統概述

就屋頂光伏發電系統而言，由多種元素組合而成，比如，計量裝置、光伏組件、并網逆變器，各自發揮著不同的作用。當下，晶體硅太陽能電池組件、非晶硅薄膜電池組件是光伏組件的核心組成要素。前者具有多樣化的優勢，比如，較長的使用壽命，較強的抗風和抗冰雹能力，光電的轉換率可以到14%—17%；而后者是由半導體材料組成，只有幾微米厚，其光電轉換率為6%—6.5%，能夠附在各類廉價的基片上，比如，玻璃。如果發電量、功率相同，非晶硅太陽能薄膜電池成本遠遠低于晶體硅太陽能電池，已成為新時期最有可能實現發電成本和上網電價的一種新技術。

就屋頂光伏發電系統而言，把太陽能電池組件準確安裝在屋頂合理的位置，這樣在有太陽照射的時候，逆變器就會把光伏組件發出的直流電順利轉換為正弦交流電，可以直接用于電源驅動負荷，還可以把它切換到外面的公用電網中，實現小型光伏系統并網運行。在夜晚或者陰雨天的時候，太陽能電池組件沒有產生電能或者所產生的電能無法滿足負載需求的時候，可以發揮電網的作用進行供電，確保電力系統處于安全、穩定運行中。

2 光儲一體化發電系統設計

2.1 太陽能資源分析

以杭州某項目為例，處于經濟開發區，和市區距離為40千米。由于杭州屬于亞熱帶季風氣候，年平均氣溫為16.2攝氏度，氣候溫和、濕潤，降水又充沛，四季分明，光照充足，有著豐富的太陽能資源，年平均太陽總輻射量為4270—4700/平方米內，日照時數在1900—2200小時之間，日照百分率42%—48%，有著獨特的太陽能資源條件。

2.2 站址條件分析

以光伏方陣安裝位置條件為例，在全方位勘測現場基礎上，光伏方陣被安裝在項目業主公司的三號樓東側樓頂。就該地塊而言，屬于整片廠區的最高點，四周并沒有山林、高樓這樣的遮擋物，屬于朝南、東西走向，根據現場各方面的實際情況，非常適宜安裝光伏組件，可以在建筑物頂部安裝62kWp左右的光伏組件。就該項目而言，是用水泥作為其中的承重塊，使直通管的左右兩端和女兒墻相互連接，促使方陣處于統一的有機整體中，具有較強的承受力，樓頂的最大承重可以達到152kg/m2，能夠很好地承受來自光伏組件、支架的重量。相應地，圖1是光伏組件方陣安裝位置、儲能電站基地的示意圖。

2.3 項目規模、系統接入設計

以電網接入為例，就該系統而言，所選擇的并網接點為電網0.4kV低壓側，主要給項目業主公司三號樓的二到四層樓供電，平均負荷為220kW，最高的負荷可以達到310kW。針對系統運行情況，需要對并網接口的五號變電所進行適當的改造，適當增設并網切換屏、離網切換屏，可以在10kV變壓器0.4kV低壓側、儲能系統并網側的合理位置設置逆功率保護裝置，確保相關系統處于安全、穩定運行中，避免系統故障的頻繁發生，增加設備的運營成本。

2.4 設備選型、施工設計

以太陽電池組件選型為例，太陽電池組件是光伏系統主要的發電來源。光伏組件具有多樣化的類型，比如，多晶硅組件、單晶硅組件。結合各方面情況，該系統主要采用的是S—180C（190Wp）單晶硅組件，具有較長的使用壽命，能夠在惡劣的環境中長期運作。以電纜敷設方案為例，對于儲能基站、變電所來說，其間的主電纜采用的是3×240+2×120的嵌裝電纜，四進三出。就樓頂而言，其光伏輸出主電纜經過垂直橋架鋪設到對應2、3號廠房之間的空橋架，在進入2號廠房之后，對應的架空架需要向西鋪設，并沿著電力的主電纜路線，進入到對應的基站中。

2.5 經濟評價

在光伏發電系統方面，綜合分析各方面因素，光伏方陣只適合安裝57KWp，但每年的發電量可以達到五萬kW·h，按照工業用電價格進行計算，每年會有4.3萬元的收益，那么，25后將有107.5萬元的收益，即4.3×25=107.5萬元。就儲能系統而言，削峰填谷是其核心功能，在降低用電成本的基礎上，還能合理調整電網的峰頻、平滑負荷。根據該地區峰谷電價格以及時間段來說，每度電可以省下來0.3923元，如果一年按照300天工作日計算，一年用電量為60萬度，即0.3923×600，000=235，380元，一年就節約235，380元。就系統總效益來說，在安裝光儲一體化系統之后，每年有23.538萬元的儲能系統收益，4.3萬元的光伏發電收益，系統總效益也是非常可觀的。相應地，表1是該地區光伏發電量估算中中和效率系數。

3 結語

總而言之，優化設計屋面光伏和儲能一體化系統至關重要。在設計過程中，要綜合考慮各方面主客觀影響因素，采取適宜的措施，優化設計，使其更好地發揮自身作用，提高太陽能利用率，具有較好的節能減排作用，能夠優化電源結構等，改善周圍環境，擁有較好的“經濟、社會、生態”三效益。

參 考 文 獻

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