太陽能光伏并網發電系統的應用實踐

孟 陳 （安徽省建筑科學研究設計院，安徽 合肥 230001）

太陽能光伏并網發電系統的應用實踐

孟 陳 （安徽省建筑科學研究設計院，安徽 合肥 230001）

文章介紹了太陽能光伏并網發電系統在安徽建筑檢測大廈中的應用實例，分析了安徽建筑檢測大廈太陽能光伏并網發電系統的社會效益和經濟效益。

太陽能光伏；并網發電系統；可再生能源；效益

安徽省建筑科學研究設計院建筑檢測大廈項目位于合肥市蜀山新產業園區，規劃基地總用地面積為13191.41m2,總建筑面積27829.23m2，建筑高度：88.35m。地上23層，地下2層。目前該項目已接近竣工驗收階段，并取得了國家住房與城鄉建設部授權機構頒發的三星級綠色建筑設計標識證書。

太陽能光伏并網發電系統是把光能轉化為直流電能，不經過蓄電池儲能，直接通過并網逆變器將直流電轉換為與三相低壓交流電網同頻率、同相位的正弦波交流電饋入市電網。太陽能光伏并網發電系統與常規電網相連，共同承擔供電任務。當有陽光時，逆變器將光伏發電系統所發的直流電逆變成正弦交流電，產生的交流電可以直接供給交流負載設備，然后將剩余的電能饋入電網。在沒有太陽時，負載設備用電全部由電網供給。

因為太陽能光伏并網發電系統直接將電能饋入電網，光伏獨立系統中的蓄電池完全被光伏并網系統中的電網所取代，故免除配置蓄電池，省掉了蓄電池蓄能和釋放的過程，可以充分利用光伏陣列所發的電力，從而減小了能量的損耗，降低了系統成本。

太陽能光伏并網發電系統主要由光伏組件陣列、匯流箱、直流配電柜、逆變器、交流配電柜、雙向電表以及監控裝置等部分構成。

光伏組件陣列由太陽能電池組件構成，安裝在屋頂構架上。同時，光伏組件陣列按照合理的組串方式接入匯流箱，然后接入直流配電柜，匯流箱和直流配電柜中包括防雷保護裝置以及短路保護等功能。經過直流部分的匯流調整之后，直流輸出接入逆變器，逆變器輸出三相交流電經過交流配電柜接入電網，在電網入口則安裝雙向電表，對發電量進行計量考核，整個系統安裝監控裝置，對主要設備進行24h監控，以便系統的可靠運行及信息掌握。

圖1 太陽能光伏并網發電系統電氣連接圖

合肥年平均日照時數為1963.3h。其中夏季白晝最長，日照時數最多；冬季白晝最短，日照時數最少；在6、7兩月，平均雨日都在10d以上，因此，日照在210h～235h之間，而8月平均雨日不到10d，日照達247h，為全年日照時數最多的月份。根據省氣象局統計資料，合肥市郊區多年平均太陽輻射總量為4986MJ/m2，輻射條件比較良好。其中6、7、8三個月最多，分別為568、594、580MJ/m2；以1月為最少，僅272MJ/m2。

最理想的傾斜角是使太陽能電池年發電量盡可能大，而冬季和夏季發電量差異盡可能小，一般取當地緯度作為當地太陽能電池組件安裝的傾斜角。合肥市緯度為北緯31°52′，處于26°～40°之間，本系統電池組件傾角定為31°。

根據項目屋面坡度安裝組件，組件之間留有間距25mm。

則：每塊組件占地面積=(1.65＋0.025)×(0.991＋0.025)m2=1.7m2。

估算50kW項目200塊組件所需有效屋頂總面積=1.7×200m2=340m2

考慮到陣列間隙，需留有1.65倍面積余量。

則：實際所需安裝面積=340×1.65=561m2。

光伏組件系統采用峰值功率為250Wp/29.8V的多晶硅組件，共計200塊，20塊電池板作為1串，總共10串并入3臺20kW的逆變器（每個逆變器四路輸入），總功率為50000Wp。逆變輸出400V交流電經過交流配電柜和雙向計量電表到電網。

整個光伏并網系統裝機容量50kW，設計采用單個并網點接入，參照國家電網公司【2013】625號文件，《分布式電源接入系統典型設計》中的380V接入用戶配電室典型設計（XGF380-Z-2），采用1回線路將分布式光伏接入用戶配電室380V低壓母線。

圖2 電氣主接線圖

光伏發電作為可再生能源，有利于節省不可再生能源，平衡能源的單一供給情況，符合國家相關的環保、節能政策。光伏發電可以減少溫室氣體排放，減少溫室效應，保護環境。同時因為光伏系統的建設，減少了太陽光對建筑物的直接輻射，從而降低了夏天外界熱量向室內的傳導，起到了減少制冷能耗的作用。

系統按總安裝功率50kW計算，截至目前，光伏組件的價格為每瓦4.2～7.0元，逆變和輸配電的價格約每瓦1.8元～2.0元，電氣設備及電纜的價格約為每瓦1.33元，支架及基礎的價格約每瓦0.5元～0.8元，該項目太陽能光伏發電系統總投資見下表。

根據系統的安裝地點、光照情況、方案設計、設備選型等綜合因素，理論年發電量=年平均太陽輻射總量×電池總面積×光電轉換效率。

理論年發電量=4986×327.36×14.5%=236671.46MJ=236671.46×0.28kWh=66268kWh

太陽能光伏發電系統投資估算表

太陽電池板輸出的直流功率是太陽電池板的標稱功率。在現場運行的太陽電池板往往達不到標準測試條件，輸出的允許偏差是5%，因此，在分析太陽電池板輸出功率時要考慮到0.95的影響系數。

光伏組件表面灰塵的累積，會影響輻射到電池板表面的太陽輻射強度，同樣會影響太陽電池板的輸出功率。據相關文獻報道，此因素會對光伏組件的輸出產生7%的影響，在分析太陽電池板輸出功率時要考慮到0.93的影響系數。并網光伏電站考慮安裝角度因素折算后的效率為0.88。所以實際發電效率為0.95×0.93×0.88=77.7%。

年實際總發電量為66286×77.7%＝51504kWh。

考慮太陽電池組件效率按壽命期內累計折損10%，且每年衰減的百分比相同進行計算，25年內總發電量為122.76萬kWh。

光伏系統發電在高峰期，按電價1.41元/kWh計算，國家補貼0.42元/kWh（年限20年），合肥地區補貼0.25元/kWh（年限15年），按照系統年衰減0.4%，通貨膨脹率按照0.4%計算，5年可收回投資，具有良好的經濟效益。

在全世界受到越來越嚴重環境污染問題困擾的今天，環保的重要性逐漸的得到社會的認可和關注，而太陽能是一種取之不盡、用之不竭的清潔可再生能源，具有獨特的優勢和巨大的發展潛力。充分利用太陽能對節能減排、保護環境和地方經濟有著重大的意義，同時為全球能源的可持續發展做出貢獻，也讓未來世界變得更清潔、更安全，能源利用更豐富。

[1](澳)Geoff Stapleton，(澳)Susan Neill.太陽能光伏并網發電系統[M].王一波，等譯.北京：機械工業出版社，2014.

[2]張立新.太陽能光伏并網發電系統在北京南站的應用[J].建筑電氣，2008，27(11)：18-24.

[3]王惠祥.太陽能光伏并網發電系統研究[D].杭州：浙江大學，2012.

TK51

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1007-7359（2016）05-0255-02

10.16330/j.cnki.1007-7359.2016.05.091

孟陳（1983-），男，安徽淮北人，畢業于安徽建筑大學，工程師。