農村屋頂分布式光伏電站設計與運行分析

岳興華

（三峽大學 電氣與新能源學院，湖北 宜昌443002）

0 引 言

隨著環境問題的日趨嚴峻，綠色能源風潮逐漸興起［1－2］。太陽能來源豐富、清潔環保，光伏發電成為這場風潮中最受矚目的能源之一。分布式光伏發電是利用建筑物或附屬空閑場地安裝太陽電池組件發電，用戶直接使用或就近輸入電網售電給國家的發電形式［3－5］。

在人類社會持續增長的能源需求、環境保護壓力、能源替代對可持續清潔能源的需求等形式下，光伏發電作為清潔能源的一種利用形式，得到了廣泛的青睞和快速發展。家用分布式光伏電站每發一度電，就相當于節約標準煤0．4 kg，減排二氧化碳0．947 kg，具有非常明顯的節能減排效果［6－8］。由于分布式光伏不占用現有土地，而且充分利用建筑物的閑置資源，得到了國家政策的大力支持，國家出臺了多項政策鼓勵發展分布式光伏發電。家用光伏電站每發一度電都能獲得0．42元的國家補貼，補貼20年。另外，各地方也有相應的補貼政策，例如北京補貼0．3元／度，補貼3年；上海補貼0．4元／度，補貼5年。

在農村屋頂建設小型分布式光伏電站，能夠充分利用建筑屋頂的閑置土地資源，實現可再生能源的利用。農村屋頂分布式光伏電站不僅能起到一個隔熱降溫，美觀的效果，還能夠創造綠色收益，實現綠色環保。

1 分布式光伏發電收益計算

分布式光伏發電上網方式主要有“自發自用，余量上網”和“全額上網”兩種［9－10］。對于這兩種上網方式，其收益計算為：

（1）自發自用，余量上網

用戶自己發電自己用電，用不完的電并入電網，收益＝（自用電量×用戶當前電價）＋（上網電量×余電上網電價0．324元／度）＋（全部發電量×補貼電價0．42元／度）。

（2）全額上網

用戶所發的全部電量并入電網，用戶需要用電時從電網取電，收益＝全部發電量×全額上網電價（全額上網執行光伏發電標桿上網電價）。

全國按太陽能資源不同劃分為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三類區域，全額上網電價按區域各不同。青海除海西外其他區域均為Ⅱ類地區。

2 光伏電站系統設計

2.1 支架結構

陣列支架采用U型鋼支架。由于屋頂最上層鋪設了黏土瓦，為了不破壞屋頂瓦片和防水，本文采用槽鋼作為支架的地梁。圖1為槽鋼和支架安裝方式。

圖1 槽鋼和支架安裝方式

2.2 系統設計

系統主要由太陽電池組件、光伏并網逆變器、電纜等組成。系統設計如圖2所示。

圖2 農村屋頂10 kWp分布式光伏電站系統設計

本文采用全額上網模式，采用單電源、單回路、T接方式接入電壓等級0．38 kV的電網系統。

2.3 數據監測和采集

采用逆變器自身的數據采集器收集系統的運行數據，系統運行數據的傳輸和電站遠程實時監控由逆變器自帶的Shine GPRS監控模塊實現，通過Shine Phone APP手機客戶端或登錄光伏電站監控云平臺，用戶可以隨時檢查光伏電站的正確運行狀態，隨時查看當前功率、當日發電量、總發電量等數據。

3 案例分析

在青海省實施10 kWp農村屋頂分布式光伏電站系統設計應用。實施地點位于青海省東部，經緯度為36．52°N，102．34°E，屬我國太陽能資源二類區域，采用NASA美國太空總署氣象數據庫對當地的太陽能資源進行分析。該地區水平面的太陽輻射量如表1所示。

表1 青海省東部地區22年月平均水平面太陽輻射量統計表

經過計算，22年平均水平面年總太陽輻射量為1 642．56 kWh／m2，該地區太陽能資源較豐富，十分適合太陽能的開發利用。

建筑物屋頂約208 m2，建筑物東西向長26 m，南北向寬8 m，屋頂在混凝土封頂結構之上，加蓋黏土瓦片形成人字形坡屋面。屋頂南面平整，無任何突出建筑物，房屋周圍無陰影遮擋，非常適合安裝分布式光伏系統。

采用最佳傾角的安裝方式安裝太陽電池組件。項目建設容量為10 kWp，選用250 W多晶硅太陽電池組件，太 陽 電 池 組 件 尺 寸 為1 650 mm×992 mm×40 mm，太陽電池組件共計40塊。光伏組件面朝南面，傾角30°角，豎向雙排安裝，圖3為電站一角。

表2所示為屋頂分布式光伏發電系統的發電情況，可以看出電站2017年12月份發電量最低，2018年5月份發電量最高，光伏系統月平均發電量達到1 224．8 kWh；年發電利用小時數達到1 469．8 h。

圖3 光伏發電系統一角

表2 系統發電情況統計表

數據統計結果表明，系統年發電量達到了14 697．8 kWh，按當年光伏發電標桿上網電價計算，電站1年的收入達到了12 934萬元，按當時系統投資計算，項目年投資收益率達到了17．2%；電站運行1年內未出現過故障，實現了安全、穩定運行。

4 結 論

我國經濟社會迅速發展，能源消耗需求越來越大，充分利用農戶屋頂建設小型分布式太陽能光伏發電站有助于優化和完善能源結構，推動節能減排，減少環境污染。農村屋頂面積大，利用農村屋頂建設小型分布式光伏發電站，可以充分利用太陽能發電，使電能更加清潔環保。利用農戶屋頂建設小型分布式太陽能光伏發電站具有多重效益和功能，值得在全國范圍內推廣。