齊魯工業大學5MW光伏屋頂并網電站的設計

徐劍

摘 要 齊魯工業大學5MW光伏屋頂電站項目于2013年12月建成，是國內高校中迄今為止安裝容量最大的光伏屋頂并網電站。

關鍵詞 光伏發電 分布式電源 光伏建筑一體化

傳統的化石能源日益減少，所有人的目光不約而同的轉向了新能源，維持世界長遠發展。而在城市中，開發樓體建筑可利用屋頂建設光伏發電站，使之成為光伏建筑一體化，又成為光伏發電利用的新途徑。

一、齊魯工業大學5MW光伏屋頂并網電站的總體設計

齊魯工業大學校園內，共有53個單獨樓體，在校園內47個樓體安裝光伏組件，共計鋪設19608塊255Wp光伏組件，安裝容量達5000040Wp，利用校區原有的樓體屋頂面積約56000m2，全年系統發電量為550萬度，是國內高校中迄今為止安裝容量最大的光伏屋頂并網電站。

齊魯工業大學5MW光伏屋頂并網電站項目的光伏組件方陣采用固定傾角安裝方案，電力接入方案采用用戶側接入，自發自用、余電上網的模式。光伏電站所發電能主要供校區使用，多余電量輸送至電網，電能計量采用雙向計量方式，電力接入按照電網接入規范，電力運行遵守當地調度指令。

二、齊魯工業大學5MW光伏屋頂并網電站的電氣設計

由于齊魯工業大學校區面積大，樓體布局分散，不能使用集中式并網方式，而是采用分布式并網方式，根據校區樓體不同屋頂結構或安裝不同區域的光伏陣列，將結構相似或距離相近的樓體屋頂安裝的光伏陣列通過單臺逆變器集中并網發電，從而實現多臺逆變器分布式并網發電。本系統采用10kV電壓等級并網，光伏組件發電通過匯流、逆變、升壓后，直接接入校區內10kV開關站內，并入長清大學城團輕線輸電線路。根據設計要求，光伏組件安裝可分為五個大區域。

1號區域，使用630KW箱式逆變器兩臺。經過1臺箱式高效10KV雙分裂升壓變壓器接入10KV輸電線路，箱變逆變器室安置在校區2號配電室旁。

2號區域，使用500KW箱式逆變器兩臺。經過1臺箱式高效10KV雙分裂升壓變壓器接入10KV輸電線路，箱變逆變器室安置在8號配電室旁。

3號區域，使用500KW逆變器兩臺，經過1臺高效10KV雙分裂升壓變壓器接入10KV輸電線路，逆變器室安置在圖書館配電室內。

4號區域，使用500KW逆變器一臺，經過1臺10KV升壓變壓器，接入10KV輸電線路，逆變器室安置在4號教學樓配電室旁。

5號區域，使用630KW逆變器兩臺，經過1臺高效10KV升壓變壓器接入10KV輸電線路，逆變器室安置在1號配電室旁。

三、齊魯工業大學5MW光伏屋頂并網電站的結構設計

由于齊魯工業大學5MW光伏屋頂并網電站是在已有建筑樓體屋頂建設，并且樓梯屋頂上面有很多美觀造型，光伏組件的安裝既要滿足結構的完整性、安全性、最大安裝容量要求，還要不能破壞原有樓體屋頂的建筑結構，保持原有屋頂造型結構的美觀。

根據齊魯工業大學樓體屋頂的特點，將樓體屋頂分為四類。

第一類為學生宿舍公寓，屋頂結構為南北方向雙坡屋頂。此類屋頂，可將光伏組件直接鋪設到屋頂南坡面，這種屋頂也是屋頂面積利用率最高的。對于在坡屋頂中間有天臺的學生宿舍，屋頂中間天臺直接搭建與兩側坡度一樣的鋼結構支架，致使組件安裝后與兩側坡屋頂平齊。

第二類為平屋頂樓體，如行政樓、圖書館等，屋頂結構為平屋頂，無其他建筑造型。此類屋頂，可以直接在屋頂防水層面上澆鑄混凝土基礎，在基礎上面預埋U型螺栓，用來固定光伏組件支架，是較容易進行施工及安裝工作。

第三類為花架造型屋頂樓體，如公教樓、第三食堂等，屋頂建有花架造型結構。此類屋頂，可以直接在花架造型上安裝膨脹螺絲，用來固定三角連接件，在三角連接件上在安裝光伏組件支架。

第四類為帶有立柱造型屋頂樓體，如第一教學樓、第三教學樓等，屋頂南北兩側建有多個3米高立柱造型結構。在計算風荷載及負重后，屋頂需要在南北兩側立柱上使用H型鋼及角鋼搭建鋼結構平面，再在鋼結構平面上安裝檁條，安裝光伏組件。此類屋頂，是四類樓體屋頂中設計、安裝最為復雜的。

四、齊魯工業大學5MW光伏屋頂并網電站項目實施意義

光伏并網發電電站的生產過程是將當地的太陽能轉變為電能的過程，在整個流程中，不需要消耗其他常規能源，不產生大氣、液體、固體廢棄物等方面的污染物，也不會產生大的噪聲污染。齊魯工業大學5MW光伏屋頂并網電站項目所發電量相當有于全年節約了1943噸標準煤，同時減少污染排放429噸灰渣、4291噸二氧化碳（CO2）、42噸二氧化硫 （SO2）、98噸氮氧化物（NOX）。

齊魯工業大學5MW光伏屋頂并網電站監控系統接入齊魯工業大學校園節能監管系統，形成一個龐大的校園節能監管系統工程體系。利用校園節能監管系統平臺方便的深入到建筑物內各個區域，實現對能源消耗全過程、全參數在線監測；系統專用軟件可再對各種監測數據進行統計和分析，并生成各類報表和違規報警；系統還可以根據各監測點監測數據變化情況對能耗設備進行自動控制。本項目為校園能耗監測、節能運行管理和自動控制的綜合解決方案提供了強而有力的保障。

可見，齊魯工業大學5MW光伏屋頂并網電站不僅可以減少化石資源的消耗，有利于緩解環境保護壓力，實現經濟與環境的協調發展，節能和環保的雙贏，同時也成為高校中“節約型校園”的典范！

參考文獻：

[1]趙爭鳴，劉建政，孫曉英等.太陽能光伏發電及其應用[M].北京：科學出版社，2005.

[2]William B Stine， Roymond W Harrigan. “Solar EnergyFundamentals and Des ign”.1985：59- 64.

[3]沈輝.太陽能光伏發電技術[M].北京：化學工業出版社，2009.

[4]徐建中，隋軍，金紅光.分布式能源系統現狀及趨勢[J].太陽能， 2004（4）：14- 16.