摘 要：文章通過(guò)高校校園中建設(shè)光伏發(fā)電系統(tǒng)的分析，包括并網(wǎng)光伏系統(tǒng)建設(shè)的大致的步驟、總體的設(shè)計(jì)分析、太陽(yáng)能資源以及節(jié)能降耗分析，得出在高校校園中建設(shè)光伏系統(tǒng)的意義，促進(jìn)大學(xué)校園關(guān)注可再生能源利用。

關(guān)鍵詞：校園；太陽(yáng)能；光伏

引言

能源與環(huán)境問(wèn)題已經(jīng)成為可持續(xù)發(fā)展面臨的主要問(wèn)題，一直受國(guó)際社會(huì)的廣泛關(guān)注。太陽(yáng)能作為一種重要的可再生能源，具有清潔、無(wú)污染、安全、儲(chǔ)量豐富的特點(diǎn)，傳統(tǒng)的火力發(fā)電會(huì)帶來(lái)粉塵、二氧化硫、氮氧化物、粉煤灰等污染，太陽(yáng)能光伏發(fā)電對(duì)節(jié)能減排，響應(yīng)國(guó)家可再生能源發(fā)展計(jì)劃具有重要的意義。文章就大學(xué)校園中5MW金太陽(yáng)示范工程項(xiàng)目為例，闡述在大學(xué)校園建設(shè)光伏系統(tǒng)的可能性及帶來(lái)的效益，同時(shí)促進(jìn)大學(xué)校園關(guān)注能源利用、節(jié)能環(huán)保，促進(jìn)節(jié)約環(huán)保型社會(huì)形成[1]。

1 太陽(yáng)能并網(wǎng)光伏發(fā)電原理及組成

太陽(yáng)能光伏發(fā)電是太陽(yáng)能利用的一種重要形式，是采用太陽(yáng)電池將光能轉(zhuǎn)換為電能的發(fā)電方式。太陽(yáng)電池基本構(gòu)造是由半導(dǎo)體的P-N結(jié)組成，其基本原理為半導(dǎo)體的光生伏特效應(yīng)，目前使用較多的是硅太陽(yáng)電池，包括單晶硅電池、多晶硅電池、非晶硅電池和微晶硅電池等[2]。

光伏發(fā)電系統(tǒng)根據(jù)光伏逆變器輸出是否連接電網(wǎng)可以分為離網(wǎng)型光伏發(fā)電系統(tǒng)（又稱為獨(dú)立型光伏發(fā)電系統(tǒng)）和并網(wǎng)型光伏發(fā)電系統(tǒng)兩大類。

太陽(yáng)能并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)主要是由太陽(yáng)能電池（光伏陣列）、并網(wǎng)逆變器以及配電系統(tǒng)（包括保護(hù)、計(jì)量和并網(wǎng)設(shè)施等）組成），與獨(dú)立光伏系統(tǒng)不同的是，并網(wǎng)光伏系統(tǒng)可以直接將發(fā)出的電送入電網(wǎng)中，無(wú)需蓄電池用于儲(chǔ)存電能，這樣既提高了總體效率，又減少了成本。太陽(yáng)電池組件產(chǎn)生的直流電經(jīng)過(guò)并網(wǎng)逆變器轉(zhuǎn)換成符合市電電網(wǎng)要求的交流電之后直接接入公共電網(wǎng)，并網(wǎng)系統(tǒng)中光伏方陣所產(chǎn)生電力除了供給交流負(fù)載外，多余的電力反饋給電網(wǎng)[3]。

2 5MW金太陽(yáng)示范工程的分析

2.1 并網(wǎng)光伏系統(tǒng)設(shè)計(jì)的大致步驟

（1）獲得基本數(shù)據(jù)。（2）現(xiàn)場(chǎng)勘查。（3）選擇合適的并網(wǎng)逆變器。

項(xiàng)目選用8臺(tái)容量為630kW的并網(wǎng)逆變器，最大功率跟蹤工作電壓范圍為450Vdc～820Vdc，最佳直流工作電壓點(diǎn)在550Vdc～600Vdc左右。（4）確定光伏系統(tǒng)并網(wǎng)方式。（5）確定太陽(yáng)電池組件的串、并聯(lián)數(shù)目。項(xiàng)目中太陽(yáng)能光伏組件串聯(lián)的組件數(shù)量Ns=550～600/31.2≈18或20（塊），考慮到整體電池方陣的排列，取太陽(yáng)能電池組件20塊串聯(lián)，單臺(tái)630K逆變器需要配置太陽(yáng)能電池組件并聯(lián)的最大數(shù)量Np=630000/5000=126列，綜合實(shí)際所用組件數(shù)量，太陽(yáng)能電池組件并聯(lián)的列數(shù)取125列。整個(gè)太陽(yáng)能電池方陣設(shè)計(jì)為125串8并，共計(jì)20000塊太陽(yáng)能電池組件。（6）太陽(yáng)電池方陣最佳傾角的計(jì)算。在項(xiàng)目中，根據(jù)數(shù)據(jù)分析，光伏組件傾角為34°時(shí)，傾斜面上所接受的太陽(yáng)輻射量最大，相應(yīng)的年發(fā)電量也就最多。（7）進(jìn)行工程現(xiàn)場(chǎng)總體設(shè)計(jì)，確定仿真布局。（8）確定輔助設(shè)備的配置及型號(hào)。（9）估算光伏電站的發(fā)電量，評(píng)估其發(fā)電成本、經(jīng)濟(jì)及社會(huì)效益[4]。

2.2 光伏系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)分析

項(xiàng)目主要由太陽(yáng)能電池組件、直流控制柜、并網(wǎng)逆變器、低壓交流控制柜、監(jiān)控顯示、電站優(yōu)化管理等重要部分組成（見(jiàn)圖2）。太陽(yáng)能電池組件規(guī)模為5MWp，選用CNPV-250PB高效多晶硅電池組件。電池組件經(jīng)過(guò)串、并聯(lián)方式連接，接入8臺(tái)ASP-630K型并網(wǎng)逆變器。太陽(yáng)能電池組件分布在學(xué)院的辦公樓、教學(xué)樓以及學(xué)生宿舍的屋面上。采用一回10kV線路將分布式光伏接入學(xué)校10kV配電室。發(fā)電系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)主要采集直流側(cè)電壓、電流、電網(wǎng)各相電壓、電流、每日發(fā)電量、總發(fā)電量等，以及氣象數(shù)據(jù)采集包括輻照度、風(fēng)速、風(fēng)向、環(huán)境溫度、組件溫度等有關(guān)數(shù)據(jù)。

電氣設(shè)計(jì)方面包括電氣一次設(shè)計(jì)和電氣二次設(shè)計(jì)。電氣一次設(shè)計(jì)包括系統(tǒng)光伏組件的安裝、系統(tǒng)光伏組件排列、方陣接線盒的設(shè)計(jì)、直流控制柜以及低壓交流控制柜的設(shè)置、系統(tǒng)防雷接地設(shè)計(jì)、線纜選擇設(shè)計(jì)和系統(tǒng)接入用戶端的設(shè)計(jì)。電氣二次設(shè)計(jì)主要是數(shù)據(jù)的采集顯示以及系統(tǒng)在保證電網(wǎng)質(zhì)量和安全方面的措施。

2.3 太陽(yáng)能資源分析

我國(guó)是世界上太陽(yáng)能資源最豐富的地區(qū)之一，根據(jù)日照時(shí)數(shù)和年輻射總量，可以將我國(guó)大致分為五個(gè)區(qū)域（見(jiàn)表1）。

施工校園所在的山東屬于第Ⅲ類地區(qū)之列，是太陽(yáng)能資源較為豐富的地區(qū)，山東省的魯中、魯北及膠東半島、魯東南沿海等大部分地區(qū)都有較好的太陽(yáng)資源，十分有利于清潔能源的開發(fā)。

2.4 節(jié)能降耗分析

太陽(yáng)能光伏并網(wǎng)發(fā)電電站的生產(chǎn)過(guò)程是將當(dāng)?shù)氐奶?yáng)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿倪^(guò)程。在整個(gè)流程中，不需要消耗其他常規(guī)能源，不產(chǎn)生大氣、液體、固體廢棄物等方面的污染物，也不會(huì)產(chǎn)生大的噪聲污染。

根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)：每節(jié)約1度（千瓦時(shí)）電，就相應(yīng)節(jié)約了0.326千克標(biāo)準(zhǔn)煤，同時(shí)減少污染排放0.072千克灰渣、0.72千克二氧化碳（CO2）、0.007千克二氧化硫（SO2）、0.015千克氮氧化物（NOX），表2為發(fā)電節(jié)能預(yù)測(cè)表。

3 校園建設(shè)光伏發(fā)電站的意義

選擇在大學(xué)校園中建設(shè)光伏電站有幾大優(yōu)點(diǎn)：

（1）建設(shè)光伏發(fā)電站所占據(jù)的空間主要是在光伏組件的排放上，使用BAPV方式，光伏組件在校園中教學(xué)樓、宿舍等建筑物樓頂來(lái)進(jìn)行鋪設(shè)就能達(dá)到要求，無(wú)需占用更多的地面面積。（2）光伏發(fā)電系統(tǒng)以其可靠性高、使用壽命長(zhǎng)、不污染環(huán)境、能獨(dú)立發(fā)電又能并網(wǎng)的優(yōu)點(diǎn)能長(zhǎng)時(shí)間保障校園的安全供電，緩解校園供電壓力，減少環(huán)境污染。（3）在校園中建設(shè)光伏系統(tǒng)更能引起社會(huì)和高校中關(guān)于光伏和新能源利用的學(xué)術(shù)研究的興趣，促進(jìn)相關(guān)科技的進(jìn)步。（4）“金太陽(yáng)示范工程”是我們國(guó)家從2009年開始實(shí)施的支持國(guó)內(nèi)促進(jìn)光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)技術(shù)進(jìn)步和規(guī)?；l(fā)展，培育戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)的政策，校園光伏的建設(shè)不僅得到了國(guó)家的補(bǔ)助與支持，更促進(jìn)了我國(guó)光伏產(chǎn)業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展。（5）光伏系統(tǒng)一旦安裝，就能在至少25年內(nèi)穩(wěn)定可靠地以固定的價(jià)格供電，不存在燃料短缺、運(yùn)輸緊張等問(wèn)題，也不會(huì)像常規(guī)的電廠那樣受到國(guó)際市場(chǎng)上燃料價(jià)格波動(dòng)的影響。

4 結(jié)束語(yǔ)

太陽(yáng)能光伏發(fā)電作為一種完全清潔的能源，政府和實(shí)業(yè)界若能像重視核能那樣來(lái)重視太陽(yáng)能光伏發(fā)電，則完全有希望在不久的將來(lái)在中國(guó)逐步實(shí)現(xiàn)“到處陽(yáng)光到處電”的美好理想[5]。隨著社會(huì)的發(fā)展和技術(shù)的進(jìn)步，光伏發(fā)電的規(guī)模將不斷擴(kuò)大，成本也會(huì)逐步降低，校園建設(shè)光伏系統(tǒng)也會(huì)越來(lái)越多，無(wú)疑將會(huì)再未來(lái)能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)和環(huán)保上起到重要的作用。

參考文獻(xiàn)

[1]張興，曹仁賢，等.太陽(yáng)能光伏發(fā)電及其逆變控制（第一版）[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2013：1-2.

[2]鳳江濤.光伏示范校園中的關(guān)鍵問(wèn)題研究[D].北方工業(yè)大學(xué)，2012：8-9

[3]王秀文，鄒振興.BIPV太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)的研究及應(yīng)用[J].科技視界，2012，8（22）：296-297.

[4]楊金煥.太陽(yáng)能光伏發(fā)電應(yīng)用技術(shù)（第二版）[M].北京：電子工業(yè)出版社，2013.188-190.

[5]崔容強(qiáng)，黃燕，孫鐵囤.中國(guó)太陽(yáng)能光伏發(fā)電面臨的困難與前景[J].能源工程，1995，5：2-3.

作者簡(jiǎn)介：陳博（1989-），男，漢族，籍貫：山東省濟(jì)寧市，齊魯工業(yè)大學(xué)在讀碩士研究生，研究方向?yàn)橄冗M(jìn)控制技術(shù)與系統(tǒng)。endprint

摘 要：文章通過(guò)高校校園中建設(shè)光伏發(fā)電系統(tǒng)的分析，包括并網(wǎng)光伏系統(tǒng)建設(shè)的大致的步驟、總體的設(shè)計(jì)分析、太陽(yáng)能資源以及節(jié)能降耗分析，得出在高校校園中建設(shè)光伏系統(tǒng)的意義，促進(jìn)大學(xué)校園關(guān)注可再生能源利用。

關(guān)鍵詞：校園；太陽(yáng)能；光伏

引言

能源與環(huán)境問(wèn)題已經(jīng)成為可持續(xù)發(fā)展面臨的主要問(wèn)題，一直受國(guó)際社會(huì)的廣泛關(guān)注。太陽(yáng)能作為一種重要的可再生能源，具有清潔、無(wú)污染、安全、儲(chǔ)量豐富的特點(diǎn)，傳統(tǒng)的火力發(fā)電會(huì)帶來(lái)粉塵、二氧化硫、氮氧化物、粉煤灰等污染，太陽(yáng)能光伏發(fā)電對(duì)節(jié)能減排，響應(yīng)國(guó)家可再生能源發(fā)展計(jì)劃具有重要的意義。文章就大學(xué)校園中5MW金太陽(yáng)示范工程項(xiàng)目為例，闡述在大學(xué)校園建設(shè)光伏系統(tǒng)的可能性及帶來(lái)的效益，同時(shí)促進(jìn)大學(xué)校園關(guān)注能源利用、節(jié)能環(huán)保，促進(jìn)節(jié)約環(huán)保型社會(huì)形成[1]。

1 太陽(yáng)能并網(wǎng)光伏發(fā)電原理及組成

太陽(yáng)能光伏發(fā)電是太陽(yáng)能利用的一種重要形式，是采用太陽(yáng)電池將光能轉(zhuǎn)換為電能的發(fā)電方式。太陽(yáng)電池基本構(gòu)造是由半導(dǎo)體的P-N結(jié)組成，其基本原理為半導(dǎo)體的光生伏特效應(yīng)，目前使用較多的是硅太陽(yáng)電池，包括單晶硅電池、多晶硅電池、非晶硅電池和微晶硅電池等[2]。

光伏發(fā)電系統(tǒng)根據(jù)光伏逆變器輸出是否連接電網(wǎng)可以分為離網(wǎng)型光伏發(fā)電系統(tǒng)（又稱為獨(dú)立型光伏發(fā)電系統(tǒng)）和并網(wǎng)型光伏發(fā)電系統(tǒng)兩大類。

太陽(yáng)能并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)主要是由太陽(yáng)能電池（光伏陣列）、并網(wǎng)逆變器以及配電系統(tǒng)（包括保護(hù)、計(jì)量和并網(wǎng)設(shè)施等）組成），與獨(dú)立光伏系統(tǒng)不同的是，并網(wǎng)光伏系統(tǒng)可以直接將發(fā)出的電送入電網(wǎng)中，無(wú)需蓄電池用于儲(chǔ)存電能，這樣既提高了總體效率，又減少了成本。太陽(yáng)電池組件產(chǎn)生的直流電經(jīng)過(guò)并網(wǎng)逆變器轉(zhuǎn)換成符合市電電網(wǎng)要求的交流電之后直接接入公共電網(wǎng)，并網(wǎng)系統(tǒng)中光伏方陣所產(chǎn)生電力除了供給交流負(fù)載外，多余的電力反饋給電網(wǎng)[3]。

2 5MW金太陽(yáng)示范工程的分析

2.1 并網(wǎng)光伏系統(tǒng)設(shè)計(jì)的大致步驟

（1）獲得基本數(shù)據(jù)。（2）現(xiàn)場(chǎng)勘查。（3）選擇合適的并網(wǎng)逆變器。

項(xiàng)目選用8臺(tái)容量為630kW的并網(wǎng)逆變器，最大功率跟蹤工作電壓范圍為450Vdc～820Vdc，最佳直流工作電壓點(diǎn)在550Vdc～600Vdc左右。（4）確定光伏系統(tǒng)并網(wǎng)方式。（5）確定太陽(yáng)電池組件的串、并聯(lián)數(shù)目。項(xiàng)目中太陽(yáng)能光伏組件串聯(lián)的組件數(shù)量Ns=550～600/31.2≈18或20（塊），考慮到整體電池方陣的排列，取太陽(yáng)能電池組件20塊串聯(lián)，單臺(tái)630K逆變器需要配置太陽(yáng)能電池組件并聯(lián)的最大數(shù)量Np=630000/5000=126列，綜合實(shí)際所用組件數(shù)量，太陽(yáng)能電池組件并聯(lián)的列數(shù)取125列。整個(gè)太陽(yáng)能電池方陣設(shè)計(jì)為125串8并，共計(jì)20000塊太陽(yáng)能電池組件。（6）太陽(yáng)電池方陣最佳傾角的計(jì)算。在項(xiàng)目中，根據(jù)數(shù)據(jù)分析，光伏組件傾角為34°時(shí)，傾斜面上所接受的太陽(yáng)輻射量最大，相應(yīng)的年發(fā)電量也就最多。（7）進(jìn)行工程現(xiàn)場(chǎng)總體設(shè)計(jì)，確定仿真布局。（8）確定輔助設(shè)備的配置及型號(hào)。（9）估算光伏電站的發(fā)電量，評(píng)估其發(fā)電成本、經(jīng)濟(jì)及社會(huì)效益[4]。

2.2 光伏系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)分析

項(xiàng)目主要由太陽(yáng)能電池組件、直流控制柜、并網(wǎng)逆變器、低壓交流控制柜、監(jiān)控顯示、電站優(yōu)化管理等重要部分組成（見(jiàn)圖2）。太陽(yáng)能電池組件規(guī)模為5MWp，選用CNPV-250PB高效多晶硅電池組件。電池組件經(jīng)過(guò)串、并聯(lián)方式連接，接入8臺(tái)ASP-630K型并網(wǎng)逆變器。太陽(yáng)能電池組件分布在學(xué)院的辦公樓、教學(xué)樓以及學(xué)生宿舍的屋面上。采用一回10kV線路將分布式光伏接入學(xué)校10kV配電室。發(fā)電系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)主要采集直流側(cè)電壓、電流、電網(wǎng)各相電壓、電流、每日發(fā)電量、總發(fā)電量等，以及氣象數(shù)據(jù)采集包括輻照度、風(fēng)速、風(fēng)向、環(huán)境溫度、組件溫度等有關(guān)數(shù)據(jù)。

電氣設(shè)計(jì)方面包括電氣一次設(shè)計(jì)和電氣二次設(shè)計(jì)。電氣一次設(shè)計(jì)包括系統(tǒng)光伏組件的安裝、系統(tǒng)光伏組件排列、方陣接線盒的設(shè)計(jì)、直流控制柜以及低壓交流控制柜的設(shè)置、系統(tǒng)防雷接地設(shè)計(jì)、線纜選擇設(shè)計(jì)和系統(tǒng)接入用戶端的設(shè)計(jì)。電氣二次設(shè)計(jì)主要是數(shù)據(jù)的采集顯示以及系統(tǒng)在保證電網(wǎng)質(zhì)量和安全方面的措施。

2.3 太陽(yáng)能資源分析

我國(guó)是世界上太陽(yáng)能資源最豐富的地區(qū)之一，根據(jù)日照時(shí)數(shù)和年輻射總量，可以將我國(guó)大致分為五個(gè)區(qū)域（見(jiàn)表1）。

施工校園所在的山東屬于第Ⅲ類地區(qū)之列，是太陽(yáng)能資源較為豐富的地區(qū)，山東省的魯中、魯北及膠東半島、魯東南沿海等大部分地區(qū)都有較好的太陽(yáng)資源，十分有利于清潔能源的開發(fā)。

2.4 節(jié)能降耗分析

太陽(yáng)能光伏并網(wǎng)發(fā)電電站的生產(chǎn)過(guò)程是將當(dāng)?shù)氐奶?yáng)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿倪^(guò)程。在整個(gè)流程中，不需要消耗其他常規(guī)能源，不產(chǎn)生大氣、液體、固體廢棄物等方面的污染物，也不會(huì)產(chǎn)生大的噪聲污染。

根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)：每節(jié)約1度（千瓦時(shí)）電，就相應(yīng)節(jié)約了0.326千克標(biāo)準(zhǔn)煤，同時(shí)減少污染排放0.072千克灰渣、0.72千克二氧化碳（CO2）、0.007千克二氧化硫（SO2）、0.015千克氮氧化物（NOX），表2為發(fā)電節(jié)能預(yù)測(cè)表。

3 校園建設(shè)光伏發(fā)電站的意義

選擇在大學(xué)校園中建設(shè)光伏電站有幾大優(yōu)點(diǎn)：

（1）建設(shè)光伏發(fā)電站所占據(jù)的空間主要是在光伏組件的排放上，使用BAPV方式，光伏組件在校園中教學(xué)樓、宿舍等建筑物樓頂來(lái)進(jìn)行鋪設(shè)就能達(dá)到要求，無(wú)需占用更多的地面面積。（2）光伏發(fā)電系統(tǒng)以其可靠性高、使用壽命長(zhǎng)、不污染環(huán)境、能獨(dú)立發(fā)電又能并網(wǎng)的優(yōu)點(diǎn)能長(zhǎng)時(shí)間保障校園的安全供電，緩解校園供電壓力，減少環(huán)境污染。（3）在校園中建設(shè)光伏系統(tǒng)更能引起社會(huì)和高校中關(guān)于光伏和新能源利用的學(xué)術(shù)研究的興趣，促進(jìn)相關(guān)科技的進(jìn)步。（4）“金太陽(yáng)示范工程”是我們國(guó)家從2009年開始實(shí)施的支持國(guó)內(nèi)促進(jìn)光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)技術(shù)進(jìn)步和規(guī)?；l(fā)展，培育戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)的政策，校園光伏的建設(shè)不僅得到了國(guó)家的補(bǔ)助與支持，更促進(jìn)了我國(guó)光伏產(chǎn)業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展。（5）光伏系統(tǒng)一旦安裝，就能在至少25年內(nèi)穩(wěn)定可靠地以固定的價(jià)格供電，不存在燃料短缺、運(yùn)輸緊張等問(wèn)題，也不會(huì)像常規(guī)的電廠那樣受到國(guó)際市場(chǎng)上燃料價(jià)格波動(dòng)的影響。

4 結(jié)束語(yǔ)

太陽(yáng)能光伏發(fā)電作為一種完全清潔的能源，政府和實(shí)業(yè)界若能像重視核能那樣來(lái)重視太陽(yáng)能光伏發(fā)電，則完全有希望在不久的將來(lái)在中國(guó)逐步實(shí)現(xiàn)“到處陽(yáng)光到處電”的美好理想[5]。隨著社會(huì)的發(fā)展和技術(shù)的進(jìn)步，光伏發(fā)電的規(guī)模將不斷擴(kuò)大，成本也會(huì)逐步降低，校園建設(shè)光伏系統(tǒng)也會(huì)越來(lái)越多，無(wú)疑將會(huì)再未來(lái)能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)和環(huán)保上起到重要的作用。

參考文獻(xiàn)

[1]張興，曹仁賢，等.太陽(yáng)能光伏發(fā)電及其逆變控制（第一版）[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2013：1-2.

[2]鳳江濤.光伏示范校園中的關(guān)鍵問(wèn)題研究[D].北方工業(yè)大學(xué)，2012：8-9

[3]王秀文，鄒振興.BIPV太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)的研究及應(yīng)用[J].科技視界，2012，8（22）：296-297.

[4]楊金煥.太陽(yáng)能光伏發(fā)電應(yīng)用技術(shù)（第二版）[M].北京：電子工業(yè)出版社，2013.188-190.

[5]崔容強(qiáng)，黃燕，孫鐵囤.中國(guó)太陽(yáng)能光伏發(fā)電面臨的困難與前景[J].能源工程，1995，5：2-3.

作者簡(jiǎn)介：陳博（1989-），男，漢族，籍貫：山東省濟(jì)寧市，齊魯工業(yè)大學(xué)在讀碩士研究生，研究方向?yàn)橄冗M(jìn)控制技術(shù)與系統(tǒng)。endprint

摘 要：文章通過(guò)高校校園中建設(shè)光伏發(fā)電系統(tǒng)的分析，包括并網(wǎng)光伏系統(tǒng)建設(shè)的大致的步驟、總體的設(shè)計(jì)分析、太陽(yáng)能資源以及節(jié)能降耗分析，得出在高校校園中建設(shè)光伏系統(tǒng)的意義，促進(jìn)大學(xué)校園關(guān)注可再生能源利用。

關(guān)鍵詞：校園；太陽(yáng)能；光伏

引言

能源與環(huán)境問(wèn)題已經(jīng)成為可持續(xù)發(fā)展面臨的主要問(wèn)題，一直受國(guó)際社會(huì)的廣泛關(guān)注。太陽(yáng)能作為一種重要的可再生能源，具有清潔、無(wú)污染、安全、儲(chǔ)量豐富的特點(diǎn)，傳統(tǒng)的火力發(fā)電會(huì)帶來(lái)粉塵、二氧化硫、氮氧化物、粉煤灰等污染，太陽(yáng)能光伏發(fā)電對(duì)節(jié)能減排，響應(yīng)國(guó)家可再生能源發(fā)展計(jì)劃具有重要的意義。文章就大學(xué)校園中5MW金太陽(yáng)示范工程項(xiàng)目為例，闡述在大學(xué)校園建設(shè)光伏系統(tǒng)的可能性及帶來(lái)的效益，同時(shí)促進(jìn)大學(xué)校園關(guān)注能源利用、節(jié)能環(huán)保，促進(jìn)節(jié)約環(huán)保型社會(huì)形成[1]。

1 太陽(yáng)能并網(wǎng)光伏發(fā)電原理及組成

太陽(yáng)能光伏發(fā)電是太陽(yáng)能利用的一種重要形式，是采用太陽(yáng)電池將光能轉(zhuǎn)換為電能的發(fā)電方式。太陽(yáng)電池基本構(gòu)造是由半導(dǎo)體的P-N結(jié)組成，其基本原理為半導(dǎo)體的光生伏特效應(yīng)，目前使用較多的是硅太陽(yáng)電池，包括單晶硅電池、多晶硅電池、非晶硅電池和微晶硅電池等[2]。

光伏發(fā)電系統(tǒng)根據(jù)光伏逆變器輸出是否連接電網(wǎng)可以分為離網(wǎng)型光伏發(fā)電系統(tǒng)（又稱為獨(dú)立型光伏發(fā)電系統(tǒng)）和并網(wǎng)型光伏發(fā)電系統(tǒng)兩大類。

太陽(yáng)能并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)主要是由太陽(yáng)能電池（光伏陣列）、并網(wǎng)逆變器以及配電系統(tǒng)（包括保護(hù)、計(jì)量和并網(wǎng)設(shè)施等）組成），與獨(dú)立光伏系統(tǒng)不同的是，并網(wǎng)光伏系統(tǒng)可以直接將發(fā)出的電送入電網(wǎng)中，無(wú)需蓄電池用于儲(chǔ)存電能，這樣既提高了總體效率，又減少了成本。太陽(yáng)電池組件產(chǎn)生的直流電經(jīng)過(guò)并網(wǎng)逆變器轉(zhuǎn)換成符合市電電網(wǎng)要求的交流電之后直接接入公共電網(wǎng)，并網(wǎng)系統(tǒng)中光伏方陣所產(chǎn)生電力除了供給交流負(fù)載外，多余的電力反饋給電網(wǎng)[3]。

2 5MW金太陽(yáng)示范工程的分析

2.1 并網(wǎng)光伏系統(tǒng)設(shè)計(jì)的大致步驟

（1）獲得基本數(shù)據(jù)。（2）現(xiàn)場(chǎng)勘查。（3）選擇合適的并網(wǎng)逆變器。

項(xiàng)目選用8臺(tái)容量為630kW的并網(wǎng)逆變器，最大功率跟蹤工作電壓范圍為450Vdc～820Vdc，最佳直流工作電壓點(diǎn)在550Vdc～600Vdc左右。（4）確定光伏系統(tǒng)并網(wǎng)方式。（5）確定太陽(yáng)電池組件的串、并聯(lián)數(shù)目。項(xiàng)目中太陽(yáng)能光伏組件串聯(lián)的組件數(shù)量Ns=550～600/31.2≈18或20（塊），考慮到整體電池方陣的排列，取太陽(yáng)能電池組件20塊串聯(lián)，單臺(tái)630K逆變器需要配置太陽(yáng)能電池組件并聯(lián)的最大數(shù)量Np=630000/5000=126列，綜合實(shí)際所用組件數(shù)量，太陽(yáng)能電池組件并聯(lián)的列數(shù)取125列。整個(gè)太陽(yáng)能電池方陣設(shè)計(jì)為125串8并，共計(jì)20000塊太陽(yáng)能電池組件。（6）太陽(yáng)電池方陣最佳傾角的計(jì)算。在項(xiàng)目中，根據(jù)數(shù)據(jù)分析，光伏組件傾角為34°時(shí)，傾斜面上所接受的太陽(yáng)輻射量最大，相應(yīng)的年發(fā)電量也就最多。（7）進(jìn)行工程現(xiàn)場(chǎng)總體設(shè)計(jì)，確定仿真布局。（8）確定輔助設(shè)備的配置及型號(hào)。（9）估算光伏電站的發(fā)電量，評(píng)估其發(fā)電成本、經(jīng)濟(jì)及社會(huì)效益[4]。

2.2 光伏系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)分析

項(xiàng)目主要由太陽(yáng)能電池組件、直流控制柜、并網(wǎng)逆變器、低壓交流控制柜、監(jiān)控顯示、電站優(yōu)化管理等重要部分組成（見(jiàn)圖2）。太陽(yáng)能電池組件規(guī)模為5MWp，選用CNPV-250PB高效多晶硅電池組件。電池組件經(jīng)過(guò)串、并聯(lián)方式連接，接入8臺(tái)ASP-630K型并網(wǎng)逆變器。太陽(yáng)能電池組件分布在學(xué)院的辦公樓、教學(xué)樓以及學(xué)生宿舍的屋面上。采用一回10kV線路將分布式光伏接入學(xué)校10kV配電室。發(fā)電系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)主要采集直流側(cè)電壓、電流、電網(wǎng)各相電壓、電流、每日發(fā)電量、總發(fā)電量等，以及氣象數(shù)據(jù)采集包括輻照度、風(fēng)速、風(fēng)向、環(huán)境溫度、組件溫度等有關(guān)數(shù)據(jù)。

電氣設(shè)計(jì)方面包括電氣一次設(shè)計(jì)和電氣二次設(shè)計(jì)。電氣一次設(shè)計(jì)包括系統(tǒng)光伏組件的安裝、系統(tǒng)光伏組件排列、方陣接線盒的設(shè)計(jì)、直流控制柜以及低壓交流控制柜的設(shè)置、系統(tǒng)防雷接地設(shè)計(jì)、線纜選擇設(shè)計(jì)和系統(tǒng)接入用戶端的設(shè)計(jì)。電氣二次設(shè)計(jì)主要是數(shù)據(jù)的采集顯示以及系統(tǒng)在保證電網(wǎng)質(zhì)量和安全方面的措施。

2.3 太陽(yáng)能資源分析

我國(guó)是世界上太陽(yáng)能資源最豐富的地區(qū)之一，根據(jù)日照時(shí)數(shù)和年輻射總量，可以將我國(guó)大致分為五個(gè)區(qū)域（見(jiàn)表1）。

施工校園所在的山東屬于第Ⅲ類地區(qū)之列，是太陽(yáng)能資源較為豐富的地區(qū)，山東省的魯中、魯北及膠東半島、魯東南沿海等大部分地區(qū)都有較好的太陽(yáng)資源，十分有利于清潔能源的開發(fā)。

2.4 節(jié)能降耗分析

太陽(yáng)能光伏并網(wǎng)發(fā)電電站的生產(chǎn)過(guò)程是將當(dāng)?shù)氐奶?yáng)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿倪^(guò)程。在整個(gè)流程中，不需要消耗其他常規(guī)能源，不產(chǎn)生大氣、液體、固體廢棄物等方面的污染物，也不會(huì)產(chǎn)生大的噪聲污染。

根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)：每節(jié)約1度（千瓦時(shí)）電，就相應(yīng)節(jié)約了0.326千克標(biāo)準(zhǔn)煤，同時(shí)減少污染排放0.072千克灰渣、0.72千克二氧化碳（CO2）、0.007千克二氧化硫（SO2）、0.015千克氮氧化物（NOX），表2為發(fā)電節(jié)能預(yù)測(cè)表。

3 校園建設(shè)光伏發(fā)電站的意義

選擇在大學(xué)校園中建設(shè)光伏電站有幾大優(yōu)點(diǎn)：

（1）建設(shè)光伏發(fā)電站所占據(jù)的空間主要是在光伏組件的排放上，使用BAPV方式，光伏組件在校園中教學(xué)樓、宿舍等建筑物樓頂來(lái)進(jìn)行鋪設(shè)就能達(dá)到要求，無(wú)需占用更多的地面面積。（2）光伏發(fā)電系統(tǒng)以其可靠性高、使用壽命長(zhǎng)、不污染環(huán)境、能獨(dú)立發(fā)電又能并網(wǎng)的優(yōu)點(diǎn)能長(zhǎng)時(shí)間保障校園的安全供電，緩解校園供電壓力，減少環(huán)境污染。（3）在校園中建設(shè)光伏系統(tǒng)更能引起社會(huì)和高校中關(guān)于光伏和新能源利用的學(xué)術(shù)研究的興趣，促進(jìn)相關(guān)科技的進(jìn)步。（4）“金太陽(yáng)示范工程”是我們國(guó)家從2009年開始實(shí)施的支持國(guó)內(nèi)促進(jìn)光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)技術(shù)進(jìn)步和規(guī)模化發(fā)展，培育戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)的政策，校園光伏的建設(shè)不僅得到了國(guó)家的補(bǔ)助與支持，更促進(jìn)了我國(guó)光伏產(chǎn)業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展。（5）光伏系統(tǒng)一旦安裝，就能在至少25年內(nèi)穩(wěn)定可靠地以固定的價(jià)格供電，不存在燃料短缺、運(yùn)輸緊張等問(wèn)題，也不會(huì)像常規(guī)的電廠那樣受到國(guó)際市場(chǎng)上燃料價(jià)格波動(dòng)的影響。

4 結(jié)束語(yǔ)

太陽(yáng)能光伏發(fā)電作為一種完全清潔的能源，政府和實(shí)業(yè)界若能像重視核能那樣來(lái)重視太陽(yáng)能光伏發(fā)電，則完全有希望在不久的將來(lái)在中國(guó)逐步實(shí)現(xiàn)“到處陽(yáng)光到處電”的美好理想[5]。隨著社會(huì)的發(fā)展和技術(shù)的進(jìn)步，光伏發(fā)電的規(guī)模將不斷擴(kuò)大，成本也會(huì)逐步降低，校園建設(shè)光伏系統(tǒng)也會(huì)越來(lái)越多，無(wú)疑將會(huì)再未來(lái)能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)和環(huán)保上起到重要的作用。

參考文獻(xiàn)

[1]張興，曹仁賢，等.太陽(yáng)能光伏發(fā)電及其逆變控制（第一版）[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2013：1-2.

[2]鳳江濤.光伏示范校園中的關(guān)鍵問(wèn)題研究[D].北方工業(yè)大學(xué)，2012：8-9

[3]王秀文，鄒振興.BIPV太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)的研究及應(yīng)用[J].科技視界，2012，8（22）：296-297.

[4]楊金煥.太陽(yáng)能光伏發(fā)電應(yīng)用技術(shù)（第二版）[M].北京：電子工業(yè)出版社，2013.188-190.

[5]崔容強(qiáng)，黃燕，孫鐵囤.中國(guó)太陽(yáng)能光伏發(fā)電面臨的困難與前景[J].能源工程，1995，5：2-3.

作者簡(jiǎn)介：陳博（1989-），男，漢族，籍貫：山東省濟(jì)寧市，齊魯工業(yè)大學(xué)在讀碩士研究生，研究方向?yàn)橄冗M(jìn)控制技術(shù)與系統(tǒng)。endprint