孟 陳 （安徽省建筑科學(xué)研究設(shè)計院，安徽 合肥 230001）

太陽能光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的應(yīng)用實踐

孟 陳 （安徽省建筑科學(xué)研究設(shè)計院，安徽 合肥 230001）

文章介紹了太陽能光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)在安徽建筑檢測大廈中的應(yīng)用實例，分析了安徽建筑檢測大廈太陽能光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的社會效益和經(jīng)濟效益。

太陽能光伏；并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)；可再生能源；效益

安徽省建筑科學(xué)研究設(shè)計院建筑檢測大廈項目位于合肥市蜀山新產(chǎn)業(yè)園區(qū)，規(guī)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(xiāng)建設(shè)部授權(quán)機構(gòu)頒發(fā)的三星級綠色建筑設(shè)計標(biāo)識證書。

太陽能光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)是把光能轉(zhuǎn)化為直流電能，不經(jīng)過蓄電池儲能，直接通過并網(wǎng)逆變器將直流電轉(zhuǎn)換為與三相低壓交流電網(wǎng)同頻率、同相位的正弦波交流電饋入市電網(wǎng)。太陽能光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)與常規(guī)電網(wǎng)相連，共同承擔(dān)供電任務(wù)。當(dāng)有陽光時，逆變器將光伏發(fā)電系統(tǒng)所發(fā)的直流電逆變成正弦交流電，產(chǎn)生的交流電可以直接供給交流負載設(shè)備，然后將剩余的電能饋入電網(wǎng)。在沒有太陽時，負載設(shè)備用電全部由電網(wǎng)供給。

因為太陽能光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)直接將電能饋入電網(wǎng)，光伏獨立系統(tǒng)中的蓄電池完全被光伏并網(wǎng)系統(tǒng)中的電網(wǎng)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(fā)的電力，從而減小了能量的損耗，降低了系統(tǒng)成本。

太陽能光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)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(jiān)控裝置等部分構(gòu)成。

光伏組件陣列由太陽能電池組件構(gòu)成，安裝在屋頂構(gòu)架上。同時，光伏組件陣列按照合理的組串方式接入?yún)R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(jīng)過直流部分的匯流調(diào)整之后，直流輸出接入逆變器，逆變器輸出三相交流電經(jīng)過交流配電柜接入電網(wǎng)，在電網(wǎng)入口則安裝雙向電表，對發(fā)電量進行計量考核，整個系統(tǒng)安裝監(jiān)控裝置，對主要設(shè)備進行24h監(jiān)控，以便系統(tǒng)的可靠運行及信息掌握。

圖1 太陽能光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)電氣連接圖

合肥年平均日照時數(shù)為1963.3h。其中夏季白晝最長，日照時數(shù)最多；冬季白晝最短，日照時數(shù)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(shù)最多的月份。根據(jù)省氣象局統(tǒng)計資料，合肥市郊區(qū)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(fā)電量盡可能大，而冬季和夏季發(fā)電量差異盡可能小，一般取當(dāng)?shù)鼐暥茸鳛楫?dāng)?shù)靥柲茈姵亟M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(tǒng)電池組件傾角定為31°。

根據(jù)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(tǒng)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(jīng)過交流配電柜和雙向計量電表到電網(wǎng)。

整個光伏并網(wǎng)系統(tǒng)裝機容量50kW，設(shè)計采用單個并網(wǎng)點接入，參照國家電網(wǎng)公司【2013】625號文件，《分布式電源接入系統(tǒng)典型設(shè)計》中的380V接入用戶配電室典型設(shè)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(fā)電作為可再生能源，有利于節(jié)省不可再生能源，平衡能源的單一供給情況，符合國家相關(guān)的環(huán)保、節(jié)能政策。光伏發(fā)電可以減少溫室氣體排放，減少溫室效應(yīng)，保護環(huán)境。同時因為光伏系統(tǒng)的建設(shè)，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(nèi)的傳導(dǎo)，起到了減少制冷能耗的作用。

系統(tǒng)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(shè)備及電纜的價格約為每瓦1.33元，支架及基礎(chǔ)的價格約每瓦0.5元～0.8元，該項目太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)總投資見下表。

根據(jù)系統(tǒng)的安裝地點、光照情況、方案設(shè)計、設(shè)備選型等綜合因素，理論年發(fā)電量=年平均太陽輻射總量×電池總面積×光電轉(zhuǎn)換效率。

理論年發(fā)電量=4986×327.36×14.5%=236671.46MJ=236671.46×0.28kWh=66268kWh

太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)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(biāo)稱功率。在現(xiàn)場運行的太陽電池板往往達不到標(biāo)準(zhǔn)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(shù)。

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(jù)相關(guān)文獻報道，此因素會對光伏組件的輸出產(chǎn)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(shù)。并網(wǎng)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(fā)電效率為0.95×0.93×0.88=77.7%。

年實際總發(fā)電量為66286×77.7%＝51504kWh。

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

光伏系統(tǒng)發(fā)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(qū)補貼0.25元/kWh（年限15年），按照系統(tǒng)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(jīng)濟效益。

在全世界受到越來越嚴重環(huán)境污染問題困擾的今天，環(huán)保的重要性逐漸的得到社會的認可和關(guān)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(yōu)勢和巨大的發(fā)展?jié)摿?。充分利用太陽能對?jié)能減排、保護環(huán)境和地方經(jīng)濟有著重大的意義，同時為全球能源的可持續(xù)發(fā)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(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)[M].王一波，等譯.北京：機械工業(yè)出版社，2014.

[2]張立新.太陽能光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)在北京南站的應(yīng)用[J].建筑電氣，2008，27(11)：18-24.

[3]王惠祥.太陽能光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)研究[D].杭州：浙江大學(xué)，2012.

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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(yè)于安徽建筑大學(xué)，工程師。