鄒 唯，江飛飛

（1、廣州南沙科技產(chǎn)業(yè)發(fā)展有限公司 廣州 511458；2、廣東建科節(jié)能環(huán)?？萍加邢薰?510500；3、廣東省建筑科學(xué)研究院集團(tuán)股份有限公司 廣州 510500）

0 引言

隨著全球氣候變化和能源危機(jī)的日益嚴(yán)重［1］，可再生能源的開(kāi)發(fā)和利用成為了世界各國(guó)關(guān)注的焦點(diǎn)［2］。作為一種清潔、可再生的能源，太陽(yáng)能光伏發(fā)電技術(shù)在國(guó)內(nèi)外得到了廣泛的應(yīng)用和推廣［3］。廣州南沙某工業(yè)園區(qū)的光伏發(fā)電綠色示范項(xiàng)目旨在通過(guò)實(shí)際建設(shè)和運(yùn)行，為建筑行業(yè)的碳減排和可再生能源利用提供實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和參考。

1 項(xiàng)目建設(shè)背景

1.1 地理位置

本項(xiàng)目位于廣州市南沙區(qū)，屬于亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)［4］，具有豐富的熱源和雨量。此外，該地區(qū)日照時(shí)間長(zhǎng)，太陽(yáng)輻射強(qiáng)度高［5］，為光伏發(fā)電提供了得天獨(dú)厚的氣候條件。同時(shí)，項(xiàng)目所在地的地理位置也較為優(yōu)越，交通便捷，為項(xiàng)目的建設(shè)和運(yùn)營(yíng)提供了便利條件。

1.2 太陽(yáng)能資源條件

根據(jù)我國(guó)太陽(yáng)能資源分布圖［6］，項(xiàng)目所在地區(qū)屬于太陽(yáng)能資源較豐富類型區(qū)。這為光伏發(fā)電系統(tǒng)的建設(shè)和運(yùn)行提供了充足的太陽(yáng)能資源保障。通過(guò)合理的設(shè)計(jì)和布局，項(xiàng)目能夠充分利用太陽(yáng)能資源，提高發(fā)電效率和經(jīng)濟(jì)效益。

2 項(xiàng)目建設(shè)規(guī)模

2.1 總規(guī)模

在廣州南沙某工業(yè)園區(qū)A1～A5 棟和B1～B2 棟等7 棟樓的屋面均安裝了太陽(yáng)能光伏系統(tǒng)，總安裝面積4 905 m2（見(jiàn)表1），采用670 單晶硅單玻組件1 479 片，600單晶硅雙玻組件68片，總裝機(jī)容量1 031.7 kWp。

表1 光伏組件分布情況統(tǒng)計(jì)Tab.1 Statistics on the Distribution of Photovoltaic Modules

2.2 A1～A5棟

A1～A5 棟屋面上安裝的光伏板如圖1 所示。其中A1～A4屋面無(wú)女兒墻，主要采用配重安裝。光伏支架固定于圓柱形的現(xiàn)澆混凝土墩的預(yù)埋件上，光伏板方陣最低點(diǎn)為1.2 m，最高點(diǎn)根據(jù)屋頂設(shè)備情況設(shè)定，在1.8～2.5 m，安裝傾角為5°～10°。現(xiàn)澆混凝土墩尺寸為?500 mm×400 mm，重量為200 kg，墩間距為2 m，光伏方陣每m2配重約為50 kg。

圖1 A1～A5棟屋面的光伏方陣Fig.1 PV Array on the Roof of the A1～A5 Building

A5 棟采用架高鋼結(jié)構(gòu)安裝。光伏支架安裝于架高鋼結(jié)構(gòu)上。光伏板方陣最高點(diǎn)不超過(guò)2.8 m，安裝傾角為3°～5°。架高鋼結(jié)構(gòu)的立柱、橫梁均采用預(yù)制構(gòu)件，現(xiàn)場(chǎng)通過(guò)緊固螺絲裝配而成。其中立柱柱腳與屋面原結(jié)構(gòu)層通過(guò)植筋相連。

2.3 B1～B2棟

B1～B2 棟屋面上安裝的光伏板如圖2 所示。B1～B2 棟和A5 棟一樣，也是采用架高鋼結(jié)構(gòu)安裝，光伏支架安裝于架高鋼結(jié)構(gòu)上，光伏板方陣最高點(diǎn)不超過(guò)2.8 m，安裝傾角在3°～5°之間。

圖2 B1～B2棟屋面的光伏方陣Fig.2 PV Array on the Roof of the B1～B2 Building

其中在B1 棟屋頂有錯(cuò)層，除十一層樓頂外，還在十層屋頂平臺(tái)處結(jié)合架高光伏，融合景觀園林、戶外活動(dòng)空間設(shè)計(jì)元素，建設(shè)了500～600 m2的光伏建筑景觀活動(dòng)區(qū)。

3 項(xiàng)目建設(shè)內(nèi)容

3.1 組件類型與安裝形式

為了適應(yīng)不同的環(huán)境和需求，項(xiàng)目選用了多種類型的光伏組件，包括單晶硅單玻組件、單晶硅雙玻組件。這些組件具有較高的光電轉(zhuǎn)換效率和穩(wěn)定性。同時(shí)，項(xiàng)目采用了多種安裝形式，包括10大傾角安裝、3°、5°小傾角安裝，以滿足不同位置和角度的需求。

3.2 逆變器與并網(wǎng)方式

項(xiàng)目共安裝了11臺(tái)華為逆變器，其中100 kW逆變器9臺(tái)，50 kW逆變器2臺(tái)。這些逆變器能夠?qū)⒅绷麟娹D(zhuǎn)換為交流電，以便與電網(wǎng)連接。同時(shí)，項(xiàng)目采用了自發(fā)自用，余電上網(wǎng)的并網(wǎng)方式。這種方式能夠最大程度地利用太陽(yáng)能資源，減少對(duì)傳統(tǒng)電網(wǎng)的依賴，并且可以將多余的電能回售給電網(wǎng)。

3.3 太陽(yáng)能與建筑景觀一體化設(shè)計(jì)

為了更好地融入建筑環(huán)境和景觀中，項(xiàng)目在B1棟十層屋頂平臺(tái)進(jìn)行了太陽(yáng)能與建筑景觀一體化設(shè)計(jì)施工，如圖3所示。通過(guò)精心設(shè)計(jì)，項(xiàng)目打造了一個(gè)融合光伏科技元素的園林休閑空間，包括光伏走廊、光伏休閑亭、離網(wǎng)光伏、光伏儲(chǔ)能等設(shè)施。這些設(shè)施不僅提供了實(shí)用的功能，還為建筑增添了科技感和現(xiàn)代感。

圖3 B1棟十層屋頂平臺(tái)休閑空間Fig.3 Leisure Space on the 10th Roof of B1 Building

3.4 光伏監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

項(xiàng)目的光伏監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可以對(duì)不同組件類型和安裝形式的組件方陣的發(fā)電效率等參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和記錄。同時(shí)，該監(jiān)測(cè)系統(tǒng)還可以通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行遠(yuǎn)程控制和數(shù)據(jù)查看，方便管理人員及時(shí)了解系統(tǒng)運(yùn)行狀況并進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整和維護(hù)。這套系統(tǒng)為項(xiàng)目運(yùn)行和維護(hù)提供了極大的便利性和準(zhǔn)確性。

4 項(xiàng)目建設(shè)技術(shù)

4.1 技術(shù)基本情況

廣州南沙某工業(yè)園區(qū)光伏發(fā)電綠色創(chuàng)新示范項(xiàng)目為光伏建筑景觀一體化項(xiàng)目，主要節(jié)能技術(shù)為光伏發(fā)電技術(shù)。項(xiàng)目中光伏發(fā)電系統(tǒng)由太陽(yáng)能電池板、逆變器、支架、直交流匯流箱及計(jì)量等相關(guān)附件構(gòu)成。

4.2 技術(shù)原理

該項(xiàng)目光伏發(fā)電系統(tǒng)的工作原理如圖4 所示，太陽(yáng)能電池方陣在光照的條件下產(chǎn)生直流電，直流電通過(guò)逆變器轉(zhuǎn)換為交流電后并入低壓電網(wǎng)。各部分作用如下：

圖4 光伏系統(tǒng)組成示意圖Fig.4 Schematic Diagram of PV System Composition

⑴太陽(yáng)能電池板［7］：太陽(yáng)能電池板是太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)中的核心部件，也是太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)中價(jià)值最高的部分，其作用是將太陽(yáng)的輻射能轉(zhuǎn)換為電能。項(xiàng)目主要采用單晶硅組件，最高光電轉(zhuǎn)換效率達(dá)21.1%。

⑵并網(wǎng)逆變器［8］：太陽(yáng)能系統(tǒng)的關(guān)鍵組成部件，其作用是通過(guò)并網(wǎng)孤島保護(hù)、最大功率跟蹤（MPPT）等功能將直流電逆變成生活用電的部件。

⑶其它附件：主要包括控制檢測(cè)系統(tǒng)、防雷接地保護(hù)、電纜及支架等。

5 項(xiàng)目工藝流程

5.1 主要流程

項(xiàng)目工藝主要包括光伏建筑景觀一體化設(shè)計(jì)、基礎(chǔ)固定、支架安裝、組件安裝、線路連接、逆變器和配電柜安裝、電表安裝和驗(yàn)收并網(wǎng)。

5.2 光伏建筑景觀一體化設(shè)計(jì)

項(xiàng)目根據(jù)用能單位的需要，將光伏科技與建筑、園林景觀等融合設(shè)計(jì)：①將光伏設(shè)計(jì)遮陽(yáng)防雨構(gòu)造，下方形成合法、寬闊、舒適的活動(dòng)空間；②利用光伏走廊、光伏休閑亭、離網(wǎng)光伏、光伏儲(chǔ)能等光伏科技產(chǎn)品，與園林景觀相結(jié)合，定制設(shè)計(jì)光伏科技景觀，達(dá)到相應(yīng)的宣傳和展示效果。通過(guò)光伏建筑景觀一體化設(shè)計(jì)，項(xiàng)目打造出了特色的光伏科技景觀和活動(dòng)場(chǎng)所，不但提升了用能單位的社會(huì)形象，同時(shí)在寸土寸金的城市中合法地增加了建筑使用面積。

5.3 光伏基礎(chǔ)固定和防水施工

A1～A4 棟光伏支架安裝于現(xiàn)澆混凝土墩的預(yù)埋件上，采用螺栓連接，不做防水要求。A5、B1～B2棟屋頂原構(gòu)造為：瓷磚層+砂漿層+保溫層+防水層+鋼筋混凝土，防水要求高，具體施工安裝過(guò)程如圖5所示。為了保證光伏結(jié)構(gòu)連接，設(shè)計(jì)時(shí)首先對(duì)照原屋頂結(jié)構(gòu)圖紙，對(duì)底座連接件安裝位置進(jìn)行了布置，使得連接件盡量多的安裝于梁、柱、圈梁上，同時(shí)在安裝時(shí)將連接位置梁板柱結(jié)構(gòu)上覆蓋的瓷磚層、砂漿層、保溫層均予以打掉清理。打磚和清理時(shí)對(duì)防水層予以保護(hù)，避免扎破、劃破防水層。待開(kāi)口處露出的防水層晾干無(wú)積水后，再行打孔、清孔、注膠和固定底座連接件。底座連接件安裝前，以底座連接件中心位置為基準(zhǔn)，涂刷400 mm×400 mm 正方形瀝青膠（聚氨酯防水膠）進(jìn)行防水處理。底座連接件安裝后，采用瀝青膠（聚氨酯防水膠）將底座連接件涂刷覆蓋，防水膠要包覆柱腳螺栓，防水膠涂敷厚度≥1 mm。

圖5 基礎(chǔ)固定和防水處理Fig.5 Foundation Fixing and Waterproof Treatment

5.4 光伏支架安裝

根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙，首先進(jìn)行定位放線，安裝導(dǎo)軌。在安裝時(shí)，應(yīng)按中段、兩端段、導(dǎo)軌接頭的順序進(jìn)行，在安裝完導(dǎo)軌接頭后，要檢查每條導(dǎo)軌的水平度，每跨段彎曲，對(duì)支架位置進(jìn)行精確校核。前后排之間的間隔在設(shè)計(jì)中應(yīng)注意，要求與墻的距離等。此外，在安裝支架立柱、橫梁和導(dǎo)軌時(shí)，不要將螺栓一次性緊固到位，在所有支架都調(diào)整平直后將螺栓全部緊固。

5.5 光伏組件安裝

太陽(yáng)電池板的安裝應(yīng)從下往上、逐步進(jìn)行，并做到橫平豎直，同側(cè)陣內(nèi)電池板間距保持一致，同時(shí)還要注意電池板接線方向。電池板固定時(shí)，在鋼結(jié)構(gòu)中用螺栓把組件固定在鏈條上，電池板與導(dǎo)軌間加雙刺式墊片，套裝中間夾具及側(cè)夾具后，用螺母鎖死。

5.6 光伏線路連接

依據(jù)設(shè)計(jì)圖確定電池板連接方式，接線時(shí)注意不要正、負(fù)極接反，確保接線正確。每塊電池板連接好后，查看電池板串?dāng)嗦冯妷菏欠裾_，接合好后，要斷開(kāi)電池板上的線路，進(jìn)行后續(xù)工序操作。

組合式方陣的布線應(yīng)采取支承、固緊、保護(hù)等措施，導(dǎo)線應(yīng)留有適當(dāng)?shù)挠嗔?，布線方式應(yīng)符合設(shè)計(jì)圖紙要求。接線頭的接頭應(yīng)鍍錫，應(yīng)將多股導(dǎo)線的接線頭合攏，每個(gè)接線頭允許有兩根芯線，且兩根芯線之間要加墊片，所有的接線螺絲都要擰緊。

安裝完畢后，應(yīng)對(duì)接線、組件連線和方陣引出電纜進(jìn)行校驗(yàn)，沒(méi)有問(wèn)題的，由電工負(fù)責(zé)測(cè)量，鄰接方陣電壓誤差在5 V 以內(nèi)部件，導(dǎo)軌和夾具必須可靠地連接。每一組分的導(dǎo)軌都必須用扁鋼接地，螺栓固定，并連接到園區(qū)接地系統(tǒng)。

5.7 光伏逆變器和配電柜安裝

布線排管時(shí)首先注意安全性問(wèn)題，能走暗線時(shí)盡量走暗線，不走明線，同時(shí)注意管子的美觀性；在安裝逆變器時(shí)，確保輸入輸出開(kāi)關(guān)都處于斷開(kāi)狀態(tài)；絕對(duì)禁止直流輸入與逆變器輸出端相連，禁止輸出電路短路或接地；直流輸入與逆變器之間的連線應(yīng)盡可能的短；進(jìn)行連接過(guò)程應(yīng)選擇不同顏色線纜以作區(qū)別。正極紅色，負(fù)極藍(lán)色；接線端子時(shí)，務(wù)必牢固，禁止松動(dòng)。

匯流箱主要是將匯流箱輸出的直流電纜接入后進(jìn)行匯流，再接至并網(wǎng)逆變器。配電柜內(nèi)含有直流輸入斷路器、漏電保護(hù)器、防反二極管、光伏防雷器等主要器件，在保證系統(tǒng)不受漏電、短路、過(guò)載與雷電沖擊等損壞的同時(shí)，有效保證負(fù)載設(shè)備運(yùn)行的同時(shí)，方便客戶操作和維護(hù)。

逆變器是將直流電轉(zhuǎn)換為交流電的設(shè)備。包括電壓控制、內(nèi)部電源、誤差放大、自保護(hù)裝置等。逆變器安裝應(yīng)放于高處、周圍空氣流通順暢、遠(yuǎn)離生活的地方。安裝之前，做好準(zhǔn)備工作，檢查產(chǎn)品配件是否齊全、安裝環(huán)境是否符合要求，安裝前的布局是否得當(dāng)。在安裝時(shí)，兩人配合，務(wù)必安裝牢固，嚴(yán)禁有松動(dòng)、左右搖擺等問(wèn)題。安裝好以后，務(wù)必進(jìn)行檢查，檢查內(nèi)容包括光伏陣列的檢查、交流側(cè)接線檢查、直流線側(cè)接線檢查以及整個(gè)逆變器的固定檢查。

光伏并網(wǎng)柜是交流配電柜，主要是通過(guò)配電給逆變器提供并網(wǎng)接口，采用斷路器操作，含網(wǎng)側(cè)防雷器，配置發(fā)電計(jì)量表、逆變器并網(wǎng)接口及交流電壓電流表等裝置。適用于10 kV 及低壓380 V 光伏電站的小電源并網(wǎng)供電系統(tǒng)，主要是用來(lái)防止電網(wǎng)出現(xiàn)孤島效應(yīng)。在發(fā)生孤島現(xiàn)象時(shí)，可以快速切除并網(wǎng)點(diǎn)，使光伏電站與電網(wǎng)側(cè)迅速脫離，從而保證整個(gè)電站和相關(guān)維護(hù)人員的生命安全。光伏并網(wǎng)柜應(yīng)安裝在清潔的環(huán)境中，并且應(yīng)通風(fēng)良好，并保證環(huán)境要求、濕度滿足產(chǎn)品規(guī)格要求。按并網(wǎng)電柜系統(tǒng)圖設(shè)計(jì)要求敷設(shè)電纜。引入并網(wǎng)電柜的電纜應(yīng)排列整齊，編號(hào)清晰。并網(wǎng)電柜內(nèi)防雷接地與PE 線連接，PE 線與配電室內(nèi)的接地裝置連接。如果線纜需穿墻穿管，必須用防水、防火材料加以封閉確保其安全。

6 技術(shù)先進(jìn)性和創(chuàng)新

6.1 南沙區(qū)工業(yè)園區(qū)首創(chuàng)

完成的廣州南沙某工業(yè)園區(qū)光伏發(fā)電綠色創(chuàng)新示范項(xiàng)目，是廣州市南沙區(qū)工業(yè)園區(qū)首例將光伏科技與建筑、景觀相融合的示范項(xiàng)目。

6.2 便于監(jiān)測(cè)

項(xiàng)目采用了單晶硅單玻、單晶硅雙玻等兩種類型的光伏組件，20°、5°、3°等3 種傾角安裝方式，并通過(guò)光伏電站監(jiān)測(cè)系統(tǒng)對(duì)上述組件和安裝方式的組合的發(fā)電量、發(fā)電效率進(jìn)行長(zhǎng)期連續(xù)監(jiān)測(cè)，實(shí)現(xiàn)可視化對(duì)比多種光伏板的光電轉(zhuǎn)換率。

6.3 損耗率低

在標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試條件［9］（STC，即光強(qiáng)1 000 W/m2，溫度25 ℃，大氣質(zhì)量AM1.5）下，單晶硅單玻組件，輸出功率首年損耗不超過(guò)3.0%，此后每年功率損耗不超過(guò)0.68%，第25 年輸出功率不低于80.68%。單晶硅雙玻組件輸出功率，首年功率損耗不超過(guò)3.0%，此后每年功率損失不超過(guò)0.5%，第30 年輸出功率不低于82.5%。

6.4 支架創(chuàng)新

項(xiàng)目光伏支架系統(tǒng)采用預(yù)鍍鋅鎂鋁合金Q345［10］材質(zhì)的支架，材料厚實(shí)，堅(jiān)固耐用；切口自愈合能力較強(qiáng)，防腐性能極強(qiáng)；質(zhì)保20年；配套緊固件全部采用不銹鋼材質(zhì)，不生銹，更耐用。相對(duì)的，行業(yè)內(nèi)普遍采用的熱鍍鋅［11］，厚度相比較薄，現(xiàn)場(chǎng)焊接牢固度較弱，切口防腐性能較差，質(zhì)保只有5年。

7 項(xiàng)目效益分析

7.1 行業(yè)發(fā)展導(dǎo)向

項(xiàng)目進(jìn)行了光伏造景一體化設(shè)計(jì)施工，打造了融合光伏科技元素的園林休閑空間。這不僅提高了建筑的美觀度和實(shí)用性，還為建筑行業(yè)和其他領(lǐng)域提供了可借鑒的經(jīng)驗(yàn)和參考。

7.2 發(fā)電經(jīng)濟(jì)收益

項(xiàng)目預(yù)期使用壽命25 年，年發(fā)電約100 萬(wàn)kWh，可形成減碳約800 t/年的碳收益，同時(shí)可降低頂層房間夏天空調(diào)能耗費(fèi)用，具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益。此外，通過(guò)并網(wǎng)運(yùn)行和余電上網(wǎng)的方式，項(xiàng)目能夠產(chǎn)生穩(wěn)定的收益流；同時(shí)還可以為企業(yè)節(jié)省電費(fèi)支出并享受政府補(bǔ)貼政策；還可以提高企業(yè)的社會(huì)形象和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力；長(zhǎng)期來(lái)看還可以降低企業(yè)的運(yùn)營(yíng)成本和提高盈利能力。

7.3 助力節(jié)能減排

項(xiàng)目總裝機(jī)容量1 031.7 kWp，年均發(fā)電量約100萬(wàn)kWh/年，25 年總發(fā)電量約為2 500 萬(wàn)kWh。根據(jù)國(guó)際能源署（IEA）《世界能源展望2007》［12］，中國(guó)的CO2排放指數(shù)為0.814 kg/kWh；同時(shí)，我國(guó)火電廠每發(fā)電上網(wǎng)1 kWh，需消耗標(biāo)準(zhǔn)煤305 g。與同類容量的燃煤火電廠相比，按照火電煤耗（標(biāo)準(zhǔn)）305 g/kWh 計(jì)，項(xiàng)目共可節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤約7 625 t，減排CO2約20 350 t。

項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)了節(jié)能減排的目標(biāo)，助力建筑“碳達(dá)峰”，減少了傳統(tǒng)能源的消耗和碳排放量，為廣州市和南沙區(qū)的節(jié)能減排工作做出了貢獻(xiàn)。

8 結(jié)論

⑴廣州南沙某工業(yè)園區(qū)光伏發(fā)電綠色示范項(xiàng)目是一項(xiàng)具有顯著經(jīng)濟(jì)、環(huán)保和社會(huì)效益的創(chuàng)新性工程。該項(xiàng)目充分利用了廣州南沙地區(qū)豐富的太陽(yáng)能資源，通過(guò)安裝高效的光伏發(fā)電系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了可再生能源的有效利用。項(xiàng)目的成功實(shí)施不僅為建筑行業(yè)提供了可借鑒的碳減排和可再生能源利用經(jīng)驗(yàn)。

⑵在項(xiàng)目建設(shè)過(guò)程中，采用了多種先進(jìn)的光伏組件和安裝技術(shù)，確保了系統(tǒng)的高效穩(wěn)定運(yùn)行。此外，項(xiàng)目還注重與建筑景觀的一體化設(shè)計(jì)，將光伏發(fā)電系統(tǒng)與園林景觀相融合，提升了建筑的美觀度和實(shí)用性。

⑶項(xiàng)目的長(zhǎng)期運(yùn)行將帶來(lái)顯著的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)保效益。通過(guò)并網(wǎng)運(yùn)行和余電上網(wǎng)的方式，項(xiàng)目能夠?yàn)槠髽I(yè)節(jié)省電費(fèi)支出并享受政府補(bǔ)貼政策，同時(shí)還可以降低頂層房間夏天空調(diào)能耗費(fèi)用，減少碳排放，助力節(jié)能減排目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。

總之，廣州南沙某工業(yè)園區(qū)光伏發(fā)電綠色示范項(xiàng)目是一項(xiàng)具有創(chuàng)新性、先進(jìn)性和實(shí)用性的工程，為本地區(qū)節(jié)能減排和能源轉(zhuǎn)型提供了寶貴的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和參考。