论文部分内容阅读
摘 要：随着社会持续发展，能源消耗量日益增加。随之，环境污染日益加重，必须开发利用各种清洁能源，减少能耗量，降低对周围环境的污染程度。作为一种重要的可持续再生能源，太阳能的应用在世界范围内不断扩大，光伏系统在我国的应用也逐渐增多，发挥着不可替代的作用，在缓解日益加重能源危机的基础上，也满足了用户的用电需求。因此，本文作者对屋顶光伏与储能一体化发电系统设计这一课题予以了探讨。
关键词：屋顶；光伏；储能；一体化；发电系统；设计；分析
中图分类号： TM615 文献标识码： A 文章编号： 1673-1069（2016）13-154-2
0 引言
随着社会经济持续发展，人们的生活水平日渐提高，传统能源已经无法满足他们的客观需求，其供应日渐紧张，加上传统能源不具备可再生性，大大加重了人类社会在经济可持续发展方面的担忧。面对这种情况，迫切需要开发、利用各种新能源，尤其是可再生能源，取代那些资源有限、严重污染周围环境的常规能源，缓解日益加重的能源危机。太阳能属于重要的定性清洁能源，具有独特的优势，已成为社会大众关注的焦点，具有非常广阔的应用前景。为此，需要全方位分析各种主客观影响因素，优化设计屋顶光伏与储能一体化的发电系统，使其更好地发挥自身作用。
1 屋顶光伏发电系统概述
就屋顶光伏发电系统而言，由多种元素组合而成，比如，计量装置、光伏组件、并网逆变器，各自发挥着不同的作用。当下，晶体硅太阳能电池组件、非晶硅薄膜电池组件是光伏组件的核心组成要素。前者具有多样化的优势，比如，较长的使用寿命，较强的抗风和抗冰雹能力，光电的转换率可以到14%—17%；而后者是由半导体材料组成，只有几微米厚，其光电转换率为6%—6.5%，能够附在各类廉价的基片上，比如，玻璃。如果发电量、功率相同，非晶硅太阳能薄膜电池成本远远低于晶体硅太阳能电池，已成为新时期最有可能实现发电成本和上网电价的一种新技术。
就屋顶光伏发电系统而言，把太阳能电池组件准确安装在屋顶合理的位置，这样在有太阳照射的时候，逆变器就会把光伏组件发出的直流电顺利转换为正弦交流电，可以直接用于电源驱动负荷，还可以把它切换到外面的公用电网中，实现小型光伏系统并网运行。在夜晚或者阴雨天的时候，太阳能电池组件没有产生电能或者所产生的电能无法满足负载需求的时候，可以发挥电网的作用进行供电，确保电力系统处于安全、稳定运行中。
2 光储一体化发电系统设计
2.1 太阳能资源分析
以杭州某项目为例，处于经济开发区，和市区距离为40千米。由于杭州属于亚热带季风气候，年平均气温为16.2摄氏度，气候温和、湿润，降水又充沛，四季分明，光照充足，有着丰富的太阳能资源，年平均太阳总辐射量为4270—4700/平方米内，日照时数在1900—2200小时之间，日照百分率42%—48%，有着独特的太阳能资源条件。
2.2 站址条件分析
以光伏方阵安装位置条件为例，在全方位勘测现场基础上，光伏方阵被安装在项目业主公司的三号楼东侧楼顶。就该地块而言，属于整片厂区的最高点，四周并没有山林、高楼这样的遮挡物，属于朝南、东西走向，根据现场各方面的实际情况，非常适宜安装光伏组件，可以在建筑物顶部安装62kWp左右的光伏组件。就该项目而言，是用水泥作为其中的承重块，使直通管的左右两端和女儿墙相互连接，促使方阵处于统一的有机整体中，具有较强的承受力，楼顶的最大承重可以达到152kg/m2，能够很好地承受来自光伏组件、支架的重量。相应地，图1是光伏组件方阵安装位置、储能电站基地的示意图。
2.3 项目规模、系统接入设计
以电网接入为例，就该系统而言，所选择的并网接点为电网0.4kV低压侧，主要给项目业主公司三号楼的二到四层楼供电，平均负荷为220kW，最高的负荷可以达到310kW。针对系统运行情况，需要对并网接口的五号变电所进行适当的改造，适当增设并网切换屏、离网切换屏，可以在10kV变压器0.4kV低压侧、储能系统并网侧的合理位置设置逆功率保护装置，确保相关系统处于安全、稳定运行中，避免系统故障的频繁发生，增加设备的运营成本。
2.4 设备选型、施工设计
以太阳电池组件选型为例，太阳电池组件是光伏系统主要的发电来源。光伏组件具有多样化的类型，比如，多晶硅组件、单晶硅组件。结合各方面情况，该系统主要采用的是S—180C（190Wp）单晶硅组件，具有较长的使用寿命，能够在恶劣的环境中长期运作。以电缆敷设方案为例，对于储能基站、变电所来说，其间的主电缆采用的是3×240+2×120的嵌装电缆，四进三出。就楼顶而言，其光伏输出主电缆经过垂直桥架铺设到对应2、3号厂房之间的空桥架，在进入2号厂房之后，对应的架空架需要向西铺设，并沿着电力的主电缆路线，进入到对应的基站中。
2.5 经济评价
在光伏发电系统方面，综合分析各方面因素，光伏方阵只适合安装57KWp，但每年的发电量可以达到五万kW·h，按照工业用电价格进行计算，每年会有4.3万元的收益，那么，25后将有107.5万元的收益，即4.3×25=107.5万元。就储能系统而言，削峰填谷是其核心功能，在降低用电成本的基础上，还能合理调整电网的峰频、平滑负荷。根据该地区峰谷电价格以及时间段来说，每度电可以省下来0.3923元，如果一年按照300天工作日计算，一年用电量为60万度，即0.3923×600，000=235，380元，一年就节约235，380元。就系统总效益来说，在安装光储一体化系统之后，每年有23.538万元的储能系统收益，4.3万元的光伏发电收益，系统总效益也是非常可观的。相应地，表1是该地区光伏发电量估算中中和效率系数。
3 结语
总而言之，优化设计屋面光伏和储能一体化系统至关重要。在设计过程中，要综合考虑各方面主客观影响因素，采取适宜的措施，优化设计，使其更好地发挥自身作用，提高太阳能利用率，具有较好的节能减排作用，能够优化电源结构等，改善周围环境，拥有较好的“经济、社会、生态”三效益。
参 考 文 献
[1] 吴水源.光伏建筑中的智能供电系统研究与设计[D].武汉纺织大学，2012.
[2] 林阿依.屋顶光伏与储能一体化发电系统设计研究[D].华北电力大学，2015.
[3] 左佰周.小户型太阳能瓦片屋顶光伏发电系统研究[J].科技经济市场，2014，10：12-14.
[4] 廖世凯，李琛.太阳能屋顶光伏发电系统设计及效益分析[J].通信电源技术，2014，06：65-67.
关键词：屋顶；光伏；储能；一体化；发电系统；设计；分析
中图分类号： TM615 文献标识码： A 文章编号： 1673-1069（2016）13-154-2
0 引言
随着社会经济持续发展，人们的生活水平日渐提高，传统能源已经无法满足他们的客观需求，其供应日渐紧张，加上传统能源不具备可再生性，大大加重了人类社会在经济可持续发展方面的担忧。面对这种情况，迫切需要开发、利用各种新能源，尤其是可再生能源，取代那些资源有限、严重污染周围环境的常规能源，缓解日益加重的能源危机。太阳能属于重要的定性清洁能源，具有独特的优势，已成为社会大众关注的焦点，具有非常广阔的应用前景。为此，需要全方位分析各种主客观影响因素，优化设计屋顶光伏与储能一体化的发电系统，使其更好地发挥自身作用。
1 屋顶光伏发电系统概述
就屋顶光伏发电系统而言，由多种元素组合而成，比如，计量装置、光伏组件、并网逆变器，各自发挥着不同的作用。当下，晶体硅太阳能电池组件、非晶硅薄膜电池组件是光伏组件的核心组成要素。前者具有多样化的优势，比如，较长的使用寿命，较强的抗风和抗冰雹能力，光电的转换率可以到14%—17%；而后者是由半导体材料组成，只有几微米厚，其光电转换率为6%—6.5%，能够附在各类廉价的基片上，比如，玻璃。如果发电量、功率相同，非晶硅太阳能薄膜电池成本远远低于晶体硅太阳能电池，已成为新时期最有可能实现发电成本和上网电价的一种新技术。
就屋顶光伏发电系统而言，把太阳能电池组件准确安装在屋顶合理的位置，这样在有太阳照射的时候，逆变器就会把光伏组件发出的直流电顺利转换为正弦交流电，可以直接用于电源驱动负荷，还可以把它切换到外面的公用电网中，实现小型光伏系统并网运行。在夜晚或者阴雨天的时候，太阳能电池组件没有产生电能或者所产生的电能无法满足负载需求的时候，可以发挥电网的作用进行供电，确保电力系统处于安全、稳定运行中。
2 光储一体化发电系统设计
2.1 太阳能资源分析
以杭州某项目为例，处于经济开发区，和市区距离为40千米。由于杭州属于亚热带季风气候，年平均气温为16.2摄氏度，气候温和、湿润，降水又充沛，四季分明，光照充足，有着丰富的太阳能资源，年平均太阳总辐射量为4270—4700/平方米内，日照时数在1900—2200小时之间，日照百分率42%—48%，有着独特的太阳能资源条件。
2.2 站址条件分析
以光伏方阵安装位置条件为例，在全方位勘测现场基础上，光伏方阵被安装在项目业主公司的三号楼东侧楼顶。就该地块而言，属于整片厂区的最高点，四周并没有山林、高楼这样的遮挡物，属于朝南、东西走向，根据现场各方面的实际情况，非常适宜安装光伏组件，可以在建筑物顶部安装62kWp左右的光伏组件。就该项目而言，是用水泥作为其中的承重块，使直通管的左右两端和女儿墙相互连接，促使方阵处于统一的有机整体中，具有较强的承受力，楼顶的最大承重可以达到152kg/m2，能够很好地承受来自光伏组件、支架的重量。相应地，图1是光伏组件方阵安装位置、储能电站基地的示意图。
2.3 项目规模、系统接入设计
以电网接入为例，就该系统而言，所选择的并网接点为电网0.4kV低压侧，主要给项目业主公司三号楼的二到四层楼供电，平均负荷为220kW，最高的负荷可以达到310kW。针对系统运行情况，需要对并网接口的五号变电所进行适当的改造，适当增设并网切换屏、离网切换屏，可以在10kV变压器0.4kV低压侧、储能系统并网侧的合理位置设置逆功率保护装置，确保相关系统处于安全、稳定运行中，避免系统故障的频繁发生，增加设备的运营成本。
2.4 设备选型、施工设计
以太阳电池组件选型为例，太阳电池组件是光伏系统主要的发电来源。光伏组件具有多样化的类型，比如，多晶硅组件、单晶硅组件。结合各方面情况，该系统主要采用的是S—180C（190Wp）单晶硅组件，具有较长的使用寿命，能够在恶劣的环境中长期运作。以电缆敷设方案为例，对于储能基站、变电所来说，其间的主电缆采用的是3×240+2×120的嵌装电缆，四进三出。就楼顶而言，其光伏输出主电缆经过垂直桥架铺设到对应2、3号厂房之间的空桥架，在进入2号厂房之后，对应的架空架需要向西铺设，并沿着电力的主电缆路线，进入到对应的基站中。
2.5 经济评价
在光伏发电系统方面，综合分析各方面因素，光伏方阵只适合安装57KWp，但每年的发电量可以达到五万kW·h，按照工业用电价格进行计算，每年会有4.3万元的收益，那么，25后将有107.5万元的收益，即4.3×25=107.5万元。就储能系统而言，削峰填谷是其核心功能，在降低用电成本的基础上，还能合理调整电网的峰频、平滑负荷。根据该地区峰谷电价格以及时间段来说，每度电可以省下来0.3923元，如果一年按照300天工作日计算，一年用电量为60万度，即0.3923×600，000=235，380元，一年就节约235，380元。就系统总效益来说，在安装光储一体化系统之后，每年有23.538万元的储能系统收益，4.3万元的光伏发电收益，系统总效益也是非常可观的。相应地，表1是该地区光伏发电量估算中中和效率系数。
3 结语
总而言之，优化设计屋面光伏和储能一体化系统至关重要。在设计过程中，要综合考虑各方面主客观影响因素，采取适宜的措施，优化设计，使其更好地发挥自身作用，提高太阳能利用率，具有较好的节能减排作用，能够优化电源结构等，改善周围环境，拥有较好的“经济、社会、生态”三效益。
参 考 文 献
[1] 吴水源.光伏建筑中的智能供电系统研究与设计[D].武汉纺织大学，2012.
[2] 林阿依.屋顶光伏与储能一体化发电系统设计研究[D].华北电力大学，2015.
[3] 左佰周.小户型太阳能瓦片屋顶光伏发电系统研究[J].科技经济市场，2014，10：12-14.
[4] 廖世凯，李琛.太阳能屋顶光伏发电系统设计及效益分析[J].通信电源技术，2014，06：65-67.