并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)應(yīng)用研究范文

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太陽能是一種無污染的可再生能源，取之不盡，用之不竭，具有非可再生能源無法比擬的優(yōu)越性。可再生能源的利用符合國家可持續(xù)發(fā)展政策，同時也改變了人們的能源結(jié)構(gòu)，太陽能的利用日益得到人們的重視。據(jù)權(quán)威部門預(yù)測，截至21世紀(jì)末，可再生能源將達(dá)到整個能源消費結(jié)構(gòu)的80%以上，包括太陽能發(fā)電量達(dá)到60%以上，光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)已經(jīng)成為世界各國研究和開發(fā)的重點。

1并網(wǎng)光伏發(fā)電原理

光伏發(fā)電是根據(jù)光生伏特效應(yīng)將光能直接轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿募夹g(shù)。光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)將太陽能電池發(fā)出的直流電轉(zhuǎn)變?yōu)榕c電網(wǎng)電壓同頻的交流電，實現(xiàn)既向建筑物供電，又可以傳遞至電網(wǎng)的系統(tǒng)，不需要蓄電池儲能，降低了過程中的能量消耗和配置成本。光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)是太陽能光伏發(fā)電的主要發(fā)展方向，是21世紀(jì)最有潛力的能源利用技術(shù)。光伏陣列、并網(wǎng)逆變器、控制器和繼電保護(hù)器是并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)的主要組成部分。光伏陣列是太陽能發(fā)電系統(tǒng)的主要部件，主要是將太陽光能直接轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔埽鶕?jù)電壓要求可采用串聯(lián)、并聯(lián)方式。DC-AC逆變器是太陽能發(fā)電系統(tǒng)的核心部件，它將轉(zhuǎn)變成的電能逆變成220V/50Hz的正弦波電流并入電網(wǎng)，以脈寬調(diào)制的形式向電網(wǎng)提供電能。控制器一般由單片機(jī)或DSP芯片作為核心器件，用來檢測光伏陣列的最大功率點的跟蹤、檢測逆變器并網(wǎng)電流的功率和波形。繼電保護(hù)裝置可以保證光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)和電網(wǎng)的安全性。

2工程實例

2.1工程概況該項目位于青島經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)(圖1為項目效果圖)，總建筑面積約1.8萬m2，建設(shè)內(nèi)容包括教學(xué)樓(含36個教學(xué)班)、專用教室、辦公和生活用房、體育場地等。該項目采用并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)在滿足建筑物電量使用要求的前提下，可以將多余的電量輸送到國家電網(wǎng)。項目建成后，將達(dá)到國家綠色建筑二星級標(biāo)準(zhǔn)。

2.2技術(shù)參數(shù)該項目為磚混結(jié)構(gòu)，建筑頂部為平屋面，屋面分布部分采光帶以及風(fēng)機(jī)通風(fēng)口，校區(qū)建筑共分為4個區(qū)，分別為教學(xué)樓A區(qū)、教學(xué)樓B區(qū)、風(fēng)雨操場C區(qū)、餐廳D區(qū)，其中C區(qū)由于建筑遮擋，不適于安放太陽能光伏組件，D區(qū)用于太陽能集熱系統(tǒng)安裝，因此，本項目可利用建筑屋面為教學(xué)樓A區(qū)以及教學(xué)樓B區(qū)安裝太陽能光伏組件。詳見表1各建筑裝機(jī)容量統(tǒng)計表。計算得出本項目系統(tǒng)總裝機(jī)容量為165kWp。本排布方案采用英利YL250P-29b系列組件，規(guī)格尺寸為1650mm×990mm×40mm，共鋪設(shè)組件660塊，光伏組件每20塊組成一個串列，共計33個串列，經(jīng)直流配電箱分別接入并網(wǎng)逆變器，經(jīng)設(shè)置在并網(wǎng)點附近的交流配電箱分別接入并網(wǎng)點備用接入開關(guān)。本項目采用用戶為0.4kW•h自發(fā)自用余電上網(wǎng)的并網(wǎng)接入方式，經(jīng)計算本項目光伏發(fā)電系統(tǒng)最大日均發(fā)電量僅為606kW•h，年發(fā)電量為160258.6kW•h，此部分電力產(chǎn)生時段為9∶00-17∶00(詳見表2系統(tǒng)發(fā)電量統(tǒng)計)，每天日射量會存在一定的浮動，根據(jù)工程電氣設(shè)計配電容量，此部分電能可以充分消耗，因此，本系統(tǒng)無需另外配置繼電保護(hù)裝置，能夠充分滿足在保證電力系統(tǒng)安全的前提下實現(xiàn)發(fā)電量最大化。

2.3安裝方式建筑屋頂在太陽能光伏發(fā)電配件安裝前，應(yīng)檢查建筑屋頂防水是否存在問題，確定漏雨點的位置并及時整修，在確定屋面防水沒有問題后，為了最大化使用屋頂可利用面積，根據(jù)本項目的特點宜采用導(dǎo)流板陣列式安裝，詳見圖2陣列安裝方式效果圖。該項目位于青島開發(fā)區(qū)，屬于明顯的海洋性氣候，四季分明，1~3月氣溫回升慢，4~6月濕熱多雨，7~9月天高氣爽，10~12月溫度較低，太陽能板主次梁布置，主梁跨度0.97m，次梁跨度2.5m，電池板傾角10°，次梁及柱采用表面熱鍍鋅鋼型材。

2.4監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計根據(jù)國家以及地方對于光伏項目的一般要求，應(yīng)將光伏系統(tǒng)部分重要數(shù)據(jù)通過本地監(jiān)控進(jìn)行保存或上傳至地方設(shè)立的相應(yīng)數(shù)據(jù)中心，實現(xiàn)對系統(tǒng)工作狀態(tài)的有效控制和分析，這一部分?jǐn)?shù)據(jù)至少應(yīng)包括以下信息：交流電壓、交流電流、直流電壓、直流電流、每天24h總發(fā)電量、總發(fā)電量的歷史信息、功率、環(huán)境溫度、故障、太陽總輻射、太陽能光伏組件背板表面溫度。詳見圖3本地數(shù)據(jù)采集監(jiān)控系統(tǒng)原理圖。

3經(jīng)濟(jì)效益分析

項目并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)總投資245萬元，太陽能光伏發(fā)電能夠滿足項目的使用要求，且每年多余電量輸送至電網(wǎng)能獲得9萬元的收入，項目資金靜態(tài)投資回收期約16年。

4結(jié)語

并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)在屋頂形成了大面積的陰影，具有遮陽的作用，炎熱季節(jié)降低了太陽直射下的熱輻射。并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)受地域日照輻射等環(huán)境因素影響較大，設(shè)計時應(yīng)對系統(tǒng)需要承受的負(fù)載總功率大小作綜合考慮。隨著光伏發(fā)電技術(shù)的成熟，其前期投資費用會越來越低。并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)的應(yīng)用可以提供建筑運行和使用所需電能，并且過程中沒有移動部件，不易損壞，維護(hù)簡單，整個發(fā)電過程中不產(chǎn)生浪費，沒有噪音、污染等對環(huán)境的不良危害。

作者：侯興華 何飛 單位：中國石油大學(xué)(華東) 萊西市建筑總公司