光伏建筑一体化配电设计和经济性的研究

刘 楠，鞠振河，高 微

（沈阳工程学院a.研究生部；b.新能源学院，辽宁 沈阳 110136）

该太阳能别墅的所有能源消耗均来自太阳能，采用自发自用、余电上网的并网方式。光伏系统采用单晶双面发电光伏组件，使发电量较相同容量的光伏组件增加了10%～30%，并在每块光伏组件上安装了具备最大功率点跟踪技术的光伏功率优化器，对每块光伏组件进行实时监控，使光伏组件工作在最佳状态。

1 站址区太阳能资源概述

1.1 气象概况

该项目所在地—德州属于光照充足、降水适中的地区。站址区日照条件较为充足，年平均太阳辐射量约为1 682 kW·h/m2，属我国太阳能资源三级区域，较适合在屋顶建设小型太阳能光伏发电项目，相关气象参数如表1所示。

表1 德州主要气象参数统计表

1.2 太阳辐射情况

德州市地域较小，纬度跨域范围只有1°左右，是地势平坦的平原区域。考虑到项目资源分析的需要以及双维追日的特点，对德州市各月最佳角度时的平均日辐射总量进行统计，如表2所示。

表2 德州市最佳角度太阳辐射值统计表 kW·h/m2

1.3 气温和风速

由于在进行太阳能组件串、并联核算时需要参考极端最高温度和极端最低温度，统计德州市1971年～2000年的气象数据，如表3所示。

表3 德州1971年～2000年气温和风速数据统计表

2 光伏组件及逆变器的选型

2.1 电池组件的选型和实验

依照相关国家标准［1］兼顾易于搬运、选择大尺寸和高效的原则，该项目对光伏组件进行选型并分别建立了2个1.4 kW的实验光伏电站。利用1个月的时间对单面发电电池板和双面发电电池板进行了发电量的分析，且双面电池板同时采用双维追日跟踪系统［2］，得出如下结论：

1）最大增加发电量为69.71%（2018年3月18日，气象条件：9℃～-3℃，多云～晴，西南风3～4级）；

2）最少增加发电量为31.26%（2018年3月20日，气象条件：7℃～-6℃，晴，东北风3～4级）；

3）平均增加发电量为44.81%，如图1所示。

为保证每块电池组件的质量遵循以上原则，对国内多个厂家生产的组件进行了比较后，最终选择英利光伏公司生产的型号为YL320CG2530F-1的组件用于并网系统，其参数如表4所示。

图1 发电量对比实验

表4 YL320CG2530F-1的重要技术参数

2.2 逆变器选型

太阳能通过光伏组件转换为直流电，再通过并网逆变器将直流电转换为与电网同频率、同相位的正弦波电流。在选择逆变器上根据负载的类型确定逆变器的功率和相数，根据负载的冲击性决定逆变器的功率余量，所产生的交流电一部分给当地负载供电，剩余电力馈入电网［3］。该项目采用华为公司生产的SUN2000L-5KTL-CN集中式逆变器和苏州欧姆尼克公司生产的Omniksol-M600型逆变器。集中式逆变器应用一键式APP配置启机、一键式远程软件升级、一键式远程I-V诊断，便于通讯管理。微逆变器则拥有极长的使用寿命和轻巧的体积，支持多台相连和远程监控每个组件，便于管理，可大幅提高电站的整体发电效率，提高回报收 益。技术参数如表5所示。

表5 逆变器技术参数

2.3 组件与逆变器特性核算

2.3.1 光伏组件串联数核算

光伏组件最大开路电压应该不大于逆变器允许的最大直流输入电压：

即

光伏组件的工作电压应该处于逆变器MPPT电压中间范围内：

2.3.2 光伏组件并联数核算

依据表6所提供的参数，确定光伏组件最大短路电流应该小于逆变器允许的最大直流短路电流：

表6 各参数对照表

3 系统安装和发电量估算

3.1 系统安装方式

该项目采用双维追日的安装方式，其航向角的跟踪范围是［0,360］单位度，其俯仰角的跟踪范围是［0,90］单位度［4-5］。光伏系统接线图如图2所示。

图2 光伏接线

3.2 光伏系统综合效率系数

光伏系统综合效率系数如表7所示。

表7 光伏系统综合效率系数

3.3 装机容量

该项目装机容量为320×16×2=10.24 kW，共16组串，每串上串联2块光伏组件。

3.4 发电预估

德州市当地7月的年日照辐射量为146kW·h/m2，当月峰值日照小时数为4.7 h；8月的年日照辐射量为140 kW·h/m2，当月峰值日照小时数为4.51 h。

该项目采用英利双面发电电池组件，平均发电效率是相同容量单面组件的1.1～1.3倍。所以，7月份的日发电量约为47.43 kW·h～56.06 kW·h（日发电量=装机容量×日照峰值时间×综合效率系数×平均发电效率倍数），8月份的日发电量约为45.52 kW·h～53.79 kW·h。［6］

4 结 论

该设计实际采集了太阳能别墅10 d的运行情况（8月2日10：00～8月12日22：00），由采集结果和计算结果可知：光伏总发电量为540.27 kW·h，总能耗为453.46 kW·h，累计净能量为86.81 kW·h。根据建筑总能耗及近年来对德州地区的太阳辐射量的统计分析，太阳能别墅的年耗电量约为723.22 kW·h，年发电约为744.825 kW·h，能够满足自身的消耗，所以该设计符合太阳能别墅自给自足的初衷。