屋顶分布式光伏电站的优化设计探析

沈斌惠

摘 要：光伏作为新能源电力的主要电源，已经持续稳定的发展了十几年，在国家财政补贴的政策下，如进入快速车道，全国各县市不论地面集中式光伏电站还是工商业屋顶分布式光伏电站大量建设投产，在节能减排、降低碳排放的道路上做出了不少的贡献;不过由于补贴快速退坡，导致各类型光伏电站的收益率出现明细下滑，降低了各投资方的投资热情，尤其是2018年531政策后，更是将行业拉至冰点，因为分布式光伏电站更加接近负荷边缘，有利于自发自用，降低传输损耗，因此本文主要从技术角度考虑，如何优化屋顶分布式光伏系统及电气设计，以降低屋顶分布式光伏电站的系统投资成本。

1、前言

2020年9月22日习近平主席在第七十五界联合国大会一般性辩论上表示，中国将提高国家自主贡献力度，采取更加有利的措施和政策，力争二氧化碳排放2030年前达到峰值，努力争取2060年前实现碳中和。作为新能源的主力军，光伏身披重责。因此如何在没有补贴的前提下，降本增收益，对于分布式光伏电站的投资建设有着非常重要的研究意义。

2、屋顶分布式光伏电站设计存在的问题

屋顶老化严重，很多钢结构屋顶锈蚀、漏水问题普遍，维修和补漏成本太高，以及后续扯皮严重，双方信任感降低，导致电费收缴出现迟滞等问题;逆变器、箱变及开关站等设备选型偏小导致系统成本相应增加;常规485通讯由于通讯稳定性受到干扰较大，导致设备的数据传输出现不稳定，不能第一时间得知设备的运行状态，从而不能第一时间处理故障点而导致发电量损失，降低电站收益;以及其他各种因素导致的设备成本增加及发电量降低的各种因素。

3、优化设计对策

3.1、针对企业钢结构屋顶老化严重的屋顶，如果简单的做相应的结构强行固定在钢结构固定光伏组件，势必会导致在施工以及后续的发电过程中对原有彩钢瓦屋顶产生持续的损坏，导致屋顶漏水和锈蚀加剧，如果厂房内的产品或设备遇水损坏，带来的赔偿损失则会使光伏电站的发电收益徒劳。因此目前可以考虑用双玻组件做为屋面替换现有的彩钢瓦，这样不仅不需要更换瓦片，而且还能带来更好的采光，而且能最大化的利用屋顶面积，安装更多的光伏组件，一举三得，实现光伏建筑一体化（BIPV），采用特殊的导轨设计，使得光伏串接線PV-1*4电缆可以在女儿墙处汇集;

3.2、更大的容配比设计，由于光伏组件的额定功率为25摄氏度，1000W每平米的洁净空气下的标称功率，实际工作环境由于受到各种因素影响，系统效率一般都在0.8左右，因此以1000KW的装机容量为基础，实际在全年最大出力点实时功率最多不超过800KW，因此我们在设计组串使，对于不同太阳能资源的辐照条件下，可以据实放大直流侧功率，以浙江为力，三类太能能资源地区，则单台125kw逆变器则可以考虑在直流侧接入150KW组件容量，这样则可以更大程度的降低交流册的成本，以达到降低系统成本的目的;

3.3、对于屋面集中的屋顶分布式光伏电站，尽量选用大容量升压变压器，第一变压器容量增加，则T接的变压器就会减少，不同型号的电缆就会减少，则电缆接头则会相应减少，电力人其实都知道，每一个电缆接头意味着，多一个故障隐患点，减少电缆接头则对于系统稳定运行多了一个保证，同时大容量变压器的使用，意味成本的降低，譬如以一个6MW的光伏电站为例，一个设计方案选择6台1000kva箱变，两外一个选择4台1600kva的箱变;第一种方案每台20万，则总价为120万，第二种方案每台25万，则总价为100万，相对于第一种方案，大容量变压器的选择，可以获得20万的成本降低，对于项目投资收益率来讲可以获得更高的收益回报。

3.4、高效大功率大尺寸组件的选择。我们知道光伏电站的发电单元都是通过一块块小的组件，串接汇集后再逆变及升压后实现并网发电，因此汇集的电缆成本也是系统中不小的一个比例，如何降低电缆使用量则是一个重要的课题，同样一个组串，譬如，对于60片电池封装的组件，如果我选择普通的315Wp单晶组件和高效的345Wp单晶组件，由于345Wp有更高的开路电压，则相同功率的容量下，势必电流会降低，则我们在考虑电缆载流量时，就可以选择小线径的电缆，对于整个电站而言，采用更高效的组件势必会带来更低的电缆投资;同样如果选择高效组件，则对于一个固定容量的电站而言，举个例子，以1MW光伏电站而言，使用315Wp组件需要3174块，对于345Wp组件则只需要2898块，则相应的固定的支架也会降低10%的成本，因此我们的系统成本又可以往下降低不少，所以如果在组件价格差异不大的情况下，尽量选择高效大规格组件。

3.5、由于之前大部分光伏电站对于运行设备状态的信息数据采集主要通过485屏蔽双绞线采集，由于为串接线，中间对接接头繁多，每根接线一般都要上传10余台设备的数据，如果某一段双绞线出线松动则该条接线尾端全部设备的信息就会丢失，稳定性极差，对于后台运维人员的检修维护工作带来不少的挑战，在对于隐患排除上更是困难重重，因此现在对于逆变器的通讯传输通过PLC载波实现，每一个阵列中通过箱变测控对于该阵列内所有设备进行汇集，然后再通过光纤环网实现数据传输，通过这种方式的通讯手段，则使得数据传输的稳定性得到极大的保证，对于后期运营维护保证电站长期持续的良性工作提供坚实基础。

4、结语

光伏行业随着这几年的大力发展已经有一个新兴行业变成一个传统的能源行业，在补贴退坡的前提下，通过自身的技术研发和开拓发展，不断的降低系统成本使得自身能更加适应市场行情，在一些光照资源丰富的区域不仅实现平价上网，更是已低于脱硫煤的发电电价，屋顶分布式光伏电站亦是是其重要的组成部分，相信后续慢慢成为每一个企业的标配电源，也相信后续会在改变能源结构，降低节能减排的道路上越走越远。

参考文献：

[1]魏启强.分布式光伏电站运维困难剖析[J].现代商贸工业，2019，40（36）：192.

[2]石巍，崔旭萌，张彦昌.屋顶分布式光伏电站优化设计[J].电力勘测设计，2018（01）：75-80.

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