城镇住宅小区厂房屋顶光伏开发应用研究

曹爽

随着时代的发展，光伏发电可利用的土地逐年减少，光伏与建筑一体化的应用逐渐成为世界各国太阳能利用的主流趋势。本文主要针对城镇住宅小区厂房屋顶光伏开发应用进行探讨及研究，同时结合自身工作经验，针对此类问题中所存在的一些不足之处提出意见和建议，希望能够为同行业工作者提供更多有效的參考。

关键词：太阳能;并网系统;光伏发电

引言：与其他能源相比较而言，太阳能有着储存量无限性、普遍性、清洁性和经济适用性的特点。光伏发电在许多城镇住宅小区厂房的屋顶中得到了广泛的应用。本文深入的研究了我国南方某地区A小区屋顶43kw光伏并网发电系统，并且对其运行5年的数据进行分析。

1、工程概况

我国南方某A小区屋顶光伏并网发电系统为我国国家住宅工程中心2007年度太阳能建筑示范工程。工程在国内首次实现了居民住宅小区屋顶光伏发电系统的应用。在建设过程当中，光伏发电系统的组件布置和住宅建筑进行了完美的融合，同时系统实现了全自动全智能化的设计要求，并且此系统在未来的5年之内始终保持着良好的运行状态。此小区从2007年1月1日开始运行。直到2013年3月共累计运行63292h。累计发电量259464kWh，在这一过程当中共节约标准煤95742kg。实现减排226252kg。取得了良好的社会和经济效益。

2、屋顶光伏发电系统的组成

光伏发电系统通常由光伏方阵、蓄电池组（可选）、蓄电池控制器（可选）、逆变器、交流配电柜和太阳跟踪控制系统等设备组成：高倍聚光光伏系统（HCPV）还包括聚光部分（通常为聚光透镜或者反射镜）。小区占地面积64788m2，建筑面积为13.4万m2。小区在建筑结构上为南北走向。小区周边无过多的高大建筑，因此其日照条件尤为优越。光伏并网系统安装于小区20号楼楼顶，功率43575Wp。其西侧平台面积为87m2，共安装组件36块。斜屋面积为113.9m2，安装组件87块。露台总面积为233.44m2，共安装249块组件。该小区采用的万能设备为德国某公司生产的并网逆变器。其型号为SMC6000TL和SB5000TL。其逆变器的换能效率分别为98%与96%。此小区43kWp光伏并网电站系统电气部分构成由直流部分、交流部分、管控部分这三部分共同构成。

3、屋顶光伏发电系统的设计

3.1设计原则

针对并网型光伏系统进行设计的过程当中，必须要考虑到其环境条件、系统性能、光伏子系统、功率以及功率调节系统容量等相关因素。其次，系统采取设计过程当中必须要有冗余量。同时设计其保护功能，进一步地提升系统运行的可靠性与精准性。再次，在系统设计过程当中，必须要充分的考虑到建站地点的地理条件以及环境因素等问题。例如，如果设计的系统位于海洋环境或者潮湿环境中，其相关工作人员必须要考虑到系统的耐候性问题。如果系统设置为地震多发地区，就必须要考虑到其相应的防震设计问题。最后，系统设计过程当中必须要考虑到现场场地位置问题。例如，地点的经度、纬度、海拔高度、太阳总辐射、直接辐射、散射辐射、最长降雨天数、最大风速以及一些相关的气象资料数据。同时还应该参考条件相似地点的气象资料对其进行综合性的运用与设计。

4、太阳辐射量对光伏发电系统效率的影响研究

通常情况下，影响并网光伏电站发电量的主要因素涵盖了装机容量、综合效率以及太阳辐射三方面。本项目所在区域属于季风型气候，地理位置四季分明，冬夏稍长，秋冬略短。其年平均气温保持在16度左右，在7月份的最高平均温度为28度，1月份平均气温为3.8度。该地区平均每年日照时数为2038h。太阳能辐射量保持在4000～4800MJ/m2。

4.1通过研究表明该案例。

地区气象的平均太阳辐射强度。在4-9月份较强。同时在2009年4月份时，4月份15日分别发电为197195kWh。2007年5月19日单日发电数为200kWh。在1-3月、10-12月，由于太阳辐射强度较低，直接地影响了发电效率。

4.2太阳高度角对光伏发电系统效率的影响

太阳高度角即太阳能光伏方阵的斜角。本项目位于北纬30°02'—30°24'和东经121°02'—121°42'之间，其最佳斜角为30°。根据建筑条件的实际情况分别采用了7°、30°、31°的倾斜角。其中斜角为7°的露台方阵发电效率最低，安装斜角为30°的不受遮挡影响的平台方阵其综合发电效率由最为明显，斜角31°的斜屋面的方阵由于受到了立面应用的影响，发电效率受到了一定的制约。由此可见，日照时速是影响光伏发电效率的最为关键性因素。通常情况下，日照时长便在地面会获得更多的太阳能辐射量。对比该案例五年内日照时数和其相对应的发电量便可以分析出光伏系统发电率与日照时数能够显示出较好的线性关系，日照时间越长，光伏系统发电效率越高。

5、结束语

长期以来制约着我国光伏技术应用和推广的最大难题便是其高昂的成本。随着光伏组件价格的进一步降低，我国在光伏系统的平均造价问题上也得到了一定的缓解。城镇住宅小区屋顶光伏发电并网系统能够大幅度地降低小区的电力消耗，同时有效地解决电网压力，也进一步地提升了工作的可靠性，同时达到了节能减排、绿色发展的目标，提升经济效益、环境效益的双向目标。光伏与建筑一体化的应用前景十分广阔。

参考文献：

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