工厂建筑群建设房屋顶太阳能发电项目的探讨

刘常碧

(广东粤电湛江生物质发电有限公司，广东 湛江 524399)



工厂建筑群建设房屋顶太阳能发电项目的探讨

刘常碧

(广东粤电湛江生物质发电有限公司，广东 湛江 524399)

随着社会经济的高速发展和传统能源的日益稀缺，开发新能源成为了当今时代的重要课题。太阳能因其良好的再生能力与丰富的储存量在新能源中占据了重要的地位。结合太阳能光伏发电的具体例子，分析了生物质发电厂光伏发电项目的经济可行性，提出了工厂利用厂房屋顶光伏发电的方法，为推广工厂屋顶光伏发电技术提供了有力依据。

厂群；屋顶太阳能发电；经济效益

1 太阳能发电原理

太阳能光伏发电的能量转换器是太阳能电池，又称光伏电池。太阳能电池发电的原理是光生伏打效应，当太阳光照射到太阳能电池上，电池吸收光能，产生光生电子-空穴对。在电池内建电场作用下，光生电子和空穴分离，电池两端出现异号电荷的积累，产生“光生电压”，这就是“光生伏打效应”。若在内建电场两侧引出电极并接上负载，则负载就产生“光生电流”流过，从而获得功率输出。这样，太阳的光能就直接变成了实用的电能。可把上述太阳能电池将光能转换成电能的工作原理概括为如下3个过程：①太阳能电池吸收一定能量的光子后半导体内产生电子-空穴对，称为“光生载流子”，两者的电性相反，电子带负电，空穴带正电;②电性相反的光生载流子被半导体内的P-N结所产生的静电场分离开心；③光生载流子和空穴分别被太阳能电池的正负极收集，并在外电路中产生电流，从而获得电能。这个过程的实质是光子能量转换成电能的过程。其发电量可通过下式进行计算：

发电量Q=Sa×Rβ×ηs×ηm

式中，Sa为方阵总面积;Rβ为倾斜方阵面上的太阳总辐射量;ηs为并网光伏系统发电效率;ηm为太阳电池组件转化效率。

ηm=K1·K2·K3·K4·K5

其中，K1为光电电池长期运行性能修正系数，K1=0.854;K2为灰尘引起光电板透明度的性能修正系数，K2=0.9;K3为光电电池升温导致功率下降修正系数，K3=0.9;K4为导电损耗修正系数，K4=0.95;K5为逆变器效率，K5=0.977。

地面太阳能发电系统可分为离网运行和联网运行两大类，其中离网系统又称独立型太阳能光伏发电系统，主要为远离公共电网的无电地区提供电能。联网型是与公共电网相联接的发电系统，是光伏发电技术的发展方向，其主要组成部件是太阳能电池方阵和联网逆变器两大部份。其中，联网逆变器是联网型光伏发电的核心部件和关键技术，它具有自动开关、最大功率跟踪、防单独运行、自动电压调整和异常情况排解与停止功能。

2 湛江生物质发电厂光伏发电系统

2.1 光伏发电系统组成

湛江生物质发电厂现有全球最大的2台50 MW纯直燃生物质的火电机组，现利用厂房、办公楼、干料棚等屋顶建成了总装机容量为1 002.96 kW的光伏电站，光伏发电系统共占用面积7 122 m2，采用280 W多晶硅，共3 582块；总装机容量为1 002.96 kW，并网形式为380 V低压并网。系统主要由太阳能光伏组件、智能防雷汇流箱、直流防雷配电柜、并网逆变器、交流防雷配电柜、监控系统等组成。

厂内电站光伏发电系统由3个发电分系统组成，可以分区实施、分步并网发电。每个并网光伏发电单元按每18块太阳能板串联成一组，共需配置199组电池串列。

子系统1共有148组电池串列汇入10个汇流箱，分别接入3台直流防雷配电柜，再接入3台250 kW逆变器汇流逆变，最后接入交流防雷配电柜并入输料段380 V厂用电系统。

子系统2共有8组电池串列汇入1个汇流箱，分别接入1台直流防雷配电柜，再接入1台55 kW逆变器汇流逆变，最后接入交流防雷配电柜并入综合水段380 V厂用电系统。

子系统3共有43组电池串列汇入3个汇流箱，接入1台直流防雷配电柜，再接入1台250 kW逆变器汇流逆变，最后接入交流防雷配电柜并入检修办公楼段380 V厂用电系统。

2.2 主设备的技术规范

太阳电池组件采用江苏东方电气迈吉280 Wp多晶硅太阳电池组件。太阳能电池组件主要性能参数与太阳能电池板的分配可见表1、表2。

表1 太阳能电池组件主要性能参数

3 太阳能发电项目经济效益分析

3.1 项目费效比和回收期计算

1) 电站建成1 000.63 kWp光伏电站系统，总投资额为1 701万元。

2) 依据《关于实施金太阳示范工程的通知》财建[2009]397号，太阳能发电项目上网电价实行政府定价，其电价标准由国务院价格主管部门按照合理成本加合理利润的原则制定。

表2 太阳能电池板的分配

3.2 项目建成后，系统生产运行情况

1) 按现有系统运行情况估算，1 000.63 kWp光伏电站系统新增部分年发电量约1 200 756 kW·h；

2) 系统建成后，基本不发生其他费用；

3) 不计税收因素；

4) 按电池最低保证寿命，评价期为25年；

5) 若根据国家金太阳政策光伏电站项目补助政策，每瓦补助11元，扣减补助后的总投资为1 701-(1 000 630×11)=601万元。总投资每年分摊后成本为601/25=24.04万元；

6) 根据湛江市工业用电0.75元/kW·h计算，营业税金及附加费用占1.7%，维护人员工资及福利费(2人编制)按25年累计为250万元，设施维护维修费用累计250万元，所得税收取费未营业利润的25%，固定资产折旧是扣除补助后的资产进行折旧，年发电量每年都会有损耗，所以每年的发电量是不一样的。

3.3 项目利润动态投资分析

对该项目进行动态投资成本分析，其结果如表3所示。

表3 动态投资成本分析结果 万元

25年内各项总额如表4所示。

表4 项目利润表合计 万元

由表3和表4测算可得25年的投资净利润为642.50万元，平均每年盈利25.7万元。因此，广东粤电湛江生物质发电厂光伏发电项目不仅符合国家有关产业政策，其经济效益具有较大优势，此项目可成立。实现了优化能源结构、高效环境保护与产业盈利的双赢局面。

4 推广工厂太阳能发电项目

太阳能发电具有良好的经济效益，在工厂建筑群普及屋顶太阳能发电更拥有显著的优势。

4.1 良好的经济效益

从长远的角度计算，太阳能发电在25年内能盈利642.5万元，具有良好的经济效益。并且25年后仍能继续发电，持续为工厂提供厂用电，使用时间越长，经济效益越明显。

4.2 参与电网调峰，规避错峰用电

光伏发电效率与太阳光强度密切相关。每天中午太阳光强度特别高，此时发电效率最高，而夜晚到日出的过程中太阳能发电的功率几乎为零。结合工业用电与居民用电的实际情况，在白天用电高峰期间，太阳能发电能保证其高效发电，这就降低了其他发电形式在每天高峰期的发电压力，为电网调峰减轻负担。同时也能有效地规避用电高峰时期的拉闸限电政策，保证工厂的运作按计划进行。

4.3 有效利用厂区屋顶的空余面积

大部分工厂都建有工厂棚或厂房顶棚等，此空间缺乏有效利用。如果在屋顶建筑群这个空余的空间装设太阳能发电设备，既能有效利用屋顶、顶棚的空间，又能减少厂区用电压力。而且太阳能发电设备投资一次性完成，能持续为工厂提供厂用电，从长远的角度看必定能降低工厂能耗，达到提高效益的效果。

4.4 设备维护简单、费用少

太阳能发电一般采用无人值班、全自动运行方式设计，管理人员由普通电工兼任即可。设备维护十分简单，只要电路部分不出现故障，只需要定期清理太阳能板上的积灰，便能保证设备高效运作，维护过程简单、费用少。

5 结 语

太阳能发电因其资源丰富、高效低污染等优点得到了快速的推广发展。工厂光伏发电项目既能有效利用厂区空余空间，又能参与电网调峰，同时维护成本低、操作方便简单，并具有良好的经济效益。在工厂建筑群推广屋顶太阳能发电项目具有很强的可行性，在创造经济利润的同时又能为国家能源优化作出贡献，值得大面积推广应用。在现行的绿色低碳，节能减排的环境下，湛生生物质电厂以直燃农业废弃物和利用厂内建筑群光伏发电两大低碳发电技术打造出绿色循环电厂，并在行业内树立典范。

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(责任编辑 佟金锴 校对 张 凯)

The Probe into Setting up Roof Solar Power Generation System on Factory Buildings

LIU Changbi

(Guangdong Yudean Zhanjiang Biomass Power CO.,LTD.,Zhanjiang 524399,Guangdong Province)

With the fast development of social economy and the increasingly shortage of traditional energy,exploitation of new energy sources is becoming an important issue of current society.Solar energy takes an important place in new energy sources because of its excellent regeneration ability and abundant storage.This paper analyzes the economic feasibility of the photovoltaic power generation project in biomass power plant by combining with the specific example of solar photovoltaic power generation system.The paper further presents the advantages of rooftop solar power generation system on factory buildings and gives strong proof to the promotion of rooftop solar photovoltaic power generation technology in factories.

factory building;rooftop solar power generation system;economic benefit

2015-04-15

刘常碧(1980-)，男，湖南涟源人， 工程师。

10.13888/j.cnki.jsie(ns).2015.03.004

TM615

A

1673-1603(2015)03-0209-04