大学校园太阳能光伏发电应用研究

郑雪芳+钱文华

【摘 要】太阳能是一种可再生的清洁能源，加大太阳能的使用规模，对于保护人类赖以生存的环境意义重大。本文对在大学校园内建设太阳能光伏发电项目进行了可行性分析，并探索了校园光伏发电的应用方向、经济效益以及确保供电安全的保障措施，为在大学校园内建设光伏发电系统提供科学依据。

【关键词】太阳能；光伏发电；大学校园

0 前言

当前，我国的能源结构以常规能源（煤、石油和天然气）为主，由于常规能源的不可再生性，势必使得能源的供需矛盾日益突出，而作为可再生能源的太阳能，具有“取之不尽、用之不竭”的特点。因此，充分利用太阳能资源，大力开发可再生能源是经济可持续发展的需要。

我国属太阳能资源丰富的国家之一，全国总面积2/3 以上地区年日照时数大于2000小时。因此，我国的太阳能资源具有良好的开发前景和较高的可利用价值，太阳能可作为地区能源供应的有效补充，具备建设太阳能光伏发电站的条件。

为促进光伏发电产业技术进步和规模化发展，国家发改委于2013年7月18日颁布了《分布式发电管理暂行办法》，推进分布式发电的发展；又于2013年8月30日颁布了《关于发挥价格杠杆作用促进光伏产业健康发展的通知》，明确分布式光伏发电项目的补贴被定为0.42元/千瓦时。国家能源局于2014年9月颁布了《关于加快培育分布式光伏发电应用示范区有关要求的通知》（国能新能[2014]410号文）[1]和《国家能源局关于进一步落实分布式光伏发电有关政策的通知》（国能新能[2014]406号文）[2]，为破解分布式光伏发电应用的关键制约，大力推进光伏发电多元化发展，加快扩大光伏发电市场规模起到了促进和推动的作用。

1 光伏发电系统的主要组成和原理

1.1 光伏发电系统的组成

太阳能光伏发电系统主要由下述4部分组成：

（1）直流部分：包括光伏组件及支撑结构（支架和基础）、直流汇流箱（如有）。其设备安装方式为：光伏组件安装在组件支架上，布置在建筑物屋顶上；直流汇流箱直接安装在电池组件支架上，户外壁挂式安装，防水、防锈、防晒，满足室外安装使用要求。

（2）交流部分：包括高、低压配电柜、逆变器等。安装于校园配电室内。

（3）控制检测部分：包括光伏系统后台监控等。

（4）附属设施部分：包括防雷击接地保护装置等。

1.2 光伏发电基本原理

光伏发电是一种新型的发电模式，是通过光伏组件产生光伏效应，从而实现光电转换形成电流，再配合功率控制器等部件，组成光伏发电系统，如图1所示。

2 发展校园光伏发电的应用研究

2.1 可行性分析

学校有一定规模的用电需求，且用电量比较稳定可靠。而学校所处的地理位置普遍拥有良好的光伏发电环境，太阳能资源丰富且日照稳定，可就近发电，有利于学校的节能减排，打造环保节约型的绿色校园。

另外，学校具有一定规模的建筑群，如大量的教学楼、宿舍等，有较大面积的空置屋面，且结构承载能力良好。并且学校建筑物的产权独立，运营稳定，一般不会出现停业、倒闭、查封等风险。上述因素为发展校园光伏发电提供了必要条件。

光伏发电系统结构简单，体积小，重量轻，便于运输和安装。光伏发电系统能量转换过程简单，不存在机械运动，操作维护方便，运行稳定可靠，基本可以实现无人值守。光伏发电系统安装简单快捷，安装周期短，大部分工作均在室外组合拼装，不会对学校的正常教学工作带来不利影响。

除此之外，部分学校开设有光伏专业或光伏课程，校园光伏电站可以作为学校最方便的学生实训基地，让学生能够在校园中就能最直接的认识光伏发电，最大程度激发学生对新能源的探索和研究。

2.2 应用方向

校园光伏发电具有深远的应用前景，具体实践中主要有以下的应用方式：

（1）校园内路灯可采用风光互补型，独立发电，节约电缆等建造成本。

（2）校园内建筑物大量闲置屋面可以开发建设屋面分布式光伏电站，自发自用，余电上网，既降低校园本身用电成本，余电还能带来收益。

（3）新建建筑物除了可以考虑开发建设屋面分布式光伏电站之外，还可以结合光伏建筑一体化（BIPV），如光伏幕墙、光伏瓦等。

（4）公告栏、宣传栏、书报栏等设置挑檐，挑檐区域设备光伏组件，既可以兼作雨篷，又可以发电为提供照明。

（5）校园内车棚采用光伏车棚，再结合电动汽车充电桩，所发电量可以供日常使用和电动车充电使用。

2.3 收益分析

以一般中等规模学校为例，建设1MW屋面分布式光伏电站，按照分布式发电项目用户自发自用余电上网来测算，年发电量约为100万KWh，其中50%自用，50%上网。收益模型如下：

（1）国家补贴：0.42x1000000=42万元

（2）上网电价：0.391x500000=19.55万元

（3）自用电电费：0.8x500000=40万元

合计收益为101.55万元，由此可见，校园发展1MW光伏电站，除了可以节约原本需要缴纳的40万元电费以外，还能有61.55万元的额外收益。

2.4 安全保障措施

为了保证供电安全，在项目建设过程中，应当采取如下的安全保障措施：

（1）充分利用原建筑的防雷接地措施，做好光伏电站的防雷接地系统，避免雷击等自然灾害。

（2）屋面应设置专门的爬梯，四周做好防护措施，避免高空坠落事故。

（3）光伏电站区域做好视频监控系统，禁止闲杂人员随意进入光伏电站区域，防止意外触电事故。

（4）彩钢板屋面应设置专业维护通道，防止随意踩踏损坏原屋面，避免屋面漏水等隐患。

另外，在项目顺利并网发电后，应安排学校后勤电气工作人员定期巡查，及时排除光伏电站故障，确保供电安全。

3 结语

近年来，我国经济保持长期高速增长的态势，且人口众多，对能源的需求日益增大，供需矛盾日益突出。常规能源由于其不可再生的特点，而且对环境的影响也日趋严重，故此对新能源技术的开发、应用和推广就显得尤为重要。光伏发电在国内的发展也得到了国家的大力扶持，国家给予了很多的政策鼓励，光伏发电市场也日渐成熟。在校园里开发建设光伏电站，不仅可以解决能源问题，为学校带来额外的收益，还可以进一步推动光伏發电技术的发展，有利于改善国家能源架构，拥有更多绿色能源，打造低碳节约型社会。

【参考文献】

[1]国家能源局.关于加快培育分布式光伏发电应用示范区有关要求的通知[EB/OL] http：//www.solarpwr.cn/bencandy.php？fid=58&id=18657.

[2]国家能源局.国家能源局关于进一步落实分布式光伏发电有关政策的通知[EB/OL]http：//zfxxgk.nea.gov.cn/auto87/201409/t20140904_1837.htm.

[3]孙仲武，张俊君.大学校园太阳能光伏发电的实践及构想[J].陕西建筑，2009（9）：44-48.

[4]张萍，张大鹏.校园光伏建筑一体化应用研究——以山东建筑大学1MWp太阳能光伏并网发电示范项目为例[J].四川建筑科学研究.2015（8）：137-141.

[5]孙仲武.光伏发电在大学校园的应用与探索[J].四川建筑科学研究.2013（12）：332-334.endprint