屋顶分布式光伏发电技术应用研究

2018-02-20李阳波胡伟国

现代工业经济和信息化 2018年15期

李阳波，胡伟国

（遂昌县明盛电业有限责任公司，浙江丽水 323300）

引言

传统电能的开发使用火力、水利发电，消耗了大量的资源，造成了一定的环境问题，导致我国环境问题日益严重，始终未能得到有效解决，研究清洁能源开发已经成为解决我国电力问题和环境问题的重要途径。屋顶分布式光伏发电是近几年出现的发电技术，有效减少了资源浪费和环境污染问题，有效促进我国电力事业的可持续发展。

1 分布式光伏发电技术

分布式光伏发电是一种新型的发电技术，通常建立在用户场地附近或屋顶，通过转化太阳能或风能的方式进行发电，可以有效代替一部分火力发电和水利发电的资源利用，是一种因地制宜、清洁、就近利用、智能化的发电方式，是截至目前对太阳能、风能等清洁能源最有效的利用方式。分布式光伏发电利用光伏组件，将太阳能转化为电能，接入电能输配网络后就近为用户提供电能，这种发电技术不仅有效降低了火力或水利发电的资源浪费，还降低了电能在长距离输配过程中的损耗，有效缓解部分地区的用电紧张问题[1]。

2 分布式光伏发电技术组成

光伏发电系统通常情况下被划分为离网和并网两类，其中离网光伏发电属于蓄电池充能，只需要光伏发电阵列、电子电力交换器、蓄电池即可组成一个完整的离网光伏发电组，蓄好能量的蓄电池即可应用于不同的用电设施之中，具有灵活、简单的特点。本文中重点分析的光伏发电系统是并网光伏发电，由光伏发电阵列转化，经电力电子交换器和网络化均衡后可直接接入外部电网，直接作用于附近的用户，系统性造价较低，规模更大，利用起来更加方便，但其中涉及到的技术性内容更多，不确定问题更多。

2.1 电力电子交换器

光伏发电中的光伏阵列是非常重要的发电部件，主要负责转化吸收的太阳能，当光伏发电部件完成能源转化后需要将其转化为适合电能输配网络的电压进行输出，电力电子交换器就是这样一个功能。目前，常见的交换器是DC-DC-AC结构，可以有效进行升压满足电能输配网络对输出电压的要求，且能够直接将直流电转化为交流电，供用户使用；DC-AC结构因输入电压高于输出电压的关系，只能进行降压转化；DC-DC结构的交换器可以进行升压转化，因此常见的交换器结构是DC-DC-AC结构，属于组合形式的交换器[2]。

2.2 储能元件

储能元件是光伏发电技术中非常重要的组成部分，因其在交流电路中无能量消耗，只有能源的转化，因此被称为储能元件。拥有储能元件的电路可以实现能源形态转化过程中的平稳过渡，保持能源能量的稳定，是光伏发电技术中颇为重要的一环，寻找到合适的储能元件搭配电力电子交换器，可以有效实现太阳能转化，并提高能源利用效率，为就近用户提供更多的优质清洁能源，更多地节省火力、水力发电的能源消耗。

2.3 网络化均衡控制

网络化均能控制是分布式光伏发电技术实现的重要环节。同一片场地内，不同位置、角度的光伏发电单元会接收到不同量的太阳能，同一生产批次的电力电子交换器和储能元件的功率存在细微差别，如何使不同容量的光伏发电单元能够输出相同比率的电能，就要依靠网络化均能控制来实现。目前，网络化均能控制的工作方式是通过本地通信网络，自动调整光伏发电系统中各个发电单元的功率，使其维持在一个相对稳定的输出比率上，进而实现输出稳定电压的工作目标。因为分布式光伏发电需要并联入传统电网，顶替一部分传统发电方式产生的电能，一旦光伏发电系统输出的电压不稳定，就会影响到用户甚至整个网络的电压不稳，为了避免类似的电压波动导致的用户用电故障，网络化均能控制系统必不可少。

3 屋顶分布式光伏发电技术应用

目前，我国现行的关于光伏发电的有“光电建筑一体化”和“国家金太阳”等补贴项目，还有关于上网电价的优化项目“分布式光伏发电”，都在不断推进我国分布式光伏发电的应用，对我国人民使用上更清洁的能源，减少资源消耗，降低环境污染程度具有重要作用。

3.1 屋顶分布式光伏发电优势

屋顶分布式光伏发电极大地发挥了光伏发电的就近使用优势，在城市发展不断加深的当代，大中小型城市中人口密集、寸土寸金，在用户附近单独划分出场地进行光伏发电明显不现实，将光伏发电设置在闲置的屋顶或外墙面上，可以有效利用起建筑物的无用空间，减少额外用地的成本，提高分布式光伏发电的应用效果。

屋顶分布式光伏发电建立在屋顶或建筑物外墙面，距用户的距离非常近，可以有效降低在用电紧张地区建设输电设备或增设电网线路的建设成本，对于用户来讲，屋顶分布式光伏发电可以有效降低用电的成本。即使在冬季或阴天、夜晚无法进行太阳能转化的时间段，也可以使用外部电网进行供电，在节约成本和资源的基础上保证了用户用电的稳定性和可靠性。

屋顶分布式光伏发电契合了用电高峰期的用电需求，通常情况下，城市中的用电高峰集中在夏季，建筑物内的用户使用了大量的制冷、控温设备，导致用电量飙升，但夏季同样是屋顶分布式光伏发电设备能够接受到大量太阳能的季节，有效保证了用户用电稳定性和可靠性的同时，降低了传统发电消耗的化学资源量和对水体的污染量，极大地缓解用电和资源紧张问题[3]。且设置在屋顶和建筑外墙表面的分布式光伏发电设施有效阻隔了太阳光直射建筑物表面的概率，极大地降低了建筑物室内的升温程度，间接降低了室内用户对制冷、控温设备的依赖性，减少了对电能的消耗，可以空余出部分电能供应其他用户；避免大面积直射后，建筑物外墙的损耗程度也能够得到大幅度减低，充分节约了建筑物运维的成本和维修成本，对建筑物延长使用寿命亦有极大的帮助。

3.2 屋顶分布式光伏发电具体应用方式

3.2.1 光伏发电设备代替屋顶材料

用光伏发电设备代替屋顶材料可以有效提高光伏发电的效率和可靠性，因为屋顶接收太阳能的效率最高，且遮挡最少，又因为现代建筑物多为平顶，光伏发电设备紧贴屋顶可以有效避免风力对设备的影响，还可以节约支架的制作和安装成本。光伏发电设备覆盖的屋顶可以间接做到保温隔热，是能够实现太阳能利用的保温材料，只需要注意光伏发电设备的防水、防渗漏，且在北方地区使用的光伏发电材料需要能够抵抗零下30～40℃甚至更低的室外温度，就可以实现对屋顶材料的替换。屋顶瓦与光伏发电设备的结合，可以在实现转化太阳能发电的基础上，保护建筑物屋顶不会漏水、冻裂、高温暴晒。

3.2.2 光伏发电设备代替建筑物外墙

目前，我国城市建筑中多采用玻璃幕墙、墙砖、保温材料作为建筑物外墙，这使得建筑物外墙成为更新换代速度最快的建筑物组成部分，且玻璃幕墙极容易对周边居住的居民造成光污染。光伏发电设备代替建筑物外墙不仅可以实现对太阳能的吸收和利用，避免在夏季室内温度上升幅度过大，降低用户对空调等设备的依赖性，从而降低电能的消耗，还可以避免光污染的形成，给周边用户提供更加优质的生产和生活环境，还可以将多余的电能用于周边LED、路灯、声控灯、公交站牌、应急电能储蓄等需要电能维持的部分，也可以与路灯、围栏等部分的分布式光伏发电设备结成网络，共同进行就近供电，充分提高屋顶分布式光伏发电技术的应用效率和效果，为降低我国煤炭资源消耗量、减少发电导致的水污染问题作出贡献。