基于某工程屋顶光伏发电系统的可行性研究

侯嘉

光伏发电是我国能源发展战略中可持续发展的新兴产业，光伏发电在人们日常生活中的大力推广和实施能够有效改变城乡用电方式、保障能源安全和改善生态环境。本文结合上海某工程屋顶光伏发电的中应用实例，对屋顶光伏发电系统的实施进行深入研究，以期为类似工程提供参考。

工程实例;屋顶;光伏发电系统;可行性

光伏发电是指利用太阳光能进行发电的系统，因此又被称为光电，光伏发电的原理是通过将半导体界面吸收的光能利用转换装置转换成电能的一种清洁能源利用技术，该技术的应用关键在于对太阳能电池的使用。太阳能电池在串联作用下形成太阳能电池组件之后，通过相应的功率控制器将其能源进行转换，构成光伏发电系统。该系统的应用优势在于不受地域限制，且污染小、无噪声、不需要额外架设输电线路就可就地发电。

近年来太阳能光伏发电应用规模正在不断扩大，且在能源的生产和消费方式的改变方面起着主导作用。我国自2006年起，在不断推广扩大光伏发电系统的应用，自2006年至今已经取得了较为积极的应用效果。尤其是在上海这个能源消耗大市，对上海能源的应用改变能够极大的改变上海燃煤能源的应用需求，对提高当地的环境质量，促进当地的节能减排具有积极作用。因此，在该城市中大力发展太阳能光伏能源系统具有重要意义。

上海作为能源消耗大市。在电力输出的动力支撑方面主要以水力发电和火力发电为主，其对能源需求在逐年上涨。2018年1-12月份，上海全市用电量139.8亿千瓦时，同比增长3.5%。其中，第一产业用电0.3亿千瓦时，同比下降10.8%;第二产业用电77.0亿千瓦时，同比下降1.2%;第三产业用电48.6亿千瓦时，同比增长13.4%;居民生活用电13.9亿千瓦时，同比基本持平。1-12月份本市用电量合计1566.7亿千瓦时，同比增长2.6%。

鑒于以上数据，当前上海能源消耗水平处于逐年上升的状态，这与实现能源可持续发展具有较大的差距，因此，为了满足我国电力能源可持续发展的战略要求，上海市需要积极开发本地清洁可再生资源，以此来满足上海市经济发展的需要，降低资源浪费。

本项目的屋顶光伏发电系统建设项目的建设单位是国家会展中心（上海）有限公司，其发电组件为的晶体硅光伏发电系统，建设地址位于上海市青浦区崧泽大道333号国家会展中心的屋顶位置，建设面积3万平方米。

上海市会展中心的屋顶结构以钢结构为主，且建设面积大、无障碍物、表面平整，对光伏系统的大面积安装极为有利。且经过相关数据计算，上海会展屋顶的屋架负荷能力能够满足光伏电站的施工载荷要求。

该工程项目的建设地点位于北纬31.2°，东经121.3°，跨域范围小于0.1度，对光伏发电系统安装的稳定性以及阳光照射强度的接收具有较大优势。通过利用相应的RETScreen软件对上海市的日照情况进行分析监测发现，上海地区的全年日照辐射总量约为1390.65kWh/m，水平面平均日照辐射量约在3.81kWh/md。同时根据相关业主提供的当地气象局的实测数据可知，当地的全年日照辐射总量为4570MJ/m。鉴于数据数值的差异性，笔者将以业主提供的实测数据为建设标准。

上海市拥有全国最大的城乡一体化电网，自2010年起，上海市全市的用电量就达到了1296亿KWh。在上海市“十二五”规划的电网建设背景下，当地部门以智能化电网改造为契机，形成了“双环”、“九射”、“十五片”的城市电网布局建设目标，并进一步对受端电网的结构进行了完善。自2015年起，上海就拥有了15座500千伏的变电站，电能总容量也达到了40400兆瓦。其中还建有140座的220千伏变电站，电能总容量为64360兆瓦，10（35）千伏电网10千伏降压总容量将达到51327兆瓦。

光伏发电系统的配电系统主要由计量装置、并网逆变器、直流检测配电箱、光伏组件等组成。通过光伏组件能够将太阳能转化为直流电力，然后通过直流检测配电箱过渡到并网型逆变器，最终使直流电转化为与电网同相位、同频率的正弦波电流。由于本工程的总装机容量为，因此根据相关的并网技术应用准则将直流电逆变成的交流电之后，将设置6个400V的接入点，且将接入点的容量均设置为，以此来达到光伏发电余电自用、自发自用的基本目标。

本工程的建设地点在上海国家会展中心场馆办公楼的屋顶，其建设目标为建设2MWp屋顶并网光伏电站。在工程建设中，光伏系统没有设置储能装置，因此在太阳光照射到光伏组件之后，光伏组件能够直接将其转换成直流电，然后再通过逆变装置将其转换为交流电，最后通过变压器的升压作用将电力输送到电网。

为了保持建筑外观的美观性，在光伏系统的安装设计中，要对建筑感官效果的影响降到最小化。基于此，本工程在光伏组件的安装方面采用10°倾角固定式安装方式，且光伏组件支架系统全部沿着屋面进行安装，共计安装组件数量为块，其峰值功率在左右。这种安装方式不仅对光伏系统与建筑物的协调融合性起到了显著作用，同时也满足了发电量的需求，对提高建筑物的美观性和协调性具有较大意义。

根据上海市国家会展中心的光伏发电系统的安装规划方案，覆盖了场馆3个办公楼的屋顶，电站建设的光伏组件以的多晶硅构件组成，安装方式以倾角固定安装为主。屋顶面积的可利用率达到3万平方米左右，且根据屋顶平面图和屋顶面积的综合计算以及光伏电站的布局方式可知，电站安装容量在左右。

当前我国的光伏组件类型较多，且功能差异大，为了满足本区域的光伏发电能源供给需求，在光伏组件的选择上，根据光伏系统的实际安装环境、施工条件以及交通条件等因素为前提，同时还以产品运行稳定性以及安装技术的成熟性为基础，有针对性的对光伏组件类型进行合理选择。除此之外，还根据电站建设所在地的实际太阳能资源供应情况以及光伏组件的具体类型，对光伏发电站的年发电总量进行计算，以此为光伏组件的最佳选择提供有力的数据支撑。

根据业主提供的太阳光照总量数据资料可知，上海市的全年太阳总辐射量为。光伏组件安装倾角在10°左右，但是组件的朝向位置与正南方向之间存有14°的夹角，根据全年日照辐射总量对倾斜面按照进行计算，然后根据标准日照条件进行折合计算得出，下日照峰值小时数为小时。经过对统计数据进行分析可知，光伏组件的倾斜面的年辐射量为，年发电量的小时发电量的初始值为：

光伏组件的光电转换效率在时间的推移下会逐渐降低，且整体光伏发电系统的年应用寿命在25年内也会在小时数的变化中逐渐降低。

通过光电转换效率对光伏组件的效率衰减速率进行计算得知，在该系统应用的第一年，其衰减速率在2.5%以下，10年间的转换效率也不会超过10%。其计算公式如下：某年（N）发电量=初始年发电量x（1-N×组件衰减率）。因此可以将该系统的25年具体发电量估算结果为总发电量为万度，总发电利用小时数为，年平均发电总量为万度，年平均发电当量小时数：900.7h。

综上，在光伏发电系统的屋顶安装中，不仅需要对其电价、电量消耗以及发电量进行综合考虑，同时对发电组件的选择类型也要进行综合考虑。一般情况下，在能耗较大的工业园区或者办公场所，由于其办公量大，工作连续性强，其能源应用消耗情况大，针对这种区域，相关部门应该加大对光伏供电的持续推广和实施力度，以此来降低不可再生资源的发电消耗，提高资源利用效率。

[1]暴二平，祝新成，崔海明，等.某工程屋顶光伏发电系统的可行性分析[J].智能建筑电气技术，2015，9（3）：24-29-40.

Photovoltaic power generation is a new industry of sustainable development in China's energy development strategy. The promotion and implementation of photovoltaic power generation in people's daily life can effectively change the way of urban and rural power consumption， ensure energy security and improve the ecological environment. In this paper， the application of roof photovoltaic power generation system in a project in Shanghai is studied in order to provide reference for similar projects.

Engineering example; Roof; Photovoltaic power generation system