浅谈某办公楼离网式光伏储能发电系统设计

孙建鹏

（上海电气电站环保工程有限公司，上海 201199）

光伏发电技术以能源的清洁性、建设的便利性，目前，得到了广泛的发展与应用。在光伏发电技术中，多数以并入电网的形式运行，包括大型光伏电站，利用建筑物屋顶或外立面的光伏发电。根据光伏发电容量，以不同的电压等级并入电网，提高了用电的可靠性。

在部分偏远地区，电网的接入较困难。光伏发电多以离网方式（不并入电网）运行，对可靠性有较高要求的用户，多采用光伏+储能形式运行。

1 工程背景

某办公楼位于上海市松江区，建筑物尺寸为38.5m×15.6m×18.5m，为6 层办公建筑。本次做屋顶花园改造，规划在屋顶塔楼设置具有示范作用的光伏发电系统，为屋顶花园用电设备供电。

该办公楼（编号为B 楼），配电间位于于1 楼，电源为380V/50Hz，引自同园区A 楼，与电网结算电量的电能计量表计设在A 楼。

因B 楼供电系统与其他建筑连接，且没有独立的电能计量表户号，按照目前规定，不能办理设置并网式光伏发电系统。因此，设置离网式光伏储能发电系统是比较好的选择。

2 离网式光伏储能发电系统

2.1 系统构成

如图1 所示，离网式光伏储能发电系统由光伏发电组件、控制器、蓄电池、逆变器和交流负载组成。

光伏组件吸收太阳能，转变为直流电能，经逆变器转换为交流电，供交流用电负荷使用。蓄电池作为储能元件，在光照良好时，储存电能；在光照不足时，放电供负载使用，提高了供电可靠性。控制器监测并调整系统运行工况。

2.2 用电负荷

本项目用电负荷为屋顶花园观光走廊内空调。多联机空调，设备功率为2.7kW/台，共2 台。总用电功率为5.4kW。

2.3 系统设计

（1）装机容量计算。根据各地太阳能资源条件和建设成本，我国分为三类太阳能资源区，如表1 所示。根据表1可知，上海为III 类资源区，年等效利用小时数按照1200小时考虑。

图1 离网式光伏发电系统原理图

按照用电负荷每天工作8 小时考虑，每天需要用电5.4×8=43.2kWh，则与用电负荷配套的光伏系统装机容量为：

选用高效单晶硅340wp 光伏组件，需39 块光伏板，39×340=13.26kW 装机容量Pz=13.26kWp。

如图2 所示，光伏组件布置于东侧塔楼顶部。

图2 光伏组件布置图

（2）蓄电池选型。目前，在光伏储能系统中，多使用铅酸蓄电池，具有较高的性价比。本项目选用12V/200AH胶体铅酸蓄电池30台。充满后可放电：12×200÷1000×30×0.714=51.408kWh，可以满足用电负荷的使用。

（3）控制器及逆变器选型。最大功率点跟踪控制器MPPT（Maximum Power Point Tracking）太阳能控制器，能够实时监测太阳能板的发电电压，并追踪最高电压电流值，使系统以最大功率输出对蓄电池充电。

本项目控制器选用DC120V/120A，最大太阳能输入功率14.4kW 的MPPT 太阳能控制器。

逆变器选用离网型光伏逆变器， 功率15kW，380V/50Hz，效率为93%。

如图3 所示，蓄电池、控制器、逆变器放置于6 层的蓄电池室。12V/200AH 铅酸蓄电池尺寸约522×240×216mm（L×W×H），放置于电池架上。电池架每层放置10 块蓄电池，共布置3 层，尺寸约1450×1150×900mm（L×W×H）。控制器、逆变器和配电箱挂墙布置。

图3 蓄电池室布置图

（4）汇流箱和配电箱。光伏组件13 个一串，共3 串，以光伏专用直流电缆，接入汇流箱，经汇流箱再接入逆变器整流为380V、50HZ 交流电。然后，经交流电力电缆，接入配电箱，为用电负荷提供电力。汇流箱布置于光伏组件下方，配电箱在蓄电池室内挂墙布置。

（5）电缆及线槽。本项目直流电缆采用光伏专用PV1-F4mm2直流电缆；逆变器到配电箱的交流电缆采用ZR-YJV-0.6/1kV-4×16mm2， 配 电 箱 馈 线 采 用ZR-YJV-0.6/1kV-4×4mm2。屋面电缆敷设采用100×100mm 热镀锌线槽。

表1 太阳能资源区划分表

（6）防雷接地。本项目防雷接地利用建筑物原有防雷。

接地系统，并在阵列周边敷设一圈25×4mm 热镀锌扁钢作为防雷接地网，与建筑原有防雷接地系统可靠焊接。光伏组件之间采用6mm2BVR 导线连接后，采用螺栓与接地扁钢可靠连接。桥架、汇流箱外壳、光伏组件支架均与防雷接地网可靠连接。

蓄电池室内设40×4mm 热镀锌扁钢作为接地干线，与建筑物接地系统连接。控制器、逆变器、蓄电池支架、配电箱外壳均可靠连接于室内接地干线。汇流箱、逆变器、控制器、配电箱内设置浪涌保护器。

（7）支架安装。本项目光伏组件支架，采用底部整体连接方案。在支架底部设置通长连接杆，使单排支架成为整体，并在通长连接杆的两侧，采用化学锚固螺栓，固定与两侧的女儿墙上，增加支架的稳固性。

（8）其他需说明的问题。①12V/200AH 铅酸蓄电池每块重量约55kg，蓄电池架安放处的楼面荷载约为：55×30×9.8/1.45×1.15=9.7kN/m2，根据GB50009-2001《建筑结构荷载规范》表4.1.1 规定，民用建筑楼面均布活荷载标准值为2.0kN/m2。蓄电池架安放处的楼面荷载超标，因此，需采取蓄电池架安放处局部楼面结构的加固措施，如补充钢梁支撑。②蓄电池室应通风防火措施。可配置排风扇、火警探测器及干粉灭火器。蓄电池室应进行例行巡视。③铅酸蓄电池寿命一般为3 ～5 年，使用中若发现蓄电池性能明显衰耗，需要进行更换。

3 工程量清单

本项目工程量清单如表2。

表2 工程量清单

4 经济效益分析

本项目全年可发电：13.26×(1200 ～1600)=15912 ～21216kWh，按照上海市非居民用户电价0.636 元/kWh 计算，每年可节约的电费为：0.636×（15912 ～21216）=10120～13493 元。

5 结语

本文阐述了某办公楼离网式光伏储能发电系统的工程设计内容。从项目特点、系统构成、装机容量计算、主要设备选型、设备布置安装、需注意的相关问题、工程量及项目效益等方面进行了论述，给出了较完善的解决方案，希望能对遇到类似工程设计的同仁提供参考。

光伏发电当前应用比较广泛。工程应用主要集中于几个方面：（1）大型光伏发电站，在太阳能资源丰富地区，建设大规模光伏发电，并结合特高压电网传输电能，逐渐成为当今电力系统重要组成部分；（2）居民用户屋顶光伏发电，满足居民自家用电的基础上，余电上网，还能发电经济收益，也成为越来越多居民的选择；（3）离网型光伏储能发电系统，在电网引入不便的偏远地区及并网政策不允许的条件下，离网型光伏储能发电系统，可以为用户的电力使用需求提供很好的选择。随着蓄电池技术及光伏组件技术的发展，离网型光伏储能发电系统的可靠性、效率和经济性，必将得到进一步的提高。