某项目光伏发电系统可行性分析

张 炳 伙

(华东建筑设计研究院有限公司 深圳分公司, 广东 深圳 518000)

0 引 言

为推动分布式能源系统的发展,国家历年出台了各种政策。而光伏发电系统作为分布式能源一种,具有无噪声、无污染、无排放、无燃料、维护简单、运行可靠等优点,具有明显的节能减排特征。随着国家提出在2030年前实现“碳达峰”、在2060年前实现“碳中和”的目标,光伏发电系统等可再生能源将得到进一步的发展。

在建筑项目的设计过程中,经常会遇到不少建设方拟建设光伏发电系统。光伏发电系统是利用光伏电池板将光照辐射转化为直流电,提供给直流负载,或经逆变器转化为交流电供交流负载。光伏发电系统因应用地点、应用的场合和负载的不同有很大差别。通过对某项目采用光伏发电系统的可行性进行分析探讨,以便在工程设计中能够借鉴。

1 光伏发电系统

1.1 系统原理

太阳能光伏发电是利用太阳能电池组件将太阳能直接转变为电能。太阳能电池,又称光伏电池,其发电的原理是光生伏特效应。当太阳光照射到太阳能电池上时,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,光生电子和空穴被分离,电池两端出现异号电荷的积累,即产生“光生电压”,这就是“光生伏特效应”。若在内建电场的两侧引出电极并接上负载,则负载就有“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可以使用的电能。通过太阳能电池将太阳辐射能转换为电能的发电系统称为太阳能光伏发电系统。

1.2 系统分类

光伏发电系统按是否接入公共电网可分为并网光伏发电系统和独立光伏发电系统。

并网光伏发电系统是太阳能电池方阵发出的直流电力经过逆变器变换成交流电,且与电网并联并向电网输送电力的光伏发电系统。

独立光伏发电系统又叫离网型光伏发电系统,为完全依靠太阳能电池供电的光伏系统,系统中太阳能电池方阵受光照时发出的电力是唯一的能量来源。

1.3 系统主要设备

光伏发电系统主要由光伏组件、蓄电池、控制器、逆变器等组成。而光伏组件为光伏发电系统核心设备,可分为晶体硅光伏组件、薄膜光伏组件和聚光光伏组件三种类型。

2 项目概况

2.1 工程概况

某项目位于湖南省长沙市,为商业综合体项目,主要由购物中心、超高层办公楼、两栋住宅塔楼组成。商业裙房屋顶具有安装光伏发电系统的条件。

2.2 地理气象条件

长沙位于中国中南部的长江以南地区,湖南的东部偏北;地处东经111°53′～114°15′,北纬27°51′～28°41′。长沙属亚热带季风性湿润气候:春末夏初多雨、夏末秋季多旱、春湿多变、夏秋多睛、严冬期短,暑热期长。全年无霜期约275天,年平均气温16.8～17.2 ℃,极端最高气温为40.6 ℃,极端最低气温为-12 ℃。年平均总降水量1 422.4 mm。

2.3 太阳辐射量

太阳能源等级划分如表1所示。

表1 太阳能源等级划分[1]

长沙市太阳辐射量情况如表2所示。

长沙市平均日辐射量3.16 kWh/m2,年辐射总量1 109 kWh/m2,为三类地区,具备一定的太阳能资源开发的气象条件。

项目为大型公共建筑,根据长政办发〔2017〕53号《长沙市人民政府办公厅关于印发长沙市民用建筑节能和绿色建筑管理办法通知》和《长沙市绿色建筑设计基本规定》要求:“政府机关建筑、政府投资的公益性建筑,以及20 000 m2及以上的大型公共建筑,应至少利用1种以上的可再生能源,若采用太阳能光伏发电,其发电量不应低于建筑总用电量的1%(按太阳能光伏系统的输出功率与项目供电系统设计的负荷比值计算)。”根据该项目的用电量,变压器安装容量为27 145 kVA,则光伏发电系统输出功率不低于218 kW。

表2 长沙市每月太阳辐射量情况[2]

3 光伏发电系统容量估算

分析比较晶硅光伏幕墙、薄膜光伏幕墙和单晶硅电池板的发电效率,光伏系统发电量以25年作为计算寿命,光伏系统每年发电量如表3所示。

4 光伏发电系统投资分析

4.1 系统投资成本

按市场国产太阳能电池板及系统供应价格水平给出设备初期投资,光伏系统投资成本如表4所示,其中设备单价包含安装成本,为光伏发电系统单价。

表3 光伏系统每年发电量

表4 光伏系统投资成本

4.2 系统投资收益

长沙市商业电度电价为0.680 3元/kWh,如光伏系统的发电量全部自用。25年光伏发电系统发电收益如表5所示。

表5 25年光伏发电系统发电收益

4.3 分析汇总

光伏发电系统的经济性分析如表6所示。

表6 光伏发电系统的经济性分析

光伏发电系统在发电量1 kWh情况下,环境排放当量:标准煤为0.36 kg,悬浮微粒为0.272 kg,二氧化碳0.997 kg,二氧化硫0.03 kg,氮氧化物0.015 kg;环境排放当量交易费:每吨标准煤,交易价格480.10;每吨二氧化碳,交易价格44.08元。

光伏系统运行25年的环境效益如表7所示。

表7 光伏系统运行25年的环境效益[3]

根据上述计算分析,采用光伏发电系统,有较大环境效益,有助于节能减排。并且采用单晶硅电池板在25年光伏系统计算寿命的条件下,可实现投资回收,有较大的经济效益,并且安装面积为1 920 m2,在裙房商业屋顶具有可实施性。

5 光伏发电系统方案

5.1 系统选择基本原则

(1) 可靠性:采用技术和设备应经过生产、运行的检验,并有良好可靠记录,保证设备及系统的安全、可靠。

(2) 经济性:采用设要求技术先进、使用安全可靠,着重分析采用技术是否经济合理,是否有利于节约投资和降低成本,提高综合经济效益。

(3) 适用性:采用技术应与可能得到设备、员工素质和管理水平及环境保护要求、地区的实际情况相适应。

(4) 安全性:采用技术在正常使用中应确保安全生产运行。

(5) 先进性:设备选型合理,优化各项技术经济指标,采用技术接近国际或国内先进水平。

5.2 光伏系统方案

根据15D202-4《建筑一体化光伏系统电气设计与施工》系统分类的适用范围:“光伏电池组件产生的直流电经过并网逆变器转换成符合公共电网要求的交流电之后并入电网,并网系统中光伏方阵所产生的电能除供给交流负载外,多余的电能反馈给电网。当日照不足、夜间、阴雨天,光伏电池组不能产生电能或产生的电能不能满足负载需求时由公共电网给负载供电”,项目光伏发电系统采用并网光伏系统的“自发自用、余量上网”模式,系统不设置储能装置。

光伏发电系统并网拓扑图如图1所示。

项目并网容量为218 kW,结合15D202-4《建筑一体化光伏系统电气设计与施工》的并网方案,采用单点接入变配电房的低压配电柜的母线段。光伏发电系统并网方案如图2所示。

6 结 语

在项目设计过程中,应该提高自身的专业认识,结合项目设计的实际情况,从投资成本、规范、技术等多角度考虑,给与建设方决策依据。