大学校园太阳能光伏发电实践分析

摘 要：文章通过高校校园中建设光伏发电系统的分析，包括并网光伏系统建设的大致的步骤、总体的设计分析、太阳能资源以及节能降耗分析，得出在高校校园中建设光伏系统的意义，促进大学校园关注可再生能源利用。

关键词：校园；太阳能；光伏

引言

能源与环境问题已经成为可持续发展面临的主要问题，一直受国际社会的广泛关注。太阳能作为一种重要的可再生能源，具有清洁、无污染、安全、储量丰富的特点，传统的火力发电会带来粉尘、二氧化硫、氮氧化物、粉煤灰等污染，太阳能光伏发电对节能减排，响应国家可再生能源发展计划具有重要的意义。文章就大学校园中5MW金太阳示范工程项目为例，阐述在大学校园建设光伏系统的可能性及带来的效益，同时促进大学校园关注能源利用、节能环保，促进节约环保型社会形成[1]。

1 太阳能并网光伏发电原理及组成

太阳能光伏发电是太阳能利用的一种重要形式，是采用太阳电池将光能转换为电能的发电方式。太阳电池基本构造是由半导体的P-N结组成，其基本原理为半导体的光生伏特效应，目前使用较多的是硅太阳电池，包括单晶硅电池、多晶硅电池、非晶硅电池和微晶硅电池等[2]。

光伏发电系统根据光伏逆变器输出是否连接电网可以分为离网型光伏发电系统（又称为独立型光伏发电系统）和并网型光伏发电系统两大类。

太阳能并网光伏发电系统主要是由太阳能电池（光伏阵列）、并网逆变器以及配电系统（包括保护、计量和并网设施等）组成），与独立光伏系统不同的是，并网光伏系统可以直接将发出的电送入电网中，无需蓄电池用于储存电能，这样既提高了总体效率，又减少了成本。太阳电池组件产生的直流电经过并网逆变器转换成符合市电电网要求的交流电之后直接接入公共电网，并网系统中光伏方阵所产生电力除了供给交流负载外，多余的电力反馈给电网[3]。

2 5MW金太阳示范工程的分析

2.1 并网光伏系统设计的大致步骤

（1）获得基本数据。（2）现场勘查。（3）选择合适的并网逆变器。

项目选用8台容量为630kW的并网逆变器，最大功率跟踪工作电压范围为450Vdc～820Vdc，最佳直流工作电压点在550Vdc～600Vdc左右。（4）确定光伏系统并网方式。（5）确定太阳电池组件的串、并联数目。项目中太阳能光伏组件串联的组件数量Ns=550～600/31.2≈18或20（块），考虑到整体电池方阵的排列，取太阳能电池组件20块串联，单台630K逆变器需要配置太阳能电池组件并联的最大数量Np=630000/5000=126列，综合实际所用组件数量，太阳能电池组件并联的列数取125列。整个太阳能电池方阵设计为125串8并，共计20000块太阳能电池组件。（6）太阳电池方阵最佳倾角的计算。在项目中，根据数据分析，光伏组件倾角为34°时，倾斜面上所接受的太阳辐射量最大，相应的年发电量也就最多。（7）进行工程现场总体设计，确定仿真布局。（8）确定辅助设备的配置及型号。（9）估算光伏电站的发电量，评估其发电成本、经济及社会效益[4]。

2.2 光伏系统总体设计分析

项目主要由太阳能电池组件、直流控制柜、并网逆变器、低压交流控制柜、监控显示、电站优化管理等重要部分组成（见图2）。太阳能电池组件规模为5MWp，选用CNPV-250PB高效多晶硅电池组件。电池组件经过串、并联方式连接，接入8台ASP-630K型并网逆变器。太阳能电池组件分布在学院的办公楼、教学楼以及学生宿舍的屋面上。采用一回10kV线路将分布式光伏接入学校10kV配电室。发电系统数据采集系统主要采集直流侧电压、电流、电网各相电压、电流、每日发电量、总发电量等，以及气象数据采集包括辐照度、风速、风向、环境温度、组件温度等有关数据。

电气设计方面包括电气一次设计和电气二次设计。电气一次设计包括系统光伏组件的安装、系统光伏组件排列、方阵接线盒的设计、直流控制柜以及低压交流控制柜的设置、系统防雷接地设计、线缆选择设计和系统接入用户端的设计。电气二次设计主要是数据的采集显示以及系统在保证电网质量和安全方面的措施。

2.3 太阳能资源分析

我国是世界上太阳能资源最丰富的地区之一，根据日照时数和年辐射总量，可以将我国大致分为五个区域（见表1）。

施工校园所在的山东属于第Ⅲ类地区之列，是太阳能资源较为丰富的地区，山东省的鲁中、鲁北及胶东半岛、鲁东南沿海等大部分地区都有较好的太阳资源，十分有利于清洁能源的开发。

2.4 节能降耗分析

太阳能光伏并网发电电站的生产过程是将当地的太阳能转变为电能的过程。在整个流程中，不需要消耗其他常规能源，不产生大气、液体、固体废弃物等方面的污染物，也不会产生大的噪声污染。

根据相关数据：每节约1度（千瓦时）电，就相应节约了0.326千克标准煤，同时减少污染排放0.072千克灰渣、0.72千克二氧化碳（CO2）、0.007千克二氧化硫（SO2）、0.015千克氮氧化物（NOX），表2为发电节能预测表。

3 校园建设光伏发电站的意义

选择在大学校园中建设光伏电站有几大优点：

（1）建设光伏发电站所占据的空间主要是在光伏组件的排放上，使用BAPV方式，光伏组件在校园中教学楼、宿舍等建筑物楼顶来进行铺设就能达到要求，无需占用更多的地面面积。（2）光伏发电系统以其可靠性高、使用寿命长、不污染环境、能独立发电又能并网的优点能长时间保障校园的安全供电，缓解校园供电压力，减少环境污染。（3）在校园中建设光伏系统更能引起社会和高校中关于光伏和新能源利用的学术研究的兴趣，促进相关科技的进步。（4）“金太阳示范工程”是我们国家从2009年开始实施的支持国内促进光伏发电产业技术进步和规模化发展，培育战略性新兴产业的政策，校园光伏的建设不仅得到了国家的补助与支持，更促进了我国光伏产业的进一步发展。（5）光伏系统一旦安装，就能在至少25年内稳定可靠地以固定的价格供电，不存在燃料短缺、运输紧张等问题，也不会像常规的电厂那样受到国际市场上燃料价格波动的影响。

4 结束语

太阳能光伏发电作为一种完全清洁的能源，政府和实业界若能像重视核能那样来重视太阳能光伏发电，则完全有希望在不久的将来在中国逐步实现“到处阳光到处电”的美好理想[5]。随着社会的发展和技术的进步，光伏发电的规模将不断扩大，成本也会逐步降低，校园建设光伏系统也会越来越多，无疑将会再未来能源消费结构和环保上起到重要的作用。

参考文献

[1]张兴，曹仁贤，等.太阳能光伏发电及其逆变控制（第一版）[M].北京：机械工业出版社，2013：1-2.

[2]凤江涛.光伏示范校园中的关键问题研究[D].北方工业大学，2012：8-9

[3]王秀文，邹振兴.BIPV太阳能光伏发电系统的研究及应用[J].科技视界，2012，8（22）：296-297.

[4]杨金焕.太阳能光伏发电应用技术（第二版）[M].北京：电子工业出版社，2013.188-190.

[5]崔容强，黄燕，孙铁囤.中国太阳能光伏发电面临的困难与前景[J].能源工程，1995，5：2-3.

作者简介：陈博（1989-），男，汉族，籍贯：山东省济宁市，齐鲁工业大学在读硕士研究生，研究方向为先进控制技术与系统。endprint

摘 要：文章通过高校校园中建设光伏发电系统的分析，包括并网光伏系统建设的大致的步骤、总体的设计分析、太阳能资源以及节能降耗分析，得出在高校校园中建设光伏系统的意义，促进大学校园关注可再生能源利用。

关键词：校园；太阳能；光伏

引言

能源与环境问题已经成为可持续发展面临的主要问题，一直受国际社会的广泛关注。太阳能作为一种重要的可再生能源，具有清洁、无污染、安全、储量丰富的特点，传统的火力发电会带来粉尘、二氧化硫、氮氧化物、粉煤灰等污染，太阳能光伏发电对节能减排，响应国家可再生能源发展计划具有重要的意义。文章就大学校园中5MW金太阳示范工程项目为例，阐述在大学校园建设光伏系统的可能性及带来的效益，同时促进大学校园关注能源利用、节能环保，促进节约环保型社会形成[1]。

1 太阳能并网光伏发电原理及组成

太阳能光伏发电是太阳能利用的一种重要形式，是采用太阳电池将光能转换为电能的发电方式。太阳电池基本构造是由半导体的P-N结组成，其基本原理为半导体的光生伏特效应，目前使用较多的是硅太阳电池，包括单晶硅电池、多晶硅电池、非晶硅电池和微晶硅电池等[2]。

光伏发电系统根据光伏逆变器输出是否连接电网可以分为离网型光伏发电系统（又称为独立型光伏发电系统）和并网型光伏发电系统两大类。

太阳能并网光伏发电系统主要是由太阳能电池（光伏阵列）、并网逆变器以及配电系统（包括保护、计量和并网设施等）组成），与独立光伏系统不同的是，并网光伏系统可以直接将发出的电送入电网中，无需蓄电池用于储存电能，这样既提高了总体效率，又减少了成本。太阳电池组件产生的直流电经过并网逆变器转换成符合市电电网要求的交流电之后直接接入公共电网，并网系统中光伏方阵所产生电力除了供给交流负载外，多余的电力反馈给电网[3]。

2 5MW金太阳示范工程的分析

2.1 并网光伏系统设计的大致步骤

（1）获得基本数据。（2）现场勘查。（3）选择合适的并网逆变器。

项目选用8台容量为630kW的并网逆变器，最大功率跟踪工作电压范围为450Vdc～820Vdc，最佳直流工作电压点在550Vdc～600Vdc左右。（4）确定光伏系统并网方式。（5）确定太阳电池组件的串、并联数目。项目中太阳能光伏组件串联的组件数量Ns=550～600/31.2≈18或20（块），考虑到整体电池方阵的排列，取太阳能电池组件20块串联，单台630K逆变器需要配置太阳能电池组件并联的最大数量Np=630000/5000=126列，综合实际所用组件数量，太阳能电池组件并联的列数取125列。整个太阳能电池方阵设计为125串8并，共计20000块太阳能电池组件。（6）太阳电池方阵最佳倾角的计算。在项目中，根据数据分析，光伏组件倾角为34°时，倾斜面上所接受的太阳辐射量最大，相应的年发电量也就最多。（7）进行工程现场总体设计，确定仿真布局。（8）确定辅助设备的配置及型号。（9）估算光伏电站的发电量，评估其发电成本、经济及社会效益[4]。

2.2 光伏系统总体设计分析

项目主要由太阳能电池组件、直流控制柜、并网逆变器、低压交流控制柜、监控显示、电站优化管理等重要部分组成（见图2）。太阳能电池组件规模为5MWp，选用CNPV-250PB高效多晶硅电池组件。电池组件经过串、并联方式连接，接入8台ASP-630K型并网逆变器。太阳能电池组件分布在学院的办公楼、教学楼以及学生宿舍的屋面上。采用一回10kV线路将分布式光伏接入学校10kV配电室。发电系统数据采集系统主要采集直流侧电压、电流、电网各相电压、电流、每日发电量、总发电量等，以及气象数据采集包括辐照度、风速、风向、环境温度、组件温度等有关数据。

电气设计方面包括电气一次设计和电气二次设计。电气一次设计包括系统光伏组件的安装、系统光伏组件排列、方阵接线盒的设计、直流控制柜以及低压交流控制柜的设置、系统防雷接地设计、线缆选择设计和系统接入用户端的设计。电气二次设计主要是数据的采集显示以及系统在保证电网质量和安全方面的措施。

2.3 太阳能资源分析

我国是世界上太阳能资源最丰富的地区之一，根据日照时数和年辐射总量，可以将我国大致分为五个区域（见表1）。

施工校园所在的山东属于第Ⅲ类地区之列，是太阳能资源较为丰富的地区，山东省的鲁中、鲁北及胶东半岛、鲁东南沿海等大部分地区都有较好的太阳资源，十分有利于清洁能源的开发。

2.4 节能降耗分析

太阳能光伏并网发电电站的生产过程是将当地的太阳能转变为电能的过程。在整个流程中，不需要消耗其他常规能源，不产生大气、液体、固体废弃物等方面的污染物，也不会产生大的噪声污染。

根据相关数据：每节约1度（千瓦时）电，就相应节约了0.326千克标准煤，同时减少污染排放0.072千克灰渣、0.72千克二氧化碳（CO2）、0.007千克二氧化硫（SO2）、0.015千克氮氧化物（NOX），表2为发电节能预测表。

3 校园建设光伏发电站的意义

选择在大学校园中建设光伏电站有几大优点：

（1）建设光伏发电站所占据的空间主要是在光伏组件的排放上，使用BAPV方式，光伏组件在校园中教学楼、宿舍等建筑物楼顶来进行铺设就能达到要求，无需占用更多的地面面积。（2）光伏发电系统以其可靠性高、使用寿命长、不污染环境、能独立发电又能并网的优点能长时间保障校园的安全供电，缓解校园供电压力，减少环境污染。（3）在校园中建设光伏系统更能引起社会和高校中关于光伏和新能源利用的学术研究的兴趣，促进相关科技的进步。（4）“金太阳示范工程”是我们国家从2009年开始实施的支持国内促进光伏发电产业技术进步和规模化发展，培育战略性新兴产业的政策，校园光伏的建设不仅得到了国家的补助与支持，更促进了我国光伏产业的进一步发展。（5）光伏系统一旦安装，就能在至少25年内稳定可靠地以固定的价格供电，不存在燃料短缺、运输紧张等问题，也不会像常规的电厂那样受到国际市场上燃料价格波动的影响。

4 结束语

太阳能光伏发电作为一种完全清洁的能源，政府和实业界若能像重视核能那样来重视太阳能光伏发电，则完全有希望在不久的将来在中国逐步实现“到处阳光到处电”的美好理想[5]。随着社会的发展和技术的进步，光伏发电的规模将不断扩大，成本也会逐步降低，校园建设光伏系统也会越来越多，无疑将会再未来能源消费结构和环保上起到重要的作用。

参考文献

[1]张兴，曹仁贤，等.太阳能光伏发电及其逆变控制（第一版）[M].北京：机械工业出版社，2013：1-2.

[2]凤江涛.光伏示范校园中的关键问题研究[D].北方工业大学，2012：8-9

[3]王秀文，邹振兴.BIPV太阳能光伏发电系统的研究及应用[J].科技视界，2012，8（22）：296-297.

[4]杨金焕.太阳能光伏发电应用技术（第二版）[M].北京：电子工业出版社，2013.188-190.

[5]崔容强，黄燕，孙铁囤.中国太阳能光伏发电面临的困难与前景[J].能源工程，1995，5：2-3.

作者简介：陈博（1989-），男，汉族，籍贯：山东省济宁市，齐鲁工业大学在读硕士研究生，研究方向为先进控制技术与系统。endprint

摘 要：文章通过高校校园中建设光伏发电系统的分析，包括并网光伏系统建设的大致的步骤、总体的设计分析、太阳能资源以及节能降耗分析，得出在高校校园中建设光伏系统的意义，促进大学校园关注可再生能源利用。

关键词：校园；太阳能；光伏

引言

能源与环境问题已经成为可持续发展面临的主要问题，一直受国际社会的广泛关注。太阳能作为一种重要的可再生能源，具有清洁、无污染、安全、储量丰富的特点，传统的火力发电会带来粉尘、二氧化硫、氮氧化物、粉煤灰等污染，太阳能光伏发电对节能减排，响应国家可再生能源发展计划具有重要的意义。文章就大学校园中5MW金太阳示范工程项目为例，阐述在大学校园建设光伏系统的可能性及带来的效益，同时促进大学校园关注能源利用、节能环保，促进节约环保型社会形成[1]。

1 太阳能并网光伏发电原理及组成

太阳能光伏发电是太阳能利用的一种重要形式，是采用太阳电池将光能转换为电能的发电方式。太阳电池基本构造是由半导体的P-N结组成，其基本原理为半导体的光生伏特效应，目前使用较多的是硅太阳电池，包括单晶硅电池、多晶硅电池、非晶硅电池和微晶硅电池等[2]。

光伏发电系统根据光伏逆变器输出是否连接电网可以分为离网型光伏发电系统（又称为独立型光伏发电系统）和并网型光伏发电系统两大类。

太阳能并网光伏发电系统主要是由太阳能电池（光伏阵列）、并网逆变器以及配电系统（包括保护、计量和并网设施等）组成），与独立光伏系统不同的是，并网光伏系统可以直接将发出的电送入电网中，无需蓄电池用于储存电能，这样既提高了总体效率，又减少了成本。太阳电池组件产生的直流电经过并网逆变器转换成符合市电电网要求的交流电之后直接接入公共电网，并网系统中光伏方阵所产生电力除了供给交流负载外，多余的电力反馈给电网[3]。

2 5MW金太阳示范工程的分析

2.1 并网光伏系统设计的大致步骤

（1）获得基本数据。（2）现场勘查。（3）选择合适的并网逆变器。

项目选用8台容量为630kW的并网逆变器，最大功率跟踪工作电压范围为450Vdc～820Vdc，最佳直流工作电压点在550Vdc～600Vdc左右。（4）确定光伏系统并网方式。（5）确定太阳电池组件的串、并联数目。项目中太阳能光伏组件串联的组件数量Ns=550～600/31.2≈18或20（块），考虑到整体电池方阵的排列，取太阳能电池组件20块串联，单台630K逆变器需要配置太阳能电池组件并联的最大数量Np=630000/5000=126列，综合实际所用组件数量，太阳能电池组件并联的列数取125列。整个太阳能电池方阵设计为125串8并，共计20000块太阳能电池组件。（6）太阳电池方阵最佳倾角的计算。在项目中，根据数据分析，光伏组件倾角为34°时，倾斜面上所接受的太阳辐射量最大，相应的年发电量也就最多。（7）进行工程现场总体设计，确定仿真布局。（8）确定辅助设备的配置及型号。（9）估算光伏电站的发电量，评估其发电成本、经济及社会效益[4]。

2.2 光伏系统总体设计分析

项目主要由太阳能电池组件、直流控制柜、并网逆变器、低压交流控制柜、监控显示、电站优化管理等重要部分组成（见图2）。太阳能电池组件规模为5MWp，选用CNPV-250PB高效多晶硅电池组件。电池组件经过串、并联方式连接，接入8台ASP-630K型并网逆变器。太阳能电池组件分布在学院的办公楼、教学楼以及学生宿舍的屋面上。采用一回10kV线路将分布式光伏接入学校10kV配电室。发电系统数据采集系统主要采集直流侧电压、电流、电网各相电压、电流、每日发电量、总发电量等，以及气象数据采集包括辐照度、风速、风向、环境温度、组件温度等有关数据。

电气设计方面包括电气一次设计和电气二次设计。电气一次设计包括系统光伏组件的安装、系统光伏组件排列、方阵接线盒的设计、直流控制柜以及低压交流控制柜的设置、系统防雷接地设计、线缆选择设计和系统接入用户端的设计。电气二次设计主要是数据的采集显示以及系统在保证电网质量和安全方面的措施。

2.3 太阳能资源分析

我国是世界上太阳能资源最丰富的地区之一，根据日照时数和年辐射总量，可以将我国大致分为五个区域（见表1）。

施工校园所在的山东属于第Ⅲ类地区之列，是太阳能资源较为丰富的地区，山东省的鲁中、鲁北及胶东半岛、鲁东南沿海等大部分地区都有较好的太阳资源，十分有利于清洁能源的开发。

2.4 节能降耗分析

太阳能光伏并网发电电站的生产过程是将当地的太阳能转变为电能的过程。在整个流程中，不需要消耗其他常规能源，不产生大气、液体、固体废弃物等方面的污染物，也不会产生大的噪声污染。

根据相关数据：每节约1度（千瓦时）电，就相应节约了0.326千克标准煤，同时减少污染排放0.072千克灰渣、0.72千克二氧化碳（CO2）、0.007千克二氧化硫（SO2）、0.015千克氮氧化物（NOX），表2为发电节能预测表。

3 校园建设光伏发电站的意义

选择在大学校园中建设光伏电站有几大优点：

（1）建设光伏发电站所占据的空间主要是在光伏组件的排放上，使用BAPV方式，光伏组件在校园中教学楼、宿舍等建筑物楼顶来进行铺设就能达到要求，无需占用更多的地面面积。（2）光伏发电系统以其可靠性高、使用寿命长、不污染环境、能独立发电又能并网的优点能长时间保障校园的安全供电，缓解校园供电压力，减少环境污染。（3）在校园中建设光伏系统更能引起社会和高校中关于光伏和新能源利用的学术研究的兴趣，促进相关科技的进步。（4）“金太阳示范工程”是我们国家从2009年开始实施的支持国内促进光伏发电产业技术进步和规模化发展，培育战略性新兴产业的政策，校园光伏的建设不仅得到了国家的补助与支持，更促进了我国光伏产业的进一步发展。（5）光伏系统一旦安装，就能在至少25年内稳定可靠地以固定的价格供电，不存在燃料短缺、运输紧张等问题，也不会像常规的电厂那样受到国际市场上燃料价格波动的影响。

4 结束语

太阳能光伏发电作为一种完全清洁的能源，政府和实业界若能像重视核能那样来重视太阳能光伏发电，则完全有希望在不久的将来在中国逐步实现“到处阳光到处电”的美好理想[5]。随着社会的发展和技术的进步，光伏发电的规模将不断扩大，成本也会逐步降低，校园建设光伏系统也会越来越多，无疑将会再未来能源消费结构和环保上起到重要的作用。

参考文献

[1]张兴，曹仁贤，等.太阳能光伏发电及其逆变控制（第一版）[M].北京：机械工业出版社，2013：1-2.

[2]凤江涛.光伏示范校园中的关键问题研究[D].北方工业大学，2012：8-9

[3]王秀文，邹振兴.BIPV太阳能光伏发电系统的研究及应用[J].科技视界，2012，8（22）：296-297.

[4]杨金焕.太阳能光伏发电应用技术（第二版）[M].北京：电子工业出版社，2013.188-190.

[5]崔容强，黄燕，孙铁囤.中国太阳能光伏发电面临的困难与前景[J].能源工程，1995，5：2-3.

作者简介：陈博（1989-），男，汉族，籍贯：山东省济宁市，齐鲁工业大学在读硕士研究生，研究方向为先进控制技术与系统。endprint