太阳能光伏发电系统在某电子工厂的应用

张金宝

（广东省国际工程咨询公司，广东广州 510060）

太阳能光伏发电系统是根据光生伏特效应原理，利用太阳电池将太阳光能直接转化为电能。太阳能光伏发电的过程没有机械转动部件也不消耗燃料，不排放温室气体等任何物质，具有无噪声、无污染的特点；同时太阳能资源分布广泛且取之不尽，用之不竭，是一种具可持续发展理想特征(最丰富的资源和最洁净的发电过程)的可再生能源发电技术[1]。电子类工厂大多屋顶可利用面积大，粉尘少，给屋顶利用太阳能光伏发电系统提供了良好的发展机会。

1 光伏发电系统工作原理及分类

光伏发电的关键元件太阳能电池经过串、并联封装保护形成太阳电池组件，配合功率控制器等部件就形成了光伏发电装置。光伏发电系统主要由太阳能电池板、控制器和逆变器三大部分组成[2]。目前太阳能光伏系统分为离网光伏发电系统和并网光伏发电系统。

（1）离网光伏发电系统。主要由太阳能电池组件、控制器、蓄电池组成，配置交流逆变器就可为交流负载供电。

（2）并网光伏发电系统是太阳能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后直接接入公共电网。如光伏建筑一体化发电系统。由于投资小、建设快、占地面积小、政策支持力度大等优点，是并网发电的主流。

2 某电子工厂用电负荷估算

电子类工厂用电负荷一般包括照明系统、空调系统、通风系统、生产设备系统、电梯以及插座系统。正常情况下白天宿舍及食堂照明设备不需供电，典型的电子类工厂用电负荷情况见表1。

表1 电力负荷估算表

从表1可以看出白天工厂的用电负荷主要为除食堂、宿舍外的照明用电负荷，约为14 101.8 kVA，晚上用电负荷主要为除研发楼、食堂外的用电负荷，约为13 454.23 kVA。

2.1 屋顶可利用面积估算

某电子工厂总占地面积约149 963 m2，总建筑面积249 582 m2，其中计容积率总建筑面积237 553 m2；分A、B、C三个区，A区为1栋8层的研发楼，建筑面积共95 751 m2；B区为3栋2层、3栋5层的厂房，面积为105 186 m2，4栋6层宿舍，面积为30 745 m2；C区为1栋4层食堂，面积为5 869 m2。经估算屋顶可装太阳能电池板面积约18 000 m2，太阳能电池板与屋顶平行安装，根据工厂所在维度情况，为了最大高效利用太阳能[3]，太阳能电池板与水平面呈18度角。

2.2 系统输出功率估算

目前大型项目太阳能电池板发电量为120～140 W/m2之间，考虑到逆变器效率等，综合效率约为90%，取电池板发电量130 W/m2，某电子工厂太阳能发电系统实际输出功率为2 106 kW。

3 某电子工厂屋顶光伏发电系统方案

目前已得到推广的太阳能电池主要有晶体硅(单晶硅和多晶硅)太阳能电池和非晶硅薄膜太阳能电池等，晶体硅组件因技术成熟，在实际应用中尤为常见。单晶硅电池组件转换效率高，技术成熟、可靠性好且使用寿命长，因此建议本项目采用单晶硅组件。根据表1，白天厂房、研发楼、地下室照明及通风用电负荷约为1 957.29 kW。在气候条件较好时，光伏发电系统可满足正常运行时的厂房、研发楼、地下室照明及通风用电负荷用电需求，剩余电能较少。考虑到建设成本，建议某电子工厂屋顶光伏发电系统不向城市电网输送电能。因此，建议本系统采用离网光伏发电系统。

4 光伏发电系统

根据上述分析，某电子工厂离网光伏发电系统如图1所示。

图1 某电子工厂屋顶太阳能光伏发电系统

本方案将照明负荷和通风负荷分开，其中光照条件良好时候，全厂照明与通风负荷由太阳能光伏发电系统供电，当光照条件稍差时候，太阳能光伏发电系统为照明系统供电，当太阳能光伏系统发电功率继续减少时候，该系统向蓄电池供电，此时全部用电负荷由电网供电，待蓄电池电量充满后切断电网，由蓄电池系统供电。

5 效益分析

（1）经济效益

经估算，某电子工厂光伏发电系统的一次性建设投资约2 000万元，折合单价约为9.49元/W。系统全寿命按25年计算[4]，根据该工厂地区太阳辐射资源等因素分析，项目25年年平均利用小时数为1 002小时，年均发电量可达到211.02万度电，按每度电可获得政府财政补贴0.35元计，考虑到该工厂所在地工业用电电费为0.927 8元/度。则，企业每年可节约195.75万元。经估算项目内部收益率为12%，大于社会折现率（8%）；社会折现率下经济净现值为679.36万元，大于零，两项指标均满足要求，投资回报期约8.70年，项目可行。

表2 投资估算表

表3 经济效益分析表

（2）社会效益

太阳能资源取之不尽，用之不竭，项目建成后就近供电，避免了长距离输电线路所造成的电能损失，并节省输电成本。在电子类厂房屋顶上建设太阳能光伏发电系统可以有效的保护厂房屋顶，降低室内温度。同时是一种绿色环保的新型可再生能源。项目建成后每年可节约标准煤675.26吨，减少SO2排放55.50吨，减少NOx排放27.64吨，减少CO2排放1840.09吨，减少粉尘排放502.23吨。

6 结论

本文对某电子工厂光伏发电系统做了初步探究，本文提出电子类厂房屋顶装设太阳能光伏发电板，构建并网型光伏发电系统向所用电负荷供电的方案。该方案是开发太阳能资源加以利用的一种有益尝试，对减少环境污染、抑制二氧化碳等温室气体排放将起到积极的作用。从技术角度来看，光伏发电系统技术已经日臻成熟，并目已经有众多实例。从经济分析结果来看，得到政府的财政支持和政策支持情况下，项目投资回报期约为8.70年，项目可行；光伏发电系统一次性投资较高，但该发电系统使用寿命较长，运行维护费用低，且为绿色可再生能源，可以在电子类比较洁净的厂区推行。

［1］喜文华.太阳能实用工程技术［M］.北京：化学工业出版社，2001.

［2］沈辉，曾祖勤.太阳能光伏发电技术［M］.北京：化学工业出版社，2005.

［3］赵扉，沈红峰.屋顶光伏发电并网系统在110kW变电站的应用［J］.电工技术，2011（6）：20-22.

［4］李永华，袁超，蒲亮.屋顶式太阳能光伏发电系统经济性分析［J］.电力科学与工程，2013（9）：29-33.