太阳能光伏并网发电系统的应用实践

孟 陈 （安徽省建筑科学研究设计院，安徽 合肥 230001）

太阳能光伏并网发电系统的应用实践

孟 陈 （安徽省建筑科学研究设计院，安徽 合肥 230001）

文章介绍了太阳能光伏并网发电系统在安徽建筑检测大厦中的应用实例，分析了安徽建筑检测大厦太阳能光伏并网发电系统的社会效益和经济效益。

太阳能光伏；并网发电系统；可再生能源；效益

安徽省建筑科学研究设计院建筑检测大厦项目位于合肥市蜀山新产业园区，规划基地总用地面积为13191.41m2,总建筑面积27829.23m2，建筑高度：88.35m。地上23层，地下2层。目前该项目已接近竣工验收阶段，并取得了国家住房与城乡建设部授权机构颁发的三星级绿色建筑设计标识证书。

太阳能光伏并网发电系统是把光能转化为直流电能，不经过蓄电池储能，直接通过并网逆变器将直流电转换为与三相低压交流电网同频率、同相位的正弦波交流电馈入市电网。太阳能光伏并网发电系统与常规电网相连，共同承担供电任务。当有阳光时，逆变器将光伏发电系统所发的直流电逆变成正弦交流电，产生的交流电可以直接供给交流负载设备，然后将剩余的电能馈入电网。在没有太阳时，负载设备用电全部由电网供给。

因为太阳能光伏并网发电系统直接将电能馈入电网，光伏独立系统中的蓄电池完全被光伏并网系统中的电网所取代，故免除配置蓄电池，省掉了蓄电池蓄能和释放的过程，可以充分利用光伏阵列所发的电力，从而减小了能量的损耗，降低了系统成本。

太阳能光伏并网发电系统主要由光伏组件阵列、汇流箱、直流配电柜、逆变器、交流配电柜、双向电表以及监控装置等部分构成。

光伏组件阵列由太阳能电池组件构成，安装在屋顶构架上。同时，光伏组件阵列按照合理的组串方式接入汇流箱，然后接入直流配电柜，汇流箱和直流配电柜中包括防雷保护装置以及短路保护等功能。经过直流部分的汇流调整之后，直流输出接入逆变器，逆变器输出三相交流电经过交流配电柜接入电网，在电网入口则安装双向电表，对发电量进行计量考核，整个系统安装监控装置，对主要设备进行24h监控，以便系统的可靠运行及信息掌握。

图1 太阳能光伏并网发电系统电气连接图

合肥年平均日照时数为1963.3h。其中夏季白昼最长，日照时数最多；冬季白昼最短，日照时数最少；在6、7两月，平均雨日都在10d以上，因此，日照在210h～235h之间，而8月平均雨日不到10d，日照达247h，为全年日照时数最多的月份。根据省气象局统计资料，合肥市郊区多年平均太阳辐射总量为4986MJ/m2，辐射条件比较良好。其中6、7、8三个月最多，分别为568、594、580MJ/m2；以1月为最少，仅272MJ/m2。

最理想的倾斜角是使太阳能电池年发电量尽可能大，而冬季和夏季发电量差异尽可能小，一般取当地纬度作为当地太阳能电池组件安装的倾斜角。合肥市纬度为北纬31°52′，处于26°～40°之间，本系统电池组件倾角定为31°。

根据项目屋面坡度安装组件，组件之间留有间距25mm。

则：每块组件占地面积=(1.65＋0.025)×(0.991＋0.025)m2=1.7m2。

估算50kW项目200块组件所需有效屋顶总面积=1.7×200m2=340m2

考虑到阵列间隙，需留有1.65倍面积余量。

则：实际所需安装面积=340×1.65=561m2。

光伏组件系统采用峰值功率为250Wp/29.8V的多晶硅组件，共计200块，20块电池板作为1串，总共10串并入3台20kW的逆变器（每个逆变器四路输入），总功率为50000Wp。逆变输出400V交流电经过交流配电柜和双向计量电表到电网。

整个光伏并网系统装机容量50kW，设计采用单个并网点接入，参照国家电网公司【2013】625号文件，《分布式电源接入系统典型设计》中的380V接入用户配电室典型设计（XGF380-Z-2），采用1回线路将分布式光伏接入用户配电室380V低压母线。

图2 电气主接线图

光伏发电作为可再生能源，有利于节省不可再生能源，平衡能源的单一供给情况，符合国家相关的环保、节能政策。光伏发电可以减少温室气体排放，减少温室效应，保护环境。同时因为光伏系统的建设，减少了太阳光对建筑物的直接辐射，从而降低了夏天外界热量向室内的传导，起到了减少制冷能耗的作用。

系统按总安装功率50kW计算，截至目前，光伏组件的价格为每瓦4.2～7.0元，逆变和输配电的价格约每瓦1.8元～2.0元，电气设备及电缆的价格约为每瓦1.33元，支架及基础的价格约每瓦0.5元～0.8元，该项目太阳能光伏发电系统总投资见下表。

根据系统的安装地点、光照情况、方案设计、设备选型等综合因素，理论年发电量=年平均太阳辐射总量×电池总面积×光电转换效率。

理论年发电量=4986×327.36×14.5%=236671.46MJ=236671.46×0.28kWh=66268kWh

太阳能光伏发电系统投资估算表

太阳电池板输出的直流功率是太阳电池板的标称功率。在现场运行的太阳电池板往往达不到标准测试条件，输出的允许偏差是5%，因此，在分析太阳电池板输出功率时要考虑到0.95的影响系数。

光伏组件表面灰尘的累积，会影响辐射到电池板表面的太阳辐射强度，同样会影响太阳电池板的输出功率。据相关文献报道，此因素会对光伏组件的输出产生7%的影响，在分析太阳电池板输出功率时要考虑到0.93的影响系数。并网光伏电站考虑安装角度因素折算后的效率为0.88。所以实际发电效率为0.95×0.93×0.88=77.7%。

年实际总发电量为66286×77.7%＝51504kWh。

考虑太阳电池组件效率按寿命期内累计折损10%，且每年衰减的百分比相同进行计算，25年内总发电量为122.76万kWh。

光伏系统发电在高峰期，按电价1.41元/kWh计算，国家补贴0.42元/kWh（年限20年），合肥地区补贴0.25元/kWh（年限15年），按照系统年衰减0.4%，通货膨胀率按照0.4%计算，5年可收回投资，具有良好的经济效益。

在全世界受到越来越严重环境污染问题困扰的今天，环保的重要性逐渐的得到社会的认可和关注，而太阳能是一种取之不尽、用之不竭的清洁可再生能源，具有独特的优势和巨大的发展潜力。充分利用太阳能对节能减排、保护环境和地方经济有着重大的意义，同时为全球能源的可持续发展做出贡献，也让未来世界变得更清洁、更安全，能源利用更丰富。

[1](澳)Geoff Stapleton，(澳)Susan Neill.太阳能光伏并网发电系统[M].王一波，等译.北京：机械工业出版社，2014.

[2]张立新.太阳能光伏并网发电系统在北京南站的应用[J].建筑电气，2008，27(11)：18-24.

[3]王惠祥.太阳能光伏并网发电系统研究[D].杭州：浙江大学，2012.

TK51

B

1007-7359（2016）05-0255-02

10.16330/j.cnki.1007-7359.2016.05.091

孟陈（1983-），男，安徽淮北人，毕业于安徽建筑大学，工程师。