分布式光伏在上海国家会展中心节能改造中的应用

高文伟，李庆来，贺青龙，邱慧芳[.上海东浩兰生国际服务贸易（集团）有限公司，上海　00040；.上海东浩诺兰生智慧科技有限公司，上海　0007]

近年来，中国光伏装机容量逐年增长，见图1。截至2016 年底，上海市光伏发电项目装机容量已突破 30万kW，项目涵盖工厂、商业、医院、学校、家庭等。在上海开展太阳能光伏工程项目过程中，也经常受到以下一些条件限制：土地资源紧张；高楼林立，空间条件限制；拥有屋顶产权的业主积极性不高；光伏项目合同期长，容易发生业主变更等情况；项目建设投资方融资困难。尽管受种种因素限制，但考虑到上海国家会展中心屋顶面积大、周边遮挡少、平均电价贵、节能服务公司资金雄厚等众多优势，分布式光伏发电项目必将为后续节能减排工作起到示范作用。

图1　中国光伏装机容量统计

1　光伏系统分类、构成及运行方式

1.1　光伏发电工程分类

目前上网型太阳能光伏发电工程的形式主要有：光伏建筑一体化(BIPV)、地面太阳能发电场、屋顶太阳能发电系统(BAPV)。

(1) 光伏建筑一体化。光伏发电系统以建筑材料的形式作为建筑的一部分，通常为建筑屋顶和光照条件较好的建筑立面，发电多为建筑自用。

(2) 地面太阳能发电场。利用地面专门的场地建设光伏发电系统。

(3) 屋顶太阳能发电系统。利用现有建筑的闲置屋顶，一般需要较大面积且朝向较好的建筑物屋顶。与其他光伏发电系统相比，屋顶太阳能光伏发电系统具有不占专门用地面积、可选光伏组件多、组件安装方式比较自由、维护方便等突出优点，尤其适合在工商业发达，缺乏可供开发利用空地的地区大规模推广应用。

1.2　光伏系统构成

(1) 太阳能电池是把太阳能转化成电能的最主要组件。商用的太阳能电池主要有以下几种类型：单晶硅电池、多晶硅电池、非晶硅电池、碲化镉电池、铜铟镓硒电池等，各类型主要性能参数见表1。

表1　太阳能电池性能参数比较

(2) 蓄电池的作用是储存太阳能电池方针受光照时所发出的电能，向负荷供电。光伏发电系统对所用蓄电池的基本要求是：自放电率低、使用寿命长、深放电能力强、充电效率高、少维护或免维护、工作温度范围宽、价格低廉。目前我国与太阳能发电系统配套使用的蓄电池主要是铅酸蓄电池。

(3) 充放电控制器用以防止蓄电池过充电或过放电，是光伏发电系统的核心部件之一。充放电控制器一般应具有如下功能：信号检测、蓄电池最优充电控制、蓄电池放电管理、设备保护、故障诊断定位、运行状态指示等。

(4) 并网逆变器是并网光伏发电系统的核心部件，与独立逆变器不同，它不仅要将太阳能光伏发电系统发出的直流电转换成交流电，而且要对交流电的频率、电压、电流、相位、同步等进行控制。还必须具备以下功能：自适应调节电能质量、最大功率跟踪技术(MPPT)、防止“孤岛效应”、数据远传功能、较高工作效率及可靠性等。

1.3　光伏系统运行方式

太阳能光伏发电系统的运行方式分为独立运行方式和并网运行方式，并网光伏发电系统又分为分散式小型并网光伏发电系统和集中式大型并网光伏发电系统。

分散式小型并网光伏发电系统的主要特点是所发的电能直接分配到用电负荷上，多余或不足的电力通过连接电网来调节。分散式又可分为可逆流和不可逆流两大类。可逆流系统在光伏发电系统产生剩余电能时将该电能送入电网，光伏发电系统的发电量始终小于或等于用户的用电量，电能不够时由电网提供。这种系统不会出现光伏发电系统向电网送电的情况。

集中式大型并网光伏发电系统是将太阳能光伏发电系统的电力通过逆变器并入公用电网，把公用电网作为光伏发电系统的载体，与公用电网实现高品质的电能传输。

2　国家会展中心光伏发电系统

2.1　屋面光伏布置

上海国家会展中心总建筑面积 147 万 m2，其中拥有18 万 m2办公设施，本光伏发电项目只利用了部分办公楼屋顶面积，共计 3 万 m2左右。根据项目实际情况综合考虑光伏组件效率、技术成熟性、综合性价比以及采购订货周期等，本工程推荐选用多晶硅光伏组件规格 265 Wp，尺寸为1 650 mm×882 mm×35 mm。

考虑尽可能小地影响建筑视觉效果，本项目光伏组件拟采用 10°倾角固定式安装。单个屋面的光伏组件数量总计为 2 728 块，整个项目光伏总装机容量 2 168 kW。

2.2　运行方式及接入方案

上海国家会展中心当前电力供应来自上海电网，配备110 kV 降压站，在各建筑单体内设置有 10 kV 变电站，设有 UPS 不间断供应。3 个办公单体内设置 8 MVA 10/0.4 kV 降压变压器。

本次光伏发电项目采用分散式小型并网光伏发电系统，总装机容量 2 168 kW，每个区域选用组串式并网逆变器将直流转变为交流，接至该区域 10 kV 变压站的400 V 母线，总共设置 400 V 接入点 6 个，每个接入容量为 361.46 kW，光伏发电量基本能自行消纳。组串式并网逆变器在室外挂墙安装，额定容量为 50 kW，最大转换效率≥99%，根据低压总开关柜额定电流计算 361.46/(1.732×0.4)=521.74 A，选用 MNS 型低压抽出式开关柜，其额定电流 630 A。

2.3　发电量及项目投资概算

2.3.1发电量估算

影响光伏发电量的关键因素是系统效率，系统效率主要考虑的因素有：灰尘、雨水遮挡的功率损耗、直流交流部分线缆功率损耗、变压器功率损耗、跟踪系统的精度等，设定光伏发电系统整体效率 80%。

根据上海市全年太阳总辐射量 4 570 MJ/m2计算，折合标准日照条件(1 000 W/m2)下的日照峰值小时数总计为1 270 h。

(1) 年发电利用小时数(发电当量小时数)初始值为：1 270×80%(系统效率)＝1 016 h ；

(2) 本工程系统构成：2.168 MWp 晶体硅组件固定安装；

(3) 光伏组件光电转换效率逐年衰减，整个光伏发电系统 25 a 寿命期内平均年有效利用小时数也随之逐年降低；

(4) 本项目拟采用的光伏组件的光电转换效率衰减速率为：首年衰减不超过 2.5%，10 a 衰减不超过 10%，25 a衰减不超过 20%；

(5) 第 N 年发电量=初始年发电量×(1-N×组件衰减率)。

计算可知，25 a 总发电量达 4 883 万 kW·h，该项目年平均发电量 195.3 万 kW·h，每年可为电网节省标煤约 595 t，减排 CO2约 1 590 t，减排大气污染物 SO2约12.1 t， NOx约 4.1 t。

2.3.2项目投资概算

项目投资概算具体情况见表2。

表2　总概算表

2.4　发电效益计算

光伏发电时间按照 9 点至 15 点考虑，光伏发电全部自用，对应企业电价为峰值电价和平段电价，取其平均值 0.9元/kW·h 电作为计算基准，前 20 a 发电电价享受国家 0.42元/kW·h 的补贴。前 20 a 自发自用电价为 0.9+0.42=1.32元/kW·h，第 21～25 a 自发自用电价为 0.9 元/kW·h。

本项目应交纳的税金包括所得税，所得税按应纳税所得额计算，本项目的应纳税所得额为发电收入扣除成本后的余额，所得税按 25% 征收。根据《中华人民共和国企业所得税法实施条例》及《公共基础设施项目企业所得税优惠目录》规定，太阳能发电新建项目可以享受“三免三减半”的企业所得税优惠政策。通过对上述光伏发电量及发电收入计算，以工程建设(EPC)模式执行，预计本项目静态投资回报期为 7 a左右。

3　结　语

(1) 分布式光伏发电作为既有建筑节能减排的有效途径之一，在国家及上海市相关政策及资金支持下，在上海市已经取得了广泛的推广。

(2) 公共建筑一般的用电高峰与太阳能光伏输出的清洁能源同步，同时可以自行消纳，因此在上海国家会展中心推广实施光伏发电工程项目，不仅具有实实在在的经济收益，更起到了示范引领的作用。

(3) 本项目由上海电气建筑节能有限公司于 2016 年 11月完成施工图设计，2017 年 2 月项目施工完成。

(4) 2017 年 4 月，6 个并网接入点全部完成电力公司计量表计安装。截至当前，2.168 MW 光伏发电项目已累计为上海国家会展中心提供了 20 万 kW·h 绿色能源。