农村屋顶分布式光伏电站设计与运行分析

岳兴华

（三峡大学 电气与新能源学院，湖北 宜昌443002）

0 引 言

随着环境问题的日趋严峻，绿色能源风潮逐渐兴起［1－2］。太阳能来源丰富、清洁环保，光伏发电成为这场风潮中最受瞩目的能源之一。分布式光伏发电是利用建筑物或附属空闲场地安装太阳电池组件发电，用户直接使用或就近输入电网售电给国家的发电形式［3－5］。

在人类社会持续增长的能源需求、环境保护压力、能源替代对可持续清洁能源的需求等形式下，光伏发电作为清洁能源的一种利用形式，得到了广泛的青睐和快速发展。家用分布式光伏电站每发一度电，就相当于节约标准煤0．4 kg，减排二氧化碳0．947 kg，具有非常明显的节能减排效果［6－8］。由于分布式光伏不占用现有土地，而且充分利用建筑物的闲置资源，得到了国家政策的大力支持，国家出台了多项政策鼓励发展分布式光伏发电。家用光伏电站每发一度电都能获得0．42元的国家补贴，补贴20年。另外，各地方也有相应的补贴政策，例如北京补贴0．3元／度，补贴3年；上海补贴0．4元／度，补贴5年。

在农村屋顶建设小型分布式光伏电站，能够充分利用建筑屋顶的闲置土地资源，实现可再生能源的利用。农村屋顶分布式光伏电站不仅能起到一个隔热降温，美观的效果，还能够创造绿色收益，实现绿色环保。

1 分布式光伏发电收益计算

分布式光伏发电上网方式主要有“自发自用，余量上网”和“全额上网”两种［9－10］。对于这两种上网方式，其收益计算为：

（1）自发自用，余量上网

用户自己发电自己用电，用不完的电并入电网，收益＝（自用电量×用户当前电价）＋（上网电量×余电上网电价0．324元／度）＋（全部发电量×补贴电价0．42元／度）。

（2）全额上网

用户所发的全部电量并入电网，用户需要用电时从电网取电，收益＝全部发电量×全额上网电价（全额上网执行光伏发电标杆上网电价）。

全国按太阳能资源不同划分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三类区域，全额上网电价按区域各不同。青海除海西外其他区域均为Ⅱ类地区。

2 光伏电站系统设计

2.1 支架结构

阵列支架采用U型钢支架。由于屋顶最上层铺设了黏土瓦，为了不破坏屋顶瓦片和防水，本文采用槽钢作为支架的地梁。图1为槽钢和支架安装方式。

图1 槽钢和支架安装方式

2.2 系统设计

系统主要由太阳电池组件、光伏并网逆变器、电缆等组成。系统设计如图2所示。

图2 农村屋顶10 kWp分布式光伏电站系统设计

本文采用全额上网模式，采用单电源、单回路、T接方式接入电压等级0．38 kV的电网系统。

2.3 数据监测和采集

采用逆变器自身的数据采集器收集系统的运行数据，系统运行数据的传输和电站远程实时监控由逆变器自带的Shine GPRS监控模块实现，通过Shine Phone APP手机客户端或登录光伏电站监控云平台，用户可以随时检查光伏电站的正确运行状态，随时查看当前功率、当日发电量、总发电量等数据。

3 案例分析

在青海省实施10 kWp农村屋顶分布式光伏电站系统设计应用。实施地点位于青海省东部，经纬度为36．52°N，102．34°E，属我国太阳能资源二类区域，采用NASA美国太空总署气象数据库对当地的太阳能资源进行分析。该地区水平面的太阳辐射量如表1所示。

表1 青海省东部地区22年月平均水平面太阳辐射量统计表

经过计算，22年平均水平面年总太阳辐射量为1 642．56 kWh／m2，该地区太阳能资源较丰富，十分适合太阳能的开发利用。

建筑物屋顶约208 m2，建筑物东西向长26 m，南北向宽8 m，屋顶在混凝土封顶结构之上，加盖黏土瓦片形成人字形坡屋面。屋顶南面平整，无任何突出建筑物，房屋周围无阴影遮挡，非常适合安装分布式光伏系统。

采用最佳倾角的安装方式安装太阳电池组件。项目建设容量为10 kWp，选用250 W多晶硅太阳电池组件，太 阳 电 池 组 件 尺 寸 为1 650 mm×992 mm×40 mm，太阳电池组件共计40块。光伏组件面朝南面，倾角30°角，竖向双排安装，图3为电站一角。

表2所示为屋顶分布式光伏发电系统的发电情况，可以看出电站2017年12月份发电量最低，2018年5月份发电量最高，光伏系统月平均发电量达到1 224．8 kWh；年发电利用小时数达到1 469．8 h。

图3 光伏发电系统一角

表2 系统发电情况统计表

数据统计结果表明，系统年发电量达到了14 697．8 kWh，按当年光伏发电标杆上网电价计算，电站1年的收入达到了12 934万元，按当时系统投资计算，项目年投资收益率达到了17．2%；电站运行1年内未出现过故障，实现了安全、稳定运行。

4 结 论

我国经济社会迅速发展，能源消耗需求越来越大，充分利用农户屋顶建设小型分布式太阳能光伏发电站有助于优化和完善能源结构，推动节能减排，减少环境污染。农村屋顶面积大，利用农村屋顶建设小型分布式光伏发电站，可以充分利用太阳能发电，使电能更加清洁环保。利用农户屋顶建设小型分布式太阳能光伏发电站具有多重效益和功能，值得在全国范围内推广。