浅谈某粮食仓储项目分布式光伏发电系统设计

◎范少飞 邵政豪

（郑州中粮科研设计院有限公司，河南 郑州 450001）

1 项目概况

现场基本情况如下：（1）项目所在地：深圳市。（2）项目建设条件：本项目有5个建筑子项屋面可利用，分别是浅圆仓、立筒仓、机修器材库、管理用房、食堂宿舍楼。

2 技术方案

2.1 系统的组成

分布式光伏发电系统的组成包括光伏电池组件、光伏支架、并网逆变器、交流并网箱以及综合监控系统等设备组成。

2.1.1 光伏组件

光伏组件用透光率高的钢化低铁玻璃、聚丙烯酸类树脂制作上面板，利用透明光干涉形成减反射膜以降低入射光的反射损耗[1]。

方案采用单晶硅（550 Wp）太阳能电池组件。单晶硅组件电池在使用过程中具有稳定的性能且转换效率高寿命长，与相同容量太阳能电池组件对比占用面积小、性价比高。因此，单晶硅太阳能电池组件在光伏市场占主导地位，得到大量推广应用。

2.1.2 光伏组件安装

（1）混凝土屋面。浅圆仓、立筒仓、管理用房、食堂宿舍楼为混凝土屋面。混凝土屋面应注意通风空调等设备及其管道的布置，若有此类设施，要避开且预留出维修通道，其余空间可布置光伏组件；还需要注意屋面是否为错层布置，若南侧屋面高北侧屋面低，可能存在遮挡导致北侧的屋顶无法利用的情况，北侧屋面尽量不设光伏组件。

混凝土屋顶安装采用混凝土配重块作为基础，配重块底部垫防水并用水泥浆稍作固定与找平后放置于屋面，主要利用配重自身重量稳固光伏，不对屋面钻孔。混凝土屋顶由于采用配重块基础，而配重块一般重80~100 kg，所以屋顶分布式光伏的安装方式对屋顶承重要求比较高，结构专业应提前考虑荷载要求。

（2）琉璃瓦屋面。机修器材库为琉璃瓦屋面。瓦屋顶光伏电站安装过程：①根据瓦片的类型选择相应的挂钩，用螺栓将挂钩固定在屋顶木梁上或水泥承重结构上。固定好挂钩后将瓦复原。②根据屋顶荷载要求，选用合适的导轨，用螺栓将导轨固定在挂钩上。③将安装好的压块滑入导轨中，放置好组件后，拧紧螺栓即可固定组件。

2.1.3 光伏组件排布

采用各向异性的散射辐射模型建立光伏电池板倾斜面上的太阳辐射量动态模型，利用逐步寻优的方式获取任意朝向的光伏电池板安装最佳倾角[2]。根据各建筑子项屋顶面积、安装方式及太阳辐射动态模型得出组件分布表如表1。

表1 各建筑子项屋顶面积、安装方式及太阳辐射动态模型得出组件分布表

2.1.4 逆变器、汇流箱

环境温度和日照强度都会对光伏列阵的功率输出造成影响。通过调节逆变器，使光伏阵列输出电压趋近于最大功率点输出电压，保证光伏阵列在最大功率点运行获得最大能源[3]。

组串式逆变器相对比集中式逆变器而言，结构简易安装方便且配置灵活，方案使用组串式逆变器，产品型号根据现场光伏组件布置情况灵活选用。

采用具有高品质的电能输出的并网光伏逆变器，同时要求配置高性能滤波电路，使逆变器输出较高的电能质量，不会污染公共电网质量。

为了维护检修方便以及系统运行的可靠性得到提高，在太阳能光伏组件和逆变器安装直流汇流装置，使太阳能光伏组件和逆变器之前的连接线更少，增加光伏系统运行的安全可靠性。根据所要接入的直流线路的多少和工作电压、电流的大小选择合适的光伏汇流箱。

2.1.5 监控系统

针对工业型并网系统，在多台逆变器上外接1个或多个数据采集器，便可将光伏系统的数据通过采集设备中的Wifi、以太网等通讯方式传输到因特网上，用户只需登录远程监控平台即可轻松了解光伏系统的运行状况，并获取数据分析、历史报表、日志记录等信息，此外系统可配套环境监测仪，时刻查看包括组件温度、总辐射、温湿度等数据，在监控终端可配置LED大屏显示，实现高效管理。

2.1.6 并网接入方案

并网接入方案采取自发自用、余电上网的方式。光伏电站在每个并网点配置一套光伏电表，并且在产权分界处配置相应的关口计量电能表。修器材库、管理用房和宿舍食堂共287.10 kWp的光伏系统，接入变配电间内500 kVA变压器低压母线侧，同时布置1台交流汇流箱及1台光伏并网柜。立筒仓、浅圆仓共858.50 kWp的光伏系统，就近接入变配电间内2 500 kVA变压器低压母线侧，同时布置1台交流汇流箱及1台光伏并网柜。

2.1.7 防雷接地设计

可利用光伏组件光伏方阵的金属边框和建筑物的结构金属物作接闪器；利用柱内主钢筋或钢柱等钢构架作自然引下线，也可以利用热镀锌扁钢圆钢等专用引下线。自然接地体一般利用建筑物的地圈梁及承台等基础内的钢筋，在没有基础的地方采用热镀锌扁钢或圆钢焊接连通。屋顶用单根6平方的铜芯软绞线将光伏组件边框上依次跨接，并与两边固定光伏支架用螺栓连接起来做等电位联结；屋顶光伏组件及支架与接闪器连接间距超过18 m且不应少于2处。此外应设置防雷电电磁脉冲措施，在逆变器处应加装避雷器。

2.2 发电量估算

2.2.1 年理论发电量

根据《光伏发电站设计规范》（GB 50797—2012）的条文规定，光伏发电站上网电量可按下式计算[4]：

式中，Ep为光伏系统发电量（kW·h）；HA为水平面太阳能总辐照量（kW·h·m-2，峰值小时数）；A为为组件安装面积（m2）；ηi为组件转换效率（%）；K为综合效率系数；PAZ为组件安装容量（kWp）；ES为标准条件下的辐照度（常数=1 kW·h·m-2）。

式中，K1为修正系数（组件类型）；K2为光伏方阵安装倾角、方位角和组件匹配效率；K3为系统可用率；K4为光照利用率；K5为弱光损失；K6为逆变器效率、升压变压器损耗和光伏区电缆损耗；K7为表面污染修正系数；K8为转换效率。

2.2.2 工程总效率

综合效率K=K1×K2×K3×K4×K5×K6×K7×K8。系统的综合效率系数表见表2。

表2 系统的综合效率系数表

本工程计算发电量的加权效率为80.84%。

2.2.3 年上网电量估算值

单晶硅太阳电池组件的衰减对计算光伏电场实际每年上网电量时也有影响。寿命及功率衰减要求如下：组件首年衰减不大于2.5%，第2年及后续每年衰减不大于0.55%。本工程沿屋面17°倾角铺设光伏组件。根据《光伏发电站设计规范》，上网电量可按下式计算：

运行周期25年的发电量估算值表见表3。

表3 立筒仓、浅圆仓光伏系统25年发电量表

机修器材库、管理用房、宿舍食堂光伏系统25年发电量表见表4。

表4 机修器材库、管理用房、宿舍食堂光伏系统25年发电量表

3 运维

分布式电站运维服务可按次、按年或长期服务。

3.1 电池组件清洗工作

清洗条件：光伏方阵输出低于初始状态输出的95%。灰尘以及鸟粪积在光伏板表面上，都会使光伏方阵发电量下降。光伏阵列表面积灰越多，积灰光伏组件透光率越低，对光伏组件得输出性能影响越大[5]；鸟粪局部遮盖地方会引起热斑效应，白天光照下鸟粪遮盖处的电池元件会引起局部不正常的发热，会降低光伏板使用寿命。因此，组件上的污点及鸟屎必须擦拭干净。

3.2 实时数据监控分析

实时监控电站状态及发电量，对重大故障报警当天到达现场进行巡检定位、及时处理，并总结故障原因。

3.3 每年定期整体检修

对主要部件和关键位置进行检修维护，达不到要求的部件应及时更换。检修完成后出具检修报告，使系统维持最大的发电能力。按照检修周期可分为日巡检、周巡检、月巡检以及季度大检修。通过每天、每周、每月的巡检及时发现问题和隐患，确保电站安全可靠运行，对于短时间无法解决的问题可以汇总记录，季度检修时一并解决。季度检修需要对所有设备进行全面排查维护。

4 结语

光伏发电系统所需能量来自太阳能，分布广泛且清洁无污染。光伏发电系统在实际应用过程中无噪声污染且故障率低，投资小收益大，与其他常规发电方式相比有着较大的优势，不仅可以减少消耗常规能源，也可以减少排放温室及有害气体，对社会的经济、环保来说都具有重大效益。