光伏发电绿色创新示范项目的建设与实践

邹 唯，江飞飞

（1、广州南沙科技产业发展有限公司 广州 511458；2、广东建科节能环保科技有限公司 510500；3、广东省建筑科学研究院集团股份有限公司 广州 510500）

0 引言

随着全球气候变化和能源危机的日益严重［1］，可再生能源的开发和利用成为了世界各国关注的焦点［2］。作为一种清洁、可再生的能源，太阳能光伏发电技术在国内外得到了广泛的应用和推广［3］。广州南沙某工业园区的光伏发电绿色示范项目旨在通过实际建设和运行，为建筑行业的碳减排和可再生能源利用提供实践经验和参考。

1 项目建设背景

1.1 地理位置

本项目位于广州市南沙区，属于亚热带季风气候区［4］，具有丰富的热源和雨量。此外，该地区日照时间长，太阳辐射强度高［5］，为光伏发电提供了得天独厚的气候条件。同时，项目所在地的地理位置也较为优越，交通便捷，为项目的建设和运营提供了便利条件。

1.2 太阳能资源条件

根据我国太阳能资源分布图［6］，项目所在地区属于太阳能资源较丰富类型区。这为光伏发电系统的建设和运行提供了充足的太阳能资源保障。通过合理的设计和布局，项目能够充分利用太阳能资源，提高发电效率和经济效益。

2 项目建设规模

2.1 总规模

在广州南沙某工业园区A1～A5 栋和B1～B2 栋等7 栋楼的屋面均安装了太阳能光伏系统，总安装面积4 905 m2（见表1），采用670 单晶硅单玻组件1 479 片，600单晶硅双玻组件68片，总装机容量1 031.7 kWp。

表1 光伏组件分布情况统计Tab.1 Statistics on the Distribution of Photovoltaic Modules

2.2 A1～A5栋

A1～A5 栋屋面上安装的光伏板如图1 所示。其中A1～A4屋面无女儿墙，主要采用配重安装。光伏支架固定于圆柱形的现浇混凝土墩的预埋件上，光伏板方阵最低点为1.2 m，最高点根据屋顶设备情况设定，在1.8～2.5 m，安装倾角为5°～10°。现浇混凝土墩尺寸为ϕ500 mm×400 mm，重量为200 kg，墩间距为2 m，光伏方阵每m2配重约为50 kg。

图1 A1～A5栋屋面的光伏方阵Fig.1 PV Array on the Roof of the A1～A5 Building

A5 栋采用架高钢结构安装。光伏支架安装于架高钢结构上。光伏板方阵最高点不超过2.8 m，安装倾角为3°～5°。架高钢结构的立柱、横梁均采用预制构件，现场通过紧固螺丝装配而成。其中立柱柱脚与屋面原结构层通过植筋相连。

2.3 B1～B2栋

B1～B2 栋屋面上安装的光伏板如图2 所示。B1～B2 栋和A5 栋一样，也是采用架高钢结构安装，光伏支架安装于架高钢结构上，光伏板方阵最高点不超过2.8 m，安装倾角在3°～5°之间。

图2 B1～B2栋屋面的光伏方阵Fig.2 PV Array on the Roof of the B1～B2 Building

其中在B1 栋屋顶有错层，除十一层楼顶外，还在十层屋顶平台处结合架高光伏，融合景观园林、户外活动空间设计元素，建设了500～600 m2的光伏建筑景观活动区。

3 项目建设内容

3.1 组件类型与安装形式

为了适应不同的环境和需求，项目选用了多种类型的光伏组件，包括单晶硅单玻组件、单晶硅双玻组件。这些组件具有较高的光电转换效率和稳定性。同时，项目采用了多种安装形式，包括10大倾角安装、3°、5°小倾角安装，以满足不同位置和角度的需求。

3.2 逆变器与并网方式

项目共安装了11台华为逆变器，其中100 kW逆变器9台，50 kW逆变器2台。这些逆变器能够将直流电转换为交流电，以便与电网连接。同时，项目采用了自发自用，余电上网的并网方式。这种方式能够最大程度地利用太阳能资源，减少对传统电网的依赖，并且可以将多余的电能回售给电网。

3.3 太阳能与建筑景观一体化设计

为了更好地融入建筑环境和景观中，项目在B1栋十层屋顶平台进行了太阳能与建筑景观一体化设计施工，如图3所示。通过精心设计，项目打造了一个融合光伏科技元素的园林休闲空间，包括光伏走廊、光伏休闲亭、离网光伏、光伏储能等设施。这些设施不仅提供了实用的功能，还为建筑增添了科技感和现代感。

图3 B1栋十层屋顶平台休闲空间Fig.3 Leisure Space on the 10th Roof of B1 Building

3.4 光伏监测系统

项目的光伏监测系统可以对不同组件类型和安装形式的组件方阵的发电效率等参数进行实时监测和记录。同时，该监测系统还可以通过互联网进行远程控制和数据查看，方便管理人员及时了解系统运行状况并进行相应的调整和维护。这套系统为项目运行和维护提供了极大的便利性和准确性。

4 项目建设技术

4.1 技术基本情况

广州南沙某工业园区光伏发电绿色创新示范项目为光伏建筑景观一体化项目，主要节能技术为光伏发电技术。项目中光伏发电系统由太阳能电池板、逆变器、支架、直交流汇流箱及计量等相关附件构成。

4.2 技术原理

该项目光伏发电系统的工作原理如图4 所示，太阳能电池方阵在光照的条件下产生直流电，直流电通过逆变器转换为交流电后并入低压电网。各部分作用如下：

图4 光伏系统组成示意图Fig.4 Schematic Diagram of PV System Composition

⑴太阳能电池板［7］：太阳能电池板是太阳能发电系统中的核心部件，也是太阳能发电系统中价值最高的部分，其作用是将太阳的辐射能转换为电能。项目主要采用单晶硅组件，最高光电转换效率达21.1%。

⑵并网逆变器［8］：太阳能系统的关键组成部件，其作用是通过并网孤岛保护、最大功率跟踪（MPPT）等功能将直流电逆变成生活用电的部件。

⑶其它附件：主要包括控制检测系统、防雷接地保护、电缆及支架等。

5 项目工艺流程

5.1 主要流程

项目工艺主要包括光伏建筑景观一体化设计、基础固定、支架安装、组件安装、线路连接、逆变器和配电柜安装、电表安装和验收并网。

5.2 光伏建筑景观一体化设计

项目根据用能单位的需要，将光伏科技与建筑、园林景观等融合设计：①将光伏设计遮阳防雨构造，下方形成合法、宽阔、舒适的活动空间；②利用光伏走廊、光伏休闲亭、离网光伏、光伏储能等光伏科技产品，与园林景观相结合，定制设计光伏科技景观，达到相应的宣传和展示效果。通过光伏建筑景观一体化设计，项目打造出了特色的光伏科技景观和活动场所，不但提升了用能单位的社会形象，同时在寸土寸金的城市中合法地增加了建筑使用面积。

5.3 光伏基础固定和防水施工

A1～A4 栋光伏支架安装于现浇混凝土墩的预埋件上，采用螺栓连接，不做防水要求。A5、B1～B2栋屋顶原构造为：瓷砖层+砂浆层+保温层+防水层+钢筋混凝土，防水要求高，具体施工安装过程如图5所示。为了保证光伏结构连接，设计时首先对照原屋顶结构图纸，对底座连接件安装位置进行了布置，使得连接件尽量多的安装于梁、柱、圈梁上，同时在安装时将连接位置梁板柱结构上覆盖的瓷砖层、砂浆层、保温层均予以打掉清理。打砖和清理时对防水层予以保护，避免扎破、划破防水层。待开口处露出的防水层晾干无积水后，再行打孔、清孔、注胶和固定底座连接件。底座连接件安装前，以底座连接件中心位置为基准，涂刷400 mm×400 mm 正方形沥青胶（聚氨酯防水胶）进行防水处理。底座连接件安装后，采用沥青胶（聚氨酯防水胶）将底座连接件涂刷覆盖，防水胶要包覆柱脚螺栓，防水胶涂敷厚度≥1 mm。

图5 基础固定和防水处理Fig.5 Foundation Fixing and Waterproof Treatment

5.4 光伏支架安装

根据设计图纸，首先进行定位放线，安装导轨。在安装时，应按中段、两端段、导轨接头的顺序进行，在安装完导轨接头后，要检查每条导轨的水平度，每跨段弯曲，对支架位置进行精确校核。前后排之间的间隔在设计中应注意，要求与墙的距离等。此外，在安装支架立柱、横梁和导轨时，不要将螺栓一次性紧固到位，在所有支架都调整平直后将螺栓全部紧固。

5.5 光伏组件安装

太阳电池板的安装应从下往上、逐步进行，并做到横平竖直，同侧阵内电池板间距保持一致，同时还要注意电池板接线方向。电池板固定时，在钢结构中用螺栓把组件固定在链条上，电池板与导轨间加双刺式垫片，套装中间夹具及侧夹具后，用螺母锁死。

5.6 光伏线路连接

依据设计图确定电池板连接方式，接线时注意不要正、负极接反，确保接线正确。每块电池板连接好后，查看电池板串断路电压是否正确，接合好后，要断开电池板上的线路，进行后续工序操作。

组合式方阵的布线应采取支承、固紧、保护等措施，导线应留有适当的余量，布线方式应符合设计图纸要求。接线头的接头应镀锡，应将多股导线的接线头合拢，每个接线头允许有两根芯线，且两根芯线之间要加垫片，所有的接线螺丝都要拧紧。

安装完毕后，应对接线、组件连线和方阵引出电缆进行校验，没有问题的，由电工负责测量，邻接方阵电压误差在5 V 以内部件，导轨和夹具必须可靠地连接。每一组分的导轨都必须用扁钢接地，螺栓固定，并连接到园区接地系统。

5.7 光伏逆变器和配电柜安装

布线排管时首先注意安全性问题，能走暗线时尽量走暗线，不走明线，同时注意管子的美观性；在安装逆变器时，确保输入输出开关都处于断开状态；绝对禁止直流输入与逆变器输出端相连，禁止输出电路短路或接地；直流输入与逆变器之间的连线应尽可能的短；进行连接过程应选择不同颜色线缆以作区别。正极红色，负极蓝色；接线端子时，务必牢固，禁止松动。

汇流箱主要是将汇流箱输出的直流电缆接入后进行汇流，再接至并网逆变器。配电柜内含有直流输入断路器、漏电保护器、防反二极管、光伏防雷器等主要器件，在保证系统不受漏电、短路、过载与雷电冲击等损坏的同时，有效保证负载设备运行的同时，方便客户操作和维护。

逆变器是将直流电转换为交流电的设备。包括电压控制、内部电源、误差放大、自保护装置等。逆变器安装应放于高处、周围空气流通顺畅、远离生活的地方。安装之前，做好准备工作，检查产品配件是否齐全、安装环境是否符合要求，安装前的布局是否得当。在安装时，两人配合，务必安装牢固，严禁有松动、左右摇摆等问题。安装好以后，务必进行检查，检查内容包括光伏阵列的检查、交流侧接线检查、直流线侧接线检查以及整个逆变器的固定检查。

光伏并网柜是交流配电柜，主要是通过配电给逆变器提供并网接口，采用断路器操作，含网侧防雷器，配置发电计量表、逆变器并网接口及交流电压电流表等装置。适用于10 kV 及低压380 V 光伏电站的小电源并网供电系统，主要是用来防止电网出现孤岛效应。在发生孤岛现象时，可以快速切除并网点，使光伏电站与电网侧迅速脱离，从而保证整个电站和相关维护人员的生命安全。光伏并网柜应安装在清洁的环境中，并且应通风良好，并保证环境要求、湿度满足产品规格要求。按并网电柜系统图设计要求敷设电缆。引入并网电柜的电缆应排列整齐，编号清晰。并网电柜内防雷接地与PE 线连接，PE 线与配电室内的接地装置连接。如果线缆需穿墙穿管，必须用防水、防火材料加以封闭确保其安全。

6 技术先进性和创新

6.1 南沙区工业园区首创

完成的广州南沙某工业园区光伏发电绿色创新示范项目，是广州市南沙区工业园区首例将光伏科技与建筑、景观相融合的示范项目。

6.2 便于监测

项目采用了单晶硅单玻、单晶硅双玻等两种类型的光伏组件，20°、5°、3°等3 种倾角安装方式，并通过光伏电站监测系统对上述组件和安装方式的组合的发电量、发电效率进行长期连续监测，实现可视化对比多种光伏板的光电转换率。

6.3 损耗率低

在标准测试条件［9］（STC，即光强1 000 W/m2，温度25 ℃，大气质量AM1.5）下，单晶硅单玻组件，输出功率首年损耗不超过3.0%，此后每年功率损耗不超过0.68%，第25 年输出功率不低于80.68%。单晶硅双玻组件输出功率，首年功率损耗不超过3.0%，此后每年功率损失不超过0.5%，第30 年输出功率不低于82.5%。

6.4 支架创新

项目光伏支架系统采用预镀锌镁铝合金Q345［10］材质的支架，材料厚实，坚固耐用；切口自愈合能力较强，防腐性能极强；质保20年；配套紧固件全部采用不锈钢材质，不生锈，更耐用。相对的，行业内普遍采用的热镀锌［11］，厚度相比较薄，现场焊接牢固度较弱，切口防腐性能较差，质保只有5年。

7 项目效益分析

7.1 行业发展导向

项目进行了光伏造景一体化设计施工，打造了融合光伏科技元素的园林休闲空间。这不仅提高了建筑的美观度和实用性，还为建筑行业和其他领域提供了可借鉴的经验和参考。

7.2 发电经济收益

项目预期使用寿命25 年，年发电约100 万kWh，可形成减碳约800 t/年的碳收益，同时可降低顶层房间夏天空调能耗费用，具有显著的经济效益。此外，通过并网运行和余电上网的方式，项目能够产生稳定的收益流；同时还可以为企业节省电费支出并享受政府补贴政策；还可以提高企业的社会形象和市场竞争力；长期来看还可以降低企业的运营成本和提高盈利能力。

7.3 助力节能减排

项目总装机容量1 031.7 kWp，年均发电量约100万kWh/年，25 年总发电量约为2 500 万kWh。根据国际能源署（IEA）《世界能源展望2007》［12］，中国的CO2排放指数为0.814 kg/kWh；同时，我国火电厂每发电上网1 kWh，需消耗标准煤305 g。与同类容量的燃煤火电厂相比，按照火电煤耗（标准）305 g/kWh 计，项目共可节约标准煤约7 625 t，减排CO2约20 350 t。

项目实现了节能减排的目标，助力建筑“碳达峰”，减少了传统能源的消耗和碳排放量，为广州市和南沙区的节能减排工作做出了贡献。

8 结论

⑴广州南沙某工业园区光伏发电绿色示范项目是一项具有显著经济、环保和社会效益的创新性工程。该项目充分利用了广州南沙地区丰富的太阳能资源，通过安装高效的光伏发电系统，实现了可再生能源的有效利用。项目的成功实施不仅为建筑行业提供了可借鉴的碳减排和可再生能源利用经验。

⑵在项目建设过程中，采用了多种先进的光伏组件和安装技术，确保了系统的高效稳定运行。此外，项目还注重与建筑景观的一体化设计，将光伏发电系统与园林景观相融合，提升了建筑的美观度和实用性。

⑶项目的长期运行将带来显著的经济效益和环保效益。通过并网运行和余电上网的方式，项目能够为企业节省电费支出并享受政府补贴政策，同时还可以降低顶层房间夏天空调能耗费用，减少碳排放，助力节能减排目标的实现。

总之，广州南沙某工业园区光伏发电绿色示范项目是一项具有创新性、先进性和实用性的工程，为本地区节能减排和能源转型提供了宝贵的实践经验和参考。