岳興華

（三峽大學(xué) 電氣與新能源學(xué)院，湖北 宜昌443002）

0 引 言

隨著環(huán)境問題的日趨嚴(yán)峻，綠色能源風(fēng)潮逐漸興起［1－2］。太陽能來源豐富、清潔環(huán)保，光伏發(fā)電成為這場(chǎng)風(fēng)潮中最受矚目的能源之一。分布式光伏發(fā)電是利用建筑物或附屬空閑場(chǎng)地安裝太陽電池組件發(fā)電，用戶直接使用或就近輸入電網(wǎng)售電給國(guó)家的發(fā)電形式［3－5］。

在人類社會(huì)持續(xù)增長(zhǎng)的能源需求、環(huán)境保護(hù)壓力、能源替代對(duì)可持續(xù)清潔能源的需求等形式下，光伏發(fā)電作為清潔能源的一種利用形式，得到了廣泛的青睞和快速發(fā)展。家用分布式光伏電站每發(fā)一度電，就相當(dāng)于節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤0．4 kg，減排二氧化碳0．947 kg，具有非常明顯的節(jié)能減排效果［6－8］。由于分布式光伏不占用現(xiàn)有土地，而且充分利用建筑物的閑置資源，得到了國(guó)家政策的大力支持，國(guó)家出臺(tái)了多項(xiàng)政策鼓勵(lì)發(fā)展分布式光伏發(fā)電。家用光伏電站每發(fā)一度電都能獲得0．42元的國(guó)家補(bǔ)貼，補(bǔ)貼20年。另外，各地方也有相應(yīng)的補(bǔ)貼政策，例如北京補(bǔ)貼0．3元／度，補(bǔ)貼3年；上海補(bǔ)貼0．4元／度，補(bǔ)貼5年。

在農(nóng)村屋頂建設(shè)小型分布式光伏電站，能夠充分利用建筑屋頂?shù)拈e置土地資源，實(shí)現(xiàn)可再生能源的利用。農(nóng)村屋頂分布式光伏電站不僅能起到一個(gè)隔熱降溫，美觀的效果，還能夠創(chuàng)造綠色收益，實(shí)現(xiàn)綠色環(huán)保。

1 分布式光伏發(fā)電收益計(jì)算

分布式光伏發(fā)電上網(wǎng)方式主要有“自發(fā)自用，余量上網(wǎng)”和“全額上網(wǎng)”兩種［9－10］。對(duì)于這兩種上網(wǎng)方式，其收益計(jì)算為：

（1）自發(fā)自用，余量上網(wǎng)

用戶自己發(fā)電自己用電，用不完的電并入電網(wǎng)，收益＝（自用電量×用戶當(dāng)前電價(jià)）＋（上網(wǎng)電量×余電上網(wǎng)電價(jià)0．324元／度）＋（全部發(fā)電量×補(bǔ)貼電價(jià)0．42元／度）。

（2）全額上網(wǎng)

用戶所發(fā)的全部電量并入電網(wǎng)，用戶需要用電時(shí)從電網(wǎng)取電，收益＝全部發(fā)電量×全額上網(wǎng)電價(jià)（全額上網(wǎng)執(zhí)行光伏發(fā)電標(biāo)桿上網(wǎng)電價(jià)）。

全國(guó)按太陽能資源不同劃分為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三類區(qū)域，全額上網(wǎng)電價(jià)按區(qū)域各不同。青海除海西外其他區(qū)域均為Ⅱ類地區(qū)。

2 光伏電站系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 支架結(jié)構(gòu)

陣列支架采用U型鋼支架。由于屋頂最上層鋪設(shè)了黏土瓦，為了不破壞屋頂瓦片和防水，本文采用槽鋼作為支架的地梁。圖1為槽鋼和支架安裝方式。

圖1 槽鋼和支架安裝方式

2.2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

系統(tǒng)主要由太陽電池組件、光伏并網(wǎng)逆變器、電纜等組成。系統(tǒng)設(shè)計(jì)如圖2所示。

圖2 農(nóng)村屋頂10 kWp分布式光伏電站系統(tǒng)設(shè)計(jì)

本文采用全額上網(wǎng)模式，采用單電源、單回路、T接方式接入電壓等級(jí)0．38 kV的電網(wǎng)系統(tǒng)。

2.3 數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)和采集

采用逆變器自身的數(shù)據(jù)采集器收集系統(tǒng)的運(yùn)行數(shù)據(jù)，系統(tǒng)運(yùn)行數(shù)據(jù)的傳輸和電站遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)控由逆變器自帶的Shine GPRS監(jiān)控模塊實(shí)現(xiàn)，通過Shine Phone APP手機(jī)客戶端或登錄光伏電站監(jiān)控云平臺(tái)，用戶可以隨時(shí)檢查光伏電站的正確運(yùn)行狀態(tài)，隨時(shí)查看當(dāng)前功率、當(dāng)日發(fā)電量、總發(fā)電量等數(shù)據(jù)。

3 案例分析

在青海省實(shí)施10 kWp農(nóng)村屋頂分布式光伏電站系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)用。實(shí)施地點(diǎn)位于青海省東部，經(jīng)緯度為36．52°N，102．34°E，屬我國(guó)太陽能資源二類區(qū)域，采用NASA美國(guó)太空總署氣象數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)當(dāng)?shù)氐奶柲苜Y源進(jìn)行分析。該地區(qū)水平面的太陽輻射量如表1所示。

表1 青海省東部地區(qū)22年月平均水平面太陽輻射量統(tǒng)計(jì)表

經(jīng)過計(jì)算，22年平均水平面年總太陽輻射量為1 642．56 kWh／m2，該地區(qū)太陽能資源較豐富，十分適合太陽能的開發(fā)利用。

建筑物屋頂約208 m2，建筑物東西向長(zhǎng)26 m，南北向?qū)? m，屋頂在混凝土封頂結(jié)構(gòu)之上，加蓋黏土瓦片形成人字形坡屋面。屋頂南面平整，無任何突出建筑物，房屋周圍無陰影遮擋，非常適合安裝分布式光伏系統(tǒng)。

采用最佳傾角的安裝方式安裝太陽電池組件。項(xiàng)目建設(shè)容量為10 kWp，選用250 W多晶硅太陽電池組件，太 陽 電 池 組 件 尺 寸 為1 650 mm×992 mm×40 mm，太陽電池組件共計(jì)40塊。光伏組件面朝南面，傾角30°角，豎向雙排安裝，圖3為電站一角。

表2所示為屋頂分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電情況，可以看出電站2017年12月份發(fā)電量最低，2018年5月份發(fā)電量最高，光伏系統(tǒng)月平均發(fā)電量達(dá)到1 224．8 kWh；年發(fā)電利用小時(shí)數(shù)達(dá)到1 469．8 h。

圖3 光伏發(fā)電系統(tǒng)一角

表2 系統(tǒng)發(fā)電情況統(tǒng)計(jì)表

數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明，系統(tǒng)年發(fā)電量達(dá)到了14 697．8 kWh，按當(dāng)年光伏發(fā)電標(biāo)桿上網(wǎng)電價(jià)計(jì)算，電站1年的收入達(dá)到了12 934萬元，按當(dāng)時(shí)系統(tǒng)投資計(jì)算，項(xiàng)目年投資收益率達(dá)到了17．2%；電站運(yùn)行1年內(nèi)未出現(xiàn)過故障，實(shí)現(xiàn)了安全、穩(wěn)定運(yùn)行。

4 結(jié) 論

我國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)迅速發(fā)展，能源消耗需求越來越大，充分利用農(nóng)戶屋頂建設(shè)小型分布式太陽能光伏發(fā)電站有助于優(yōu)化和完善能源結(jié)構(gòu)，推動(dòng)節(jié)能減排，減少環(huán)境污染。農(nóng)村屋頂面積大，利用農(nóng)村屋頂建設(shè)小型分布式光伏發(fā)電站，可以充分利用太陽能發(fā)電，使電能更加清潔環(huán)保。利用農(nóng)戶屋頂建設(shè)小型分布式太陽能光伏發(fā)電站具有多重效益和功能，值得在全國(guó)范圍內(nèi)推廣。