分布式屋顶光伏发电及并网系统研究

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　　摘 要 分布式屋顶光伏发电及并网系统，是以太阳能技术为基础发展起来的一类新兴技术，在该系统的支撑下，太阳的光能顺利转型为电能。分布式屋顶光伏发电技术的开发与推广应用，有效的迎合了现代建筑工程持续发展的需求，且具有清洁、节能等优势特征。本文主要讨论了该类系统的设计内容及对应的方法。
　　关键词 屋顶;分布式光伏发电;并网系统;设计研究
　　屋顶分布式光伏发电能安装在用户侧并网上后，能实现自行发电与自行利用的目标，其属于一类新兴的太阳能技术，有效迎合了新时期下我国节能环保的需求。但因为该类系统是最近几年中发展起来的一类事物，造成很多人员对发电系统的设计方法不能扎实掌握，在设计实践中，应合理选用有关设备设施，结合现实套件设定系统主要参数，这是提升系统对太阳能资源有效利用率的关键措施之一。
　　1 屋顶类型
　　1.1 屋顶面积
　　单体屋顶面积直接决定光伏发电项目的容量，是最基础的元素，屋面上是否存在附属物，如广告牌、风机、附房、女儿墙等，设计时需要避开阴影遮挡。
　　1.2 屋面朝向
　　屋面朝向决定着光伏支架、组件、串列、汇流箱的布置原则，比如东西走向的屋面，背阴面的方阵是否需要设置倾角，组件串联时阴阳两面尽量避免互连，汇流箱及逆变器直流输入尽量为同一屋面朝向的阵列。
　　1.3 屋顶材质
　　为保证光伏支架结构设计的合理性，相关人员一定要对光伏系统被屋面的类型有明确掌握。当下，适用于装光伏系统的屋面类型主要有两类，一类是屋面尺寸相对较大的轻钢结构彩钢瓦屋面，另一类是现场浇筑混凝土屋面。在具体设计过程中，应结合屋面所属类别的差异性，应用不同的支架结构。
　　彩钢瓦是在专用机器的协助下将涂钢卷轧制成型的，继而安设在屋面擦条，最后建成防水的彩钢瓦屋面，角弛型彩钢瓦、180°及360°咬合彩钢瓦是常用的彩钢瓦类型[1]。而混凝土屋面，即采用混凝土现场浇筑作业后形成的屋面。
　　1.4 屋顶载荷
　　光伏电站设计寿命一般在25年，在项目考察时，需要进行屋面荷载计算验证。如条件满足则可以建设光伏电站，如荷载不能满足，则需要出加固方案，加固完成后重新计算[2]。
　　2 屋顶分布式光伏发电系统的设计
　　2.1 光伏电池设计
　　针对屋顶光伏电池型号的选择，应全面考虑系统预算、屋顶现实面积、用电器功率等指标，硅电池是光伏电池的主要类型，其有单晶硅、多晶硅与非晶硅光伏电池三种类型之分。在对各种硅电池整体分析后，发现单晶硅光伏电池在转换率方面占据优势，多晶硅光伏电池对太阳光能的转化效率偏低，但其弱光性能相对较高。在设计光伏电池过程中，通常前两种硅电池是首选，其具有生产制造工艺简洁、造价成本低等优势特征，在选择光伏构件时，还需综合分析其他工作条件与运行年限等指标，通常而言多晶硅太阳电池组件，全光照面积的光电转换率高于15.0%，作业环境温度取值方位为-40～85℃，运行年限高于25年，晶体硅构件对应的衰减率在2年中低于2.0%，25年中低于20.0%。
　　为实现对光伏方阵结构的有效设计，通常对光伏电池组件采用串联的形式，也可现对组件采用串联方式，在保证其与系统电压运行需求相吻合的基础上，在进行并联操作，以迎合系统运行期间对功率提出的要求[3]。
　　2.2 支架设计
　　在屋顶分布式光伏发电系统设计过程中，光伏电池支架有跟踪式、固定式两种类型，通常会结合屋顶现实面积、负载规定与本地气候条件等因素，对支架结构进行优化设计，选择性能与功能最优良的光伏电池支架。其中，和固定式光伏电池支架相比较，跟踪式支架结合阳光循迹可以被细分为双轴、水平单轴、竖直单轴、倾斜单轴循迹四种类型，其有益于提升支架结构的运行效率，增加太阳能资源的输出量。
　　2.3 组件角度与间距计算
　　确保光伏系统组件安设角度的适宜性，能保证系统在运行期间获得最佳效率。电池组件角度的调整对象以方位角和倾斜角两参数为主，相关工作人员可结合系统运行实况做出相关调整措施。方位角是方阵垂直面和正南方向形成的夹角，通常状况下，方阵朝向正南，这提示方阵垂直面和正南夹角为0°时，太阳电池发电量能达到最大值。而当偏离正南30°时，方阵的发电量减少率为10.0～15.0%;处于偏离正南60°时，电量减少率为20.0～30.0%。最佳倾角，实质上就是指当光伏方阵依照某一角度安放时，光伏板倾斜面形成辐射量对应的最大值，通常结合系统安装所在地纬度可测算出来。
　　 光伏组件间距，实质上是指在预设间距中，光伏阵列不会受组件与组件阴影干扰的情况。在对屋顶分布式光伏发电设计过程中，计算阵列间距时，可采用如下公式进行[4]：
　　[D对应的是阵列间距，：倾角;为纬度;L：倾斜面长度]
　　3 接入方式
　　分布式光伏发电上网模式分为全额上网、自发自用余电上网、自发自用三种方式。按照接入电压等级，分为接入10kV、380/220V两类。按照接入位置，分为接入变电站/配电室/箱变、开闭站/配电箱、环网柜和线路四类。按照接入方式，分为专线接入和T接两类。按照接入产权，分为接入用户电网和接入公共电网两类。
　　4 結束语
　　在我国电网事业发展进程中，太阳能发电技术的应用，屋顶分布式光伏发电系统功能的建设与完善，有益于减轻传统电能资源运用过程中形成的压力，对电网工程稳健发展注入能量。在对屋顶分布式光伏发电系统设计过程中，应规范性的落实相关技术，以实现对建筑日常用电过程最大限度的优化与完善。
　　参考文献
　　[1] 陈萍.分布式屋顶光伏发电在工业企业的实际应用及效益分析[J].玻璃，2019，46（03）：46-50.
　　[2] 刘立斌，邓金城，杨志祎，等.彩钢厂房屋面光伏电站除雪机器人探讨[J].科学技术创新，2018，14（32）：153-155.
　　[4] 岳兴华.农村屋顶分布式光伏电站设计与运行分析[J].通信电源技术，2018，35（09）：82-83，86.
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