15MW太阳能屋顶光伏发电工程应用分析

引言 　　提高，人类对能源的需求急剧扩大，以石油、煤炭、天然气为主的传统能源短缺问题日渐显现，能源供应与经济增长的矛盾不断加剧，特别是传统能源的不可再生性更是加重了人类社会对经济可持续发展的担忧。面对全球范围内的能源危机和环境压力，人们渴望用可再生能源来代替资源有限、污染环境的常规能源。 　　太阳能以其独有的优势成为人们关注的焦点，丰富的太阳辐射能是取之不尽、用之不竭，无污染、廉价、安全的人类可重复利用的再生能源。太阳能屋顶光伏发电作为人们对太阳能利用的一种方式，电能产生的过程中无化石燃料消耗，是一种环保、清洁的可再生能源。它对于优化能源战略、改善电源结构、提高电源保障、节能减排、提高环境质量是非常有利的。 　　本文结合某太阳能屋顶光伏发电工程的实际情况，分析了太阳能屋顶光伏发电工程的发展前景。 　　1太阳能屋顶光伏发电系统 　　1．1系统简介 　　太阳能屋顶光伏发电系统由光伏组件、并网逆变器、直流汇流箱、计量装置、交流配电装置及远程数据传输监控系统等部分组成。 　　光伏发电系统组成示意图如图1所示。 　　目前，光伏组件主要有晶体硅太阳能电池组件和非晶薄膜电池组件两种。晶体硅太阳能电池组件光电转换效率达到14％～17％，用高透光率低铁钢化玻璃、抗老化EVA和优良耐火性背板热压密封而成，外加阳极化优质铝合金边框，具有效率高、寿命长、安装方便、抗风、抗冰雹能力强等特性。非晶薄膜电池组件光电转换效率达到6％一6．5％，它使用只有不到1m或几微米厚的半导体材料，厚度不足晶体硅电池的百分之一。这些半导体薄层可以附着在廉价的基片上，如玻璃、活性塑料或不锈钢薄板。非晶薄膜电池组件具有卓越的弱光发电性、防孤岛效应等优点和隔热保温性。在相同的功率和同样发电量的情况下，非晶硅太阳能薄膜电池的成本低于晶体硅太阳能电池，被认为是目前最有可能实现发电成本接近上网电价的技术。 　　1．2建立屋顶光伏发电工程意义 　　(1)符合国家产业政策。建立屋顶光伏发电工程贯彻落实了《中华人民共和国可再生能源法》、《中华人民共和国节约能源法》，落实了国务院节能减排战略部署：加强政策扶持，加快推进太阳能光电技术在城乡建筑领域的应用，在条件适宜的地区，组织支持开展一批光电建筑应用示范工程，实施“太阳能屋顶计划”。 　　(2)有利于改善电源结构。我国电力行业的产业政策主旨是优化电源结构，加强电网建设。优先发展水电、核电、风电、太阳能发电、生物质发电等可再生能源及新能源，而对煤电则立足优化结构、节约资源、重视环保、提高技术经济水平。建设屋顶光伏发电工程，有利于增加电源的多样性，改善电源结构。 　　(3)有利于改善环境质量。太阳能光伏发电无化石燃料消耗，是一种环保、清洁的可再生能源，与火电相比，可节约大量的煤炭或油气资源，有利于环境保护。同时，太阳能是取之不竭、用之不尽的最直接的能源，早开发早受益。 　　2某15MW屋顶光伏发电工程实例分析 　　2．1建设规模 　　工程建立在某工业区内103栋公共建筑屋顶，可利用屋顶面积为35．44×10m，装机容量为15．02MW。其中晶体硅太阳能电池组件装机容量为14．7572MW，非晶薄膜电池组件装机容量为0．2628MW。 　　2．2自然条件 　　该地区日照充分，太阳能资源富足，属太阳能资源的三类地区，是我国太阳能资源的丰富或较丰富的地区。通过该地区多年气象资料分析，日照小时数年平均为2350—2700h，西北部多于东南部。年太阳能总辐射为5582MJ／m。左右。因此，适合建立太阳能屋顶光伏发电工程。 　　2．3工程设想 　　2．3．1总平面布置 　　该工程项目涉及了103栋建筑物，因屋顶形状不同，因此根据建筑屋顶形状，屋顶载荷限制及发电量、光伏组件的安装方式等因素，确定光伏系统组件的倾斜角度，在条件允许的情况下得到最大的发电量。屋顶组件采用倾斜角度分为15°及0°两种安装方式。 　　2．3．2设计原则 　　由于计划安装光伏系统的建筑已基本建成，建筑结构不易变动，在设计中遵循了以下原则： 　　(1)不改变原有建筑物结构(如屋顶防水层、电气管线等)。 　　(2)组件前后排之间在任何季节不发生遮挡。 　　(3)最大限度降低屋顶的承重。 　　(4)预留检测通道，方便维护。 　　(5)安装施工方便。 　　(6)充分利用可用面积，使经济效益最大化。 　　2．3．3系统组成及设计 　　针对现场勘察的实际情况，通过技术可行性和经济效益论证，提出整体方案设计如下： 　　该项目采用分散发电、单点并网、就地和集中监控的技术方案。即整个光伏发电系统由103个分光伏发电系统组成，并网点在各建筑物的低压配电室内。每套光伏系统配有完善的通讯监控系统，包括1套数据采集单元及1套计算机监控设备，数据采集单元采集环境参数与逆变器运行参数，将光照强度、环境温度、风速等环境变量和系统的电压、电流、相位、功率因数、频率、发电量等系统变量通过RS485传输给监控系统，实现就地监控。设立光伏发电系统控制中心，各发电系统通过远程通讯传输到控制中心，实现对全系统的远程监控，同时方便区域的电网调度管理。 　　2．3．4效益分析 　　该工程总投资为38035万元，政府财政补贴为18990万元。主要技术经济指标如表1所示。 　　由上述经济指标可知，项目为国家扶持的光伏发电示范工程，享受政府投资补贴50％的优惠政策，因而经济效益较好。电站建成后，每年减少CO2排放量20817t，每年减少SO排放量620t，每年减少氮化物排放量310t，具有很好的社会效益。 　　2．3．5存在问题 　　(1)高成本。 　　晶体硅太阳能电池是目前发展最成熟的，在应用中居主导地位。该工程太阳能电池组件主要选用晶体硅太阳能电池。但是近年来国际多晶硅现货价格猛涨，一度从2005年的35美kg攀升至2008年的480美元／kg，因此造成目前我国屋顶光伏发电工程成本过高，发电企业往往需要靠国家财政补贴才能达到收支平衡。在这种情况下，价格低廉的非晶薄膜电池正在迅速发展。与目前国内众多的晶体硅电池技术不同，在原料消耗上，非晶硅薄膜电池所用沉积原料只是多晶硅电池的1％，不存在原料供应的瓶颈，从而大大降低了发电成本。有理由相信，随着非晶薄膜电池产业的发展壮大，制约屋顶光伏发电工程的瓶颈将得到解决。 　　(2)废旧太阳能电池的回收。 　　太阳能电池的寿命一般为25年，废旧太阳能电池如何处理是光伏发电工程发展必需考虑的问题。目前一些企业已经着手处理这一问题，积极为国家再生能源和环保事业做贡献。 　　3结语 　　太阳能屋顶光伏发电工程对于优化能源战略、改善电源结构、提高电源保障、节能减排、提高环境质量是非常有利的。但是发电单位造价过高，如果不享受政府投资补贴50％的优惠政策，全部投资内部收益率会很低，这便造成只有社会效益，而经济效益很低的尴尬局面。 　　但是，该工程光伏组件以晶体硅太阳能电池组件为主，约占98．25％，从而带来建设成本过高。随着非晶薄膜电池技术的日趋成熟，价格低廉的非晶薄膜电池的大规模生产，会在很大程度上降低建设成本，从而使太阳能屋顶光伏发电工程在真正意义上带来巨大的经济效益和社会效益。