15MW太陽能屋頂光伏發(fā)電工程應用分析

引言 　　提高，人類對能源的需求急劇擴大，以石油、煤炭、天然氣為主的傳統(tǒng)能源短缺問題日漸顯現(xiàn)，能源供應與經濟增長的矛盾不斷加劇，特別是傳統(tǒng)能源的不可再生性更是加重了人類社會對經濟可持續(xù)發(fā)展的擔憂。面對全球范圍內的能源危機和環(huán)境壓力，人們渴望用可再生能源來代替資源有限、污染環(huán)境的常規(guī)能源。 　　太陽能以其獨有的優(yōu)勢成為人們關注的焦點，豐富的太陽輻射能是取之不盡、用之不竭，無污染、廉價、安全的人類可重復利用的再生能源。太陽能屋頂光伏發(fā)電作為人們對太陽能利用的一種方式，電能產生的過程中無化石燃料消耗，是一種環(huán)保、清潔的可再生能源。它對于優(yōu)化能源戰(zhàn)略、改善電源結構、提高電源保障、節(jié)能減排、提高環(huán)境質量是非常有利的。 　　本文結合某太陽能屋頂光伏發(fā)電工程的實際情況，分析了太陽能屋頂光伏發(fā)電工程的發(fā)展前景。 　　1太陽能屋頂光伏發(fā)電系統(tǒng) 　　1．1系統(tǒng)簡介 　　太陽能屋頂光伏發(fā)電系統(tǒng)由光伏組件、并網逆變器、直流匯流箱、計量裝置、交流配電裝置及遠程數據傳輸監(jiān)控系統(tǒng)等部分組成。 　　光伏發(fā)電系統(tǒng)組成示意圖如圖1所示。 　　目前，光伏組件主要有晶體硅太陽能電池組件和非晶薄膜電池組件兩種。晶體硅太陽能電池組件光電轉換效率達到14％～17％，用高透光率低鐵鋼化玻璃、抗老化EVA和優(yōu)良耐火性背板熱壓密封而成，外加陽極化優(yōu)質鋁合金邊框，具有效率高、壽命長、安裝方便、抗風、抗冰雹能力強等特性。非晶薄膜電池組件光電轉換效率達到6％一6．5％，它使用只有不到1m或幾微米厚的半導體材料，厚度不足晶體硅電池的百分之一。這些半導體薄層可以附著在廉價的基片上，如玻璃、活性塑料或不銹鋼薄板。非晶薄膜電池組件具有卓越的弱光發(fā)電性、防孤島效應等優(yōu)點和隔熱保溫性。在相同的功率和同樣發(fā)電量的情況下，非晶硅太陽能薄膜電池的成本低于晶體硅太陽能電池，被認為是目前最有可能實現(xiàn)發(fā)電成本接近上網電價的技術。 　　1．2建立屋頂光伏發(fā)電工程意義 　　(1)符合國家產業(yè)政策。建立屋頂光伏發(fā)電工程貫徹落實了《中華人民共和國可再生能源法》、《中華人民共和國節(jié)約能源法》，落實了國務院節(jié)能減排戰(zhàn)略部署：加強政策扶持，加快推進太陽能光電技術在城鄉(xiāng)建筑領域的應用，在條件適宜的地區(qū)，組織支持開展一批光電建筑應用示范工程，實施“太陽能屋頂計劃”。 　　(2)有利于改善電源結構。我國電力行業(yè)的產業(yè)政策主旨是優(yōu)化電源結構，加強電網建設。優(yōu)先發(fā)展水電、核電、風電、太陽能發(fā)電、生物質發(fā)電等可再生能源及新能源，而對煤電則立足優(yōu)化結構、節(jié)約資源、重視環(huán)保、提高技術經濟水平。建設屋頂光伏發(fā)電工程，有利于增加電源的多樣性，改善電源結構。 　　(3)有利于改善環(huán)境質量。太陽能光伏發(fā)電無化石燃料消耗，是一種環(huán)保、清潔的可再生能源，與火電相比，可節(jié)約大量的煤炭或油氣資源，有利于環(huán)境保護。同時，太陽能是取之不竭、用之不盡的最直接的能源，早開發(fā)早受益。 　　2某15MW屋頂光伏發(fā)電工程實例分析 　　2．1建設規(guī)模 　　工程建立在某工業(yè)區(qū)內103棟公共建筑屋頂，可利用屋頂面積為35．44×10m，裝機容量為15．02MW。其中晶體硅太陽能電池組件裝機容量為14．7572MW，非晶薄膜電池組件裝機容量為0．2628MW。 　　2．2自然條件 　　該地區(qū)日照充分，太陽能資源富足，屬太陽能資源的三類地區(qū)，是我國太陽能資源的豐富或較豐富的地區(qū)。通過該地區(qū)多年氣象資料分析，日照小時數年平均為2350—2700h，西北部多于東南部。年太陽能總輻射為5582MJ／m。左右。因此，適合建立太陽能屋頂光伏發(fā)電工程。 　　2．3工程設想 　　2．3．1總平面布置 　　該工程項目涉及了103棟建筑物，因屋頂形狀不同，因此根據建筑屋頂形狀，屋頂載荷限制及發(fā)電量、光伏組件的安裝方式等因素，確定光伏系統(tǒng)組件的傾斜角度，在條件允許的情況下得到最大的發(fā)電量。屋頂組件采用傾斜角度分為15°及0°兩種安裝方式。 　　2．3．2設計原則 　　由于計劃安裝光伏系統(tǒng)的建筑已基本建成，建筑結構不易變動，在設計中遵循了以下原則： 　　(1)不改變原有建筑物結構(如屋頂防水層、電氣管線等)。 　　(2)組件前后排之間在任何季節(jié)不發(fā)生遮擋。 　　(3)最大限度降低屋頂的承重。 　　(4)預留檢測通道，方便維護。 　　(5)安裝施工方便。 　　(6)充分利用可用面積，使經濟效益最大化。 　　2．3．3系統(tǒng)組成及設計 　　針對現(xiàn)場勘察的實際情況，通過技術可行性和經濟效益論證，提出整體方案設計如下： 　　該項目采用分散發(fā)電、單點并網、就地和集中監(jiān)控的技術方案。即整個光伏發(fā)電系統(tǒng)由103個分光伏發(fā)電系統(tǒng)組成，并網點在各建筑物的低壓配電室內。每套光伏系統(tǒng)配有完善的通訊監(jiān)控系統(tǒng)，包括1套數據采集單元及1套計算機監(jiān)控設備，數據采集單元采集環(huán)境參數與逆變器運行參數，將光照強度、環(huán)境溫度、風速等環(huán)境變量和系統(tǒng)的電壓、電流、相位、功率因數、頻率、發(fā)電量等系統(tǒng)變量通過RS485傳輸給監(jiān)控系統(tǒng)，實現(xiàn)就地監(jiān)控。設立光伏發(fā)電系統(tǒng)控制中心，各發(fā)電系統(tǒng)通過遠程通訊傳輸到控制中心，實現(xiàn)對全系統(tǒng)的遠程監(jiān)控，同時方便區(qū)域的電網調度管理。 　　2．3．4效益分析 　　該工程總投資為38035萬元，政府財政補貼為18990萬元。主要技術經濟指標如表1所示。 　　由上述經濟指標可知，項目為國家扶持的光伏發(fā)電示范工程，享受政府投資補貼50％的優(yōu)惠政策，因而經濟效益較好。電站建成后，每年減少CO2排放量20817t，每年減少SO排放量620t，每年減少氮化物排放量310t，具有很好的社會效益。 　　2．3．5存在問題 　　(1)高成本。 　　晶體硅太陽能電池是目前發(fā)展最成熟的，在應用中居主導地位。該工程太陽能電池組件主要選用晶體硅太陽能電池。但是近年來國際多晶硅現(xiàn)貨價格猛漲，一度從2005年的35美kg攀升至2008年的480美元／kg，因此造成目前我國屋頂光伏發(fā)電工程成本過高，發(fā)電企業(yè)往往需要靠國家財政補貼才能達到收支平衡。在這種情況下，價格低廉的非晶薄膜電池正在迅速發(fā)展。與目前國內眾多的晶體硅電池技術不同，在原料消耗上，非晶硅薄膜電池所用沉積原料只是多晶硅電池的1％，不存在原料供應的瓶頸，從而大大降低了發(fā)電成本。有理由相信，隨著非晶薄膜電池產業(yè)的發(fā)展壯大，制約屋頂光伏發(fā)電工程的瓶頸將得到解決。 　　(2)廢舊太陽能電池的回收。 　　太陽能電池的壽命一般為25年，廢舊太陽能電池如何處理是光伏發(fā)電工程發(fā)展必需考慮的問題。目前一些企業(yè)已經著手處理這一問題，積極為國家再生能源和環(huán)保事業(yè)做貢獻。 　　3結語 　　太陽能屋頂光伏發(fā)電工程對于優(yōu)化能源戰(zhàn)略、改善電源結構、提高電源保障、節(jié)能減排、提高環(huán)境質量是非常有利的。但是發(fā)電單位造價過高，如果不享受政府投資補貼50％的優(yōu)惠政策，全部投資內部收益率會很低，這便造成只有社會效益，而經濟效益很低的尷尬局面。 　　但是，該工程光伏組件以晶體硅太陽能電池組件為主，約占98．25％，從而帶來建設成本過高。隨著非晶薄膜電池技術的日趨成熟，價格低廉的非晶薄膜電池的大規(guī)模生產，會在很大程度上降低建設成本，從而使太陽能屋頂光伏發(fā)電工程在真正意義上帶來巨大的經濟效益和社會效益。