分布式民用住宅屋顶光伏发电方案研究.pdf

电力电气摘要：随着国家新能源政策的推行和环境保护意识的增强，出台了多项针对光伏行业的支持政策。尤其在民用分布式光伏发电领域，该系统的建设已经成为一种趋势和需求，因此研究分布式民用住宅屋顶光伏发电系统的构建方法对提高光伏行业的建设水平具有重要意义。本文基于我国民用住宅屋顶分布式发电的基本现状，针对光伏发电的设计要求，分析制约其发展的核心部件，通过广西某县3 0 0 MW分布式个人住宅屋顶光伏发电EPC项目的案例应用，为更加广泛地建设分布式光伏发电系统提供了借鉴，对改善当地的可再生能源转型和经济发展具有重要意义。关键词：民用住宅；屋顶光伏；分布式；光伏发电目前，我国光伏新增和累计装机容量占全球风电光伏装机总规模的1/3 以上，连续多年居全球首位!。2 0 2 2年，新增并网容量8 7 4 0.8 万千瓦，其中集中式光伏电站3629.4万千瓦，分布式光伏5111.4 万千瓦，分布式光伏占新增并网容量58.2 1%。截至2 0 2 2 年底光伏累计并网容量39204万千瓦，其中集中式光伏电站2 3 4 4 2 万千瓦，分布式光伏电站157 6 2 万千瓦。具体参数如表1所示。表12 0 2 2 年光伏发电概况表指标体系参数光伏累计装机容量万千瓦39204新增装机容量/万千瓦8740.8分布式光伏新增装机/万千瓦5111.4光伏行业投资金额/亿元233.52在民用屋面光伏发电系统的施工中，最基本的技术路线选择就是分布式光伏发电系统和集中式光伏发电系统。分布式光伏发电系统一般采用小型组件直接并网，适用于家庭屋顶的逐渐完善，集中式光伏发电则往往采用较大规模的光伏组件，多采用电网并联方式。而就目前民用屋面光伏发电系统的市场状况来看，分布式光伏发电系统更具有市场竞争力和可实施性。因此，本文将以分布式光伏发电系统为模型进行分析和讨论。一、屋顶光伏发电核心部件屋顶光伏发电系统是指利用太阳能光伏电池板将太阳能转化为电能，并通过安装逆变器将直流电转换为交流电，最终将电能储存在电池中或通过电缆输送到电网上2 。随着环保意识的不断提高和能源危机的加剧，屋顶光伏发电系统已经成为了一种备受关注的新能源技术。(一)光伏电池光伏电池是光伏发电系统的核心部件，其性能直 127 新潮电子分布式民用住宅屋顶光伏发电方案研究徐广贤（中国电建集团江西省电力建设有限公司，江西南昌3330001)接影响到光伏发电系统的发电效率和使用寿命。目前，光伏电池的应用主要集中在以下几个方面：电池材料：光伏电池的性能与电池材料密切相关。目前，常用的光伏电池材料包括硅、钙钛矿、铜铟镓硒等。其中，硅是最常用的材料之一，具有较高的转换效率和稳定性，但其制备成本较高。电池结构：电池的结构也会影响其性能和使用寿命。目前，常用的光伏电池结构包括单晶硅、多晶硅、增量%非晶硅等。其中，单晶硅电池具有较高的转换效率和28.1稳定性3 。但制备成本较高，非晶硅电池则具有较低的60.3制备成本，但转换效率和稳定性较低。32.48电池技术：电池技术的发展也是光伏电池研究的57.04重要方向。目前，光伏电池技术主要包括PERC、H JT、IBC等。这些技术可以提高电池的转换效率和稳定性，延长电池的使用寿命4 。(二)逆变器逆变器是将直流电转换为交流电的关键部件，其性能直接影响到光伏发电系统的发电效率和使用寿命。目前，逆变器的研究主要集中在以下几个方面：逆变器结构：逆变器的结构对其性能和使用寿命有着重要影响。目前，常用的逆变器结构包括单相桥式逆变器、三相桥式逆变器和单相/三相混合式逆变器。其中，单相桥式逆变器具有较高的转换效率和稳定性，但成本较高；三相桥式逆变器具有较高的功率密度和效率，但成本较高；单相/三相混合式逆变器则可以兼顾成本和性能。逆变器控制策略：逆变器的控制策略对其性能和使用寿命也有着重要影响。目前，常用的逆变器控制策略包括MPPT（M a x i mu m Po w e r Po i n t T r a c k i n g）、PWM(Pulse Width Modulation)、C C M(C u r r e n t第18 期（总第54 9 期）第18 期（总第54 9 期）Control Mode）等。这些控制策略可以提高逆变器的转换效率和稳定性，延长逆变器的使用寿命。二、屋顶光伏发电要求在设计民用屋面光伏发电系统时，需要考虑以下几个方面：屋顶面积：屋顶面积是决定光伏系统规模的关键因素。需要根据建筑物的实际情况，选择合适的光伏系统容量。组件选择：光伏组件的选择也是设计的重要环节。需要根据当地的气候条件、建筑物的用途和预算等因素，选择合适的组件类型和功率。支架设计：光伏组件的安装需要考虑支架的设计。支架需要能够承受组件的重量和风力，同时还要考虑美观性和安全性。逆变器选型：光伏发电系统需要一个逆变器将直流电转换为交流电，以便将电能输送到电网中。需要根据当地电网情况和组件类型选择合适的逆变器。电缆选型：电缆也是光伏发电系统设计的重要部分。需要根据组件类型、逆变器功率、电网电压等因素，选择合适的电缆类型和规格。施工方案：光伏发电系统的施工需要考虑安全、质量和进度等因素。需要制定详细的施工方案，并选择合适的施工方。收益计算：光伏发电系统的收益需要根据当地的政策和市场情况进行计算。需要考虑光伏系统的寿命、组件的价格、电价等因素。三、方案设计(一）光伏电池板材选择在民用屋面光伏发电系统的建设过程中，最基本的要求就是光伏电池板材要具有较高的转化效率，并且在适应不同环境条件下仍然能保持较强的光电转化能力。因此，在进行光伏电池板材选择时，应考虑以下因素：(1)光伏电池板材的光电转化效率指标；(2）光伏电池板材的机械强度和抗风能力；(3）光伏电池板材的施工稳定性。综合以上因素，建议选择目前市场上比较流行和成熟的单晶硅光伏电池板或多晶硅光伏电池板，优先选择生产厂家的口碑好、品牌知名度高的产品（二）安装方式选择根据民用屋面光伏发电系统的安装方式可以分为屋顶安装、立杆式安装和玻璃幕墙式安装三种方式。在选择屋面光伏发电系统的安装方式时，应考虑以下新潮电子因素：(1)房屋结构的承载能力以及配电箱的位置；（2）光伏电池板和房屋外墙的位置、距离和角度；(3)适应腐蚀性和防风防雷的天气和气候条件。依据不同的安装高度和角度，现在市场上流行的安装方式一般有常规式屋面安装、轻钢龙骨架屋面安装和易构建龙骨架屋面安装。常规式屋面安装：使用不锈钢或铝合金材料制作的锁固架将光伏电池板安装于屋面之上，可以最大程度上保持严密隔离，并且方便维修。轻钢龙骨架屋面安装：利用较轻且强度高的钢材，构建稳固和纵横梁，安装光伏电池板。该方式能够增大施工的安装高度、降低承重压力以及减少成本，同时也具有更大的美化效果。易构建龙骨架屋面安装：采用高强度钢材的组合配合各种连接器，可以方便地进行吊装和拼接，系统集成度高。具有灵活的组织性和开放的设计思路，可以大幅度地提升施工效率和降低成本。（三）电池板接线选线光伏电池板的接线可以采用直接串联和并联两种方式。针对具体的情况，我们应考虑以下因素：(1)电池板最大的输出电压和电流；(2）电位线的选择；(3)最大功率点跟踪（MPPT)控制器的调整；(4)电路的保护和维护。建议在施工和安装中采用串联方式进行电池板的接线，该方式稳定方便，能够保证光伏发电的效果。四、案例分析与应用本案例为广西某县3 0 0 MW分布式个人住宅屋顶光伏发电EPC项目，本项目组件采用3 角度抬高至2500mm安装于屋顶屋面上，本工程设计安装56 万块540Wp单晶硅光伏组件，装机容量为3 0 0 MWp，年平均等效满负荷发电小时数为13 0 0 h。(一)主要设备参数(1)光伏组件：单晶54 0 Wp组件。（2）光伏支架：屋顶固定式支架。(3）逆变器：10 kW逆变器、15kW逆变器、2 0 kW逆变器、2 5kW逆变器、3 0 kW逆变器；3 6 kW逆变器；40kW逆变器；50 kW逆变器；将光伏组件产生的直流电转换为交流电，并将其接入低压电网。(4)并网柜:XM型。（5）组件排布配置。该项目采用了多个光伏组件128电力电气电力电气排布方式，以最大限度地利用屋顶的太阳能资源。具体的组件排布方式包括：单排式：将多个光伏组件排成一排，形成一个光伏阵列。双排式：将多个光伏组件排成两排，形成一个光伏阵列。(6)线缆。该项目采用了多条电缆，将光伏组件和逆变器连接起来。具体的线缆包括：直流电缆：将光伏组件产生的直流电传输到逆变器。交流电缆：将逆变器产生的交流电传输到低压电网。接地电缆：将逆变器和电网之间的电气连接进行接地。（二）站址区的自然条件（1）本项目主要为屋面光伏工程，光伏板布置在原有建筑物的屋面上。无箱变，逆变器为挂式，经过现场实际勘查和图纸验算，屋顶结构荷载都能满足组件安装要求。（2）本项目为屋顶光伏发电项目，可不考虑地下水对建筑材料的腐蚀性影响。（3）地震及抗震设防烈度：在抗震设计时应严格按国家现行的建筑抗震设计规范（GB50011-2010、2016年版）执行，抗震设防烈度为6 度，设计地震分组第一组，设计基本地震加速度为0.0 5g5。（4）太阳能资源和气象条件：本项目场址位于太阳能资源属丰富带，此外本项目所处运行环境较好、光照充足、常年无霜、气温适宜、降雨量较少，有利于组件及整个光伏系统运行，适宜建设光伏项目。（三）施工范围及建设规模具体包括：居民用户屋顶采用一户一并，接入国家电网，全额上网模式，最终均以地方国网批复意见为准。高速公路、国道、县道可以顺利到达施工现场，交通便利，为了保证现场的消防安全，项目部及现场配备根据规范要求配备足够的灭火器，应急车辆上同时配备2 个备用灭火器，一旦发生险情，能第一时间进行控制。其工作范围为：工程全部设备及材料采购（除并网箱）。包括但不限于：直流电缆、支架、接地系统、化学螺栓、消耗性辅材等材料购买及施工用工器具、机械、设备到场仓储、卸车、保管及二次转运均由其负责供应；施工、工程管理、运输、土建工程、设备及安装工程、设备调试、设备监造、发电单元试运行、项目试运新潮电子行、并网方案编制及协助办理手续通过并网接入。(四）工程应用分析实际项目的发电情况可以通过安装光伏监测设备来监测和记录。监测设备可以实时记录光伏组件的发电功率和电流，并将数据传输到监控平台上进行分析和展示。该项目的成功实施，对当地的可再生能源转型和经济发展具有重要意义。不仅可以满足民用自身的用电需求，还可以为当地的电网提供一定的调峰能力，为电力供应提供了一定的保障，具有较高的经济和社会效益。五、结束语民用屋面分布式光伏发电系统是一种新兴领域，并且受到越来越多人的关注和青睐。在施工方案的选择上，应选择适合本地气候和环境的光伏电池板和安装方式，并通过合理的电路接线和保护来确保系统的长期稳定性和重要性。总的来说，设计民用屋面光伏发电系统需要综合考虑多个因素，并选择合适的组件、逆变器、电缆和施工方案。同时需要进行详细的收益计算，以确保光伏系统的经济效益。民用屋面光伏发电系统的施工方案需要根据不同的客户需求进行差异化设计，并在实施的过程中注意系统的建设质量和施工效率，力求最大程度上提升系统的光电转化效益和运行效果。对系统运行过程中的维护和管理也要注意，定期检查系统性能、电路及保护措施是否正常运行。只有做到了充分的施工设计和科学的后期维护，才能最大程度地保证民用屋面光伏发电系统的安全、稳定和高效运行，为环保事业贡献一份力量。参考文献：1中国国家能源局.2 0 2 2 年光伏发电建设运行情况R.国家能源局,2 0 2 3.2裴强强,梁会森,李玉英.山地光伏电站组件布置优化及发电量仿真分析J.节能与环保,2 0 2 2(6):7 1-73.3潘莹,张帆,高华.太阳能钙钛矿电池技术发展和经济性分析J.中外能源,2 0 2 2,2 7(7):2 3-2 8.4杨元林,李英,陈丽佳,等.钙钛矿太阳能电池中顶电极的研究进展J.功能材料,2 0 2 2,53(7):7 0 4 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