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屋顶光伏电站的若干技术问题及解决方案

发表时间：2020/3/3 来源：《电力设备》2019年第20期作者：宋宇

[导读] 摘要：随着能源危机的加重和环境问题的不断恶化，社会越来越重视可持续发展的理念，国家也不断加强节能减排的措施来促进社会达到更好的发展。

        (国电投（天津）分布式能源有限公司天津 300380)
        摘要：随着能源危机的加重和环境问题的不断恶化，社会越来越重视可持续发展的理念，国家也不断加强节能减排的措施来促进社会达到更好的发展。太阳能作为一种取之不尽且无污染的能源，受到了人们大量的关注。而屋顶光伏电站以其即发即用，稳定性好，不占用额外的土地等优势在实际生产生活被大量应用。但目前屋顶光伏电站也存在许多技术问题，本文对这些问题做了简单介绍并提出了相应的解决方案，以此推动屋顶光伏电站在我国进一步的推广应用。
        关键词：屋顶光伏电站；技术问题；解决方案
        能源危机和环境污染是对人类生存发展的两个主要威胁。随着社会的发展和科技的进步，人们的生产生活活动耗费了大量的资源和能源。世界各国的发展需要足够能源的供应，而传统的石油、煤炭等资源的储存量在不断地降低，这就限制了世界经济的快速发展。保证充足能源的供应成为世界各国普遍关注的一个重点问题。为了推动社会的可持续发展，可再生资源应该得到我们足够的重视，其中太阳能是一种来源充足且无污染的能源，光伏技术可以在社会节能方面起到很好的作用。
        光伏发电就是将太阳能转化为电能的技术，而且在转化过程中不会产生污染。光伏新能源技术主要依靠太阳板与光照的光电效应产生电流，然后形成电能供人们使用。并网光伏电站有屋顶和地面光伏电站两种形式，屋顶光伏电站靠近用户侧，即发即用，避免了电力损耗和建造问题；使用闲置屋顶作为发电场所，不占据额外的土地；发电稳定性好，而且发电时间处于用电高峰期，有利于减轻电网负担。因此屋顶光伏电站在实际生活中具有很大的推广应用价值，是未来重要的发展方向。
        1目前屋顶光伏电站存在的技术问题
        1.1屋顶结构的适配性问题
        屋顶光伏电站是在厂房或者办公楼屋顶上建设，但是各个屋顶的建筑结构复杂多样，这样就需要针对不同的屋顶制定不同规格的屋顶光伏组件、汇流箱等设备。而且屋顶光伏电站的配件需要采取一定的措施固定在屋顶上面，这需要建筑物屋顶的承载力也应具备一定的条件。但是目前建成的建筑物大多在设计之初并没有安装屋顶光伏电站的规划，因此屋顶并没有足够的承载力，并且屋面上也没有对应的光伏组件连接设施，这就需要采取一定的安装措施保证屋顶光伏电站与屋顶结构的适配性和稳定性。
        1.2电能安全质量问题
        屋顶光伏电站作为一种分散且规模较小的发电系统，当接入供电系统后会对公共电网产生一定的影响。由于光伏发电的不稳定性，配电系统的电气参数变化会比较复杂，整体电网的电压会产生波动，对电路中的设备产生不利影响。况且光伏组件发出的直流电需要经过专业设备变成交流电才能接入电网，因此会对整体电网中造成谐波污染。屋顶光伏电站产生的电能向电网传输时会不利于变压器及电磁原件的正常工作，降低电能的使用效率，同时也不利于工业设备的稳定运行，尤其会对高精密设备带来严重的后果。
        1.3维护问题
        屋顶光伏电站主要是在室外工作，因此其需要应对大雨、风霜雪冻等恶劣的天气情况，这都会对光伏组件的质量产生影响，降低屋顶光伏电站的发电效率。除此之外，光伏组件表面的灰尘也会影响光伏电站的使用情况，表面清洁度的降低有时可使屋顶光伏电站的发电效率降低数倍。因此屋顶光伏电站的后期维护问题一定要引起足够重视。

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        2屋顶光伏电站的解决方案
        2.1针对房屋结构的解决方案
        对于复杂多样的房屋结构，现已针对性地提出多种设计解决方案，目前实际应用的屋顶支架解决方案包括混凝土预制板方案、彩钢板屋面方案、无预制屋顶导流板支架方案和旧屋顶承重改造方案等。其中无预置屋顶导流板支架方案因为其不破坏屋面、安装方便、施工无噪声和后期变更方便等优势，对各类新旧屋顶的光伏电站建设要求都能满足条件。但是其造价较高，所以目前大多数屋顶光伏电站采用的是混凝土预制板方案和彩钢板屋面方案。前者是采用混凝土管预制板屋面，这些建筑物一般建设时间较早，屋顶承载力不足，并且缺乏固定设施，这就需要考虑采取特殊的固定方式，例如在屋顶放置配重基础，然后在配重基础上安装组件；后者通过专用夹具对屋顶加装附属设施，可以进行混凝土预制板方案的屋面容易建设，而且设备固定操作简单，屋面的负载要求也不高，适合大规模电站的普及。
        2.2针对电能安全质量的解决方案
        现在随着光伏发电产业的发展和逆变设备的进步，电站保护控制措施已经有了很大的提高，屋顶光伏电站的安全性以及发出的电能质量已经能够满足社会的需要。光伏电站已经由过去低压接入的方式改为自发自用加余电上网的方式，不需要安装防逆流装置，当自有设备负荷较小时，发出的电能可以通过变压器反送到公共电网中，极大改善了电能的使用效率，并增加了光伏发电企业的经济效益。屋顶光伏电站并网造成整体电网系统的稳定性受到影响，会出现电压闪烁、短路及频率改变频繁等问题，进一步使得电网运行质量下降，甚至会造成瞬间断电等事故。针对这些问题首先要控制光伏发电的开关次数，并且利用逆变器使得运输电压降低；在电压高的区域安装滤波器，降低母线电压，结合滤波器和逆变器监控输出的额定电压电流，保证对整体屋顶光伏发电谐波电压的控制。
        2.3 针对维护方面的解决方案
        有些地方雾霾较为严重，严重影响光伏组件的清洁度。因此需要对光伏组件按照一定的周期进行清洗，同时也要合理地控制清洗的成本。最好是实现组件自动化清洗，因为屋顶光伏电站的屋面建筑结构复杂多样，因此使用小型自动的清洗机械加上人工作业可以较好地满足清洁度方面的需求。对于恶劣天气及意外事故，应充分应用先进生产技术，提高光伏发电系统的可靠性，并且建立安全和应急管理体系，出现问题后及时进行技术故障的解决，保证屋顶光伏电站的稳定运行。
        3结论
        随着国家对可持续发展的重视程度加大，屋顶光伏电站作为一种有效的节能减排措施将会得到进一步的推广使用。相关企业应该重视屋顶光伏电站中出现的技术问题，并对出现的问题采取措施加以解决，使屋顶光伏电站能得到更加广泛的应用，促进我国清洁能源的发展。
        参考文献：
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