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摘要：当前太阳能源是广泛应用的清洁能源，而屋顶分布式光伏发电技术是将太阳能转换为电能，应用于办公大楼、厂房、工业园区的屋顶。本文通过案例分析，围绕项目开发、建设、成本管理等方面探究屋顶分布式光伏发电技术方案，进而节省企业用电成本，提升投资回报率，降低工业电能消耗量，构建节约型社会。
关键词：屋顶分布式光伏发电；清洁能源；太阳能
前言：将屋顶分布式光伏发电技术应用于厂房、园区等屋顶建筑工程中，能够减少企业电力能源资金成本，构建节能式电网系统，优化产业投资回报率和经济收益。因此，有必要细致研究屋顶分布式光伏发电技术方案，明确关键参数，加强过程控制，将太阳能充分转换为电能，提升系统对于太阳能源的利用率。
一、案例分析
以3.1MW的屋顶分布式光伏项目为例，该项目位于ABB上海闵行园区，装机容量是3.1977MWp，主要采取集中并网、分块发电方式。通过余电上网、自发自用的形式，在2幢厂区的建筑屋面进行安装。工程施工起始日期为2017年10月29日，在同年12月20日完成并网，于12月21日投入试运行，在2018年1月23日进行移交生产。其中，系统并网发电工作流程如下：系统电池组件通过串并联形式连接，每22块285Wp单晶组件构成1个太阳能电池的阵列；每1个串式60kW组逆变器和10路太阳能电池阵列连接形成逆变组，并输出低压交流电，电压值是0.48kV；每1个交流汇流箱中设置2/3个逆变器，由升压变压器将其电压升高至10kV，进而和开关站高压柜连接。
二、屋顶分布式光伏发电技术方案分析
（一）项目开发
1.系统组成
屋顶分布式光伏发电系统包含多个子系统，系统之间相互独立，其中包含配电型直流监控、光伏模块子系统、并网逆电类系统，经连接和检验后能够形成完整的太阳能光伏发电系统并投入使用[1]。例如，可以借助380V的三相交流电将电力变压系统与升压变压器相连接，完成并网操作，并与电网连接，使系统能够正式投入使用。
并网光伏发电系统包含直流配电箱、太阳能电池相关组件、防雷直流汇流箱、升压变压器、并网逆变器、交流配电柜、监控通信系统等多个部分[2]。系统首先通过阳光照射使太阳能电池方阵形成直流电，经由汇流箱将其输送到配电柜内。其次，将其与并网逆变器连接，进而转变为交流电完成输出工作，最后经由升压变压器处理后和外网连接，其中通信监控系统负责记录和监控系统工作过程。
2.项目建设流程及内容
屋顶分布式光伏工程建设主要包含土建、电气安装、调试等模块，具体建设内容如下：其一，建立光伏组件支架，制作混凝土预制桩，在340个水泥平台建设支架预制墩。其二，构建屋外变配电装置，分为1#箱变、2#箱变、开关站的基础制作。其三，安装系统光伏方阵。由于项目内容包含2幢厂区的建筑屋面，因此需要分别对1#、2#屋顶安装光伏方阵。其四，安装接地装置。作为防雷操作的关键，有必要对1#箱变、2#箱变、开关站安装基础接地装置，在施工中应结合工艺标准和设计要求，科学布置接地网扁铁、接地体。其五，开关站的电气安装，主要针对1#箱变、2#箱变和相关附属设备、开关站等部分完成安装，同时对电缆进行接线和敷设工作。其六，安装、调试通信系统设备和电气系统。
（二）建设要点
1.材料选择和设计
第一，在设计光伏发电系统电池阵列模式时，建议结合汇流箱进线回路形式、数量进行分析，并按照现场实际情况设置电池阵列，降低直流电能损耗率。第二，技术人员需要将电池功率输出、串并联设计内容、直流电压作为依据，科学选择逆变器，使其满足系统设计要求。第三，在设计线路电缆时，建议考虑光伏电能输出容量、并网系统电压等级。
2.光伏电池选择
光伏电池包含单晶硅、多晶硅、薄膜电池、聚光电池等种类，前三种在市场中十分常见。其中单晶硅与多晶硅电池的转换效率较高，建设成本大致相同，制作和安装工艺十分复杂，消耗能源较多；薄膜电池相较于其他类型电池，成本较高，虽转化效率一般，但正逐渐受到市场关注，能够保证光伏发电系统稳定性。
3.电池支架选择
光伏电池支架包含固定式和跟踪式两类，跟踪式又可以划分为竖直单轴、水平单轴、倾斜单轴、双轴等支架模式。相较于固定类支架，跟踪式支架在工作中能够提升光伏发电系统约30%的输出功率。不过，输出量的增加使成本随之上涨，加剧了设备维护工作的难度和工作量。由于屋顶分布光伏发电系统设备功率属于千瓦级，因此建议在制定方案过程中选择固定式电池支架。同时，有必要分析防腐蚀能力、雪荷载力、风荷载力、抗震能力等要素，进而将电池支架设备的使用寿命延长超过25年。
4.设计组件
电池组件系统的设计是光伏发电系统施工的关键，能够保证系统获取最高的发电量。电池方阵安装的角度分为方位角和倾斜角，其中方位角的公式如下：
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=（T-12）×15（
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-116），在该式子中，
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是方位角、T是日负荷峰值的时间、
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是经度；倾斜角是光伏发电系统全面发电量最高的角度值，公式如下：R
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=S×[sin（
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+
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）/sin
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]+D，其中R
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是太阳能在光伏阵列面中的总辐射量，D是散射辐射值、
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是中午太阳照射高度角、S是水平面太阳能辐射量、
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是阵列倾角，借助上述公式能够计算并设计出科学的方位角和倾斜角[3]。不同季节太阳产生的峰值方位具有差异性，如太阳峰值在夏天午后，照射方位正南偏西。同时建筑物屋顶方位和角度，也是系统设计需要分析的因素，若想最大程度的提升方位角负荷，应使光伏电池出力峰值和倾斜角一致，优化带电系统的作用力。
5.并网设计
在对光伏发电系统进行并网设计时，需要结合国家电网的政策制度制定技术施工方案。若现场适合开展电网项目，可以制定发电系统技术方案、并网检测、设备调试。由于太阳能光伏发电并网系统原理是将太阳能转变为电能，因此应借助并网逆变器，把电能输送到电网，完成供电操作。一般情况下，太阳能并网技术是将电网转变为储能装置，进而略过电池储电部分，减少光伏发电系统成本，减轻环境污染，契合现代社会可持续发展理念。需要注意的是，并网系统十分适合建设在太阳能丰富、气候条件适宜、日照充足的区域，同时需要在确保发电效率的基础上，使其与屋顶设备用电负荷相适宜，使并网设计阶段产生的电量可以完全为用户所用。
（三）施工成本管理
1.科学选择容量
在设计系统的屋顶结构时，建议结合具体施工要求，在确保建设质量的同时降低屋顶加固产生的费用，进而缩减总体造价。同时可以增加屋顶的使用面积，若装机容量较高，会使单位造价减少，原因是逆变器与太阳能光伏发电生产成本有关，其具体容量会影响发电实际成本。一般工作人员在选择设备时会侧重选取大容量的逆变器，目的是节约发电成本。不过，大部分逆变器容量较小，处于100kV以下，过大的容量在设备故障时会对太阳能光伏发电系统产生严重影响，因此在选择逆变器时，建议挑选容量合适的类型，确保系统可靠性和稳定性，优化系统经济性能。
2.选择科学的融资方式
建议与业主合资开发建设项目，提升项目获取经济收益的可靠性和安全性。若通过独资方式对系统完成开发建设，在项目合同管理时，会降低自发自用比例。同时，可以制定政府、企业、投资商的三方协议，增加自用自发的比例，规避相关信誉风险。建议在项目准备阶段对新能源分布光伏项目的融资和收益率进行调查，便于采取针对性解决方式，促进太阳能光伏发电工程的有序、稳定开展。同时应降低交易风险，使得电网企业对能源实现高效管控和监督。通过在项目园区中设置管理机构，对光伏电费开展征收工作。例如部分地区已经开始建立线上太阳能光伏发电融资平台，提升能源转换率，降低余量的上网电价，帮助项目工程建设收获更多的经济效益和社会效益。
（四）工程质量管理
由于太阳能光伏发电总体工程分土建、电气安装、调试三个模块，因此在对工程施工质量进行检查和监督时，建议围绕施工方、监理方、业主的三级验收模式开展，要求全部项目模块经过验收合格率为100%，进而正式投入使用。在对光伏发电工程进行质量管理时，建议围绕“三控三管一协调”的原则开展工作，其中“三控”是指进度控制、投资控制、质量控制，对屋顶分布光伏发电项目从设计至验收阶段加强进度控制，优化对进场材料的检测，并加强资金、成本控制；“三管”是指合同管理、安全管理、信息管理，优化设计单位和施工单位的技术交底工作，实现项目开展过程的信息对称；“一协调”是加强光伏发电工程发电和施工现场的相互协调，通过严格的质量管理模式提升项目质量，突出电网系统可靠性。
结论：屋顶分布式光伏发电技术方案的科学设计能够降低传统电能应用的压力，促进电网工程的开展，优化国家能源结构，化解环境污染和资源浪费问题。因此，需要充分发挥光伏发电系统的优势，探究经济、高性能的并网方案，调整系统占地面积，保证电网系统稳定性和可靠性，提升电力管理质量和效率。
参考文献：
[1]李阳波，胡伟国.屋顶分布式光伏发电技术应用研究[J].现代工业经济和信息化，2018，8（15）：46-47+52.
[2]何富强.新能源分布式光伏发电面临的问题研究[J].黑龙江科学，2018，9（12）：94-95.
[3]江林.屋顶并网分布式光伏发电技术方案应用探讨[J].电工技术，2018，（11）：139-141.