上海电气集团股份有限公司电站分公司 上海 201199 摘要：目前国家要求优先发展分布式光伏发电，到2020年，分布式光伏装机容量达到6000万千瓦【1】。近期国家发改委要求分布式发电遵循因地制宜、清洁低碳、安全高效、分散布局、就近利用的原则【2】，同时规划了一批新能源示范项目，本项目隶属于这批示范项目，文章主要通过对某电机厂的光照资源和具体环境的分析，探讨了对其进行分布式光伏发电系统进行设计优化的策略。 关键词：新能源；分布式；光伏 1 项目概述 本项目拟建于某电机厂厂区内，考虑采用分布式光伏方式，共配置光伏发电容量2219.58kW。不仅可以减少企业用电成本，还能提高企业的社会公信力，增强优越性。 2 资源概况及建设条件 2.1 站址气象及太阳能资源概况 该地区年平均气温17.2℃，极端最高气温40.2℃，极端最低气温-12.1℃，年日照时数为1743.5小时左右，多年平均太阳辐射量在4521.6MJ/m2•a 左右，太阳能辐射资源较丰富，较为适合建设光伏项目。 2.2 屋面情况 本项目位于某电机厂内，拟在拟在汽发厂的整浸车厂GVPI、电机厂线圈厂、福伊特安装屋顶光伏，以及二号停车场、三号停车场车棚棚顶建设光伏发电系统建设光伏发电系统。其中二号停车场和福伊特屋顶可利用情况见表1、图1和图2。屋顶原有采光带、排气孔等，膜结构，考虑空开适当距离，车棚顶部的拉杆、车棚东西两侧大树也考虑避让，除此无其他遮光影响。故在布置光伏组件时主要考虑避让屋面障碍物对容量产生的影响。 表1 屋顶可利用情况统计表
图1 二号车棚 图2 福伊特 3 光伏系统建设方案 3.1 场址选择 由于厂区用电负荷较大，而屋顶可利用面积有限，因此在适合光伏发电系统布置的区域，尽量进行布置，本项目拟在汽发厂的整浸车GVPI、电机厂线圈厂、福伊特安装屋顶光伏，以及二号停车场、三号停车场车棚棚顶建设光伏发电系统。光伏总装机容量为2219.58kW。 根据光伏项目的建设原则【3】：1）屋顶上障碍物较少；2）东西向坡屋面不可用；3）屋顶可使用面积较大；4）周边无高大建筑物遮挡；5）距离接入点较近。确定本工程可使用屋顶及车棚，进行光伏系统布置。 3.2 系统设计 3.2.1 光伏组件选型 表2 太阳能电池性能比较表 光伏组件的效率直接影响到整个电站阵列支架、基础、电缆的工程量。针对本工程的建设优质且经济工程的目标，拟采用285Wp 多晶硅电池组件。该规格组件生产线较成熟，供货厂家较多，且施工时更易搬运安装。 3.2.2 光伏阵列运行方式选择 1）运行方式综合分析 a.太阳光的散射辐射和直接辐射直接影响逐日跟踪式系统的发电量，散射辐射比例越大，逐日跟踪效果越差【4】，电机厂的太阳辐射中散射量的占比较高，超过30%以上，极大地影响了逐日跟踪式系统的发电效率； b.光伏组件支架需要和车棚及屋顶的彩钢板结构相结合，固定式布置更具有安全性及可靠性的优势； c.固定式布置价格相对便宜； d.由于屋顶、车棚不能支撑太重的负荷，而大型跟踪系统的重量要比固定式布置重的多，所以不太适合跟踪式布置。 从比较结果来看，本项目组件更适合固定式布置。 2）倾斜面福射量计算 不同方位角、不同坡度的彩钢板屋面会对光伏系统的效率产生影响。本工程屋面坡度约为3°、车棚坡度约为10°，组件安装方位为正南正北，通过Pvsyst 软件进行两种不同方向屋面下辐射增强系数进行计算，见表3。该表系数可用于测算光伏发电系统的上网电量倾角修正系数。 表3 两种不同方向屋面下辐射增强系数
因为北向组件和南向组件数量基本相等，所以本项目光伏系统的综合倾角修正系数为1。 3.2.3 光伏组件布置原则 针对不同屋面形式，分别描述了布置原则。 1）车棚光伏阵列布置 车棚光伏组件拟采用横向4 排布置，光伏组件正南正北布置，车棚顶部结构的设计倾角为±10°，光伏组件随车棚顶部平铺安装。 图3 二号停车场 2）彩钢瓦屋面光伏阵列布置 根据彩钢瓦屋面的结构及坡度，为减少组件支架在屋面上增加的载荷，采用与屋面平铺的安装方式。注意避开采光带、排气孔等设障碍物，同时为电缆走线预留通道。 图4 彩钢瓦屋面光伏组件布置示意图 3.2.4 组串布置方式选择 光伏组件串联数量计算：INT（Vdcmin/Vmp）≤N≤INT（Vdcmax/Voc） 式中：Voc—光伏组件开路电压； Vmp—光伏组件最佳工作电压； Vdcmin—逆变器输入直流侧最小电压； Vdcmax—逆变器输入直流侧最大电压； N—光伏组件串联数。 经计算得：在极端温度下，满足逆变器、汇流箱等电气设备要求的情况，285Wp 多晶硅串联光伏组件数量N 为：20≤N≤23，根据光伏组件工作环境分析对上述公式里的参数进行修正后，确定光伏组件的串联数为22 块/串。计算成果如表4： 表4 光伏组件串联数量参数
3.2.5 光伏阵列设计 本项目光伏系统所发电为全部自发自用型，一次建成，可安装285Wp 多晶硅电池组件数量为7788块。具体的配置见表5。 表5 光伏阵列组串配置表
3.2.6 组件表面清洁 本工程场址经常长时间的不下雨，昼夜温差比较大，容易造成屋顶光伏组件表面污染，影响光伏系统发电效率。为保证发电效率，本工程主要考虑设置清洗水系统，辅助以气力吹扫清洗方式。 为方便运维期间进行光伏组件清洗，每个屋面敷设清洗水管网，沿主要运维及检修通道敷设，设置清洗水接口。水源就近接自厂房内部给水点，为保证清洗水压，每个水源取水点设全自动管道泵。每个屋面设清洗水枪，配套清洗水软管。光伏组件清洗时，运维人员用清洗水枪软管从清洗水接口接水，对受污染光伏组件进行清洗，清洗废水通过厂房建筑屋面雨水排水水系统排出。 冬季结冰期主要考虑采用便携式吹风机，对光伏组件表面灰尘等进行气力吹扫清洗。 3.2.7 首年光伏系统效率分析 光伏发电系统发电量主要取决于太阳总辐射量和逆变器的转换效率，也受到组件安装面积、日照强度等诸多其他因素影响，光伏发电站年平均上网电量 计算【5】如下：
首年电站综合效率系数 的影响因素主要为光伏发电系统可用率、光伏方阵的倾角、逆变器效率等。
表6 首年光伏系统及电站综合效率系数
3.2.8首年及逐年可用发电量 经计算，首年光伏系统及电站综合效率分别为0.837 和0.837。依据光伏组件20 年衰减率，第一年衰减2.5%，按照分段线性衰减，从第二年开始直到第二十年，年平均年衰减率为0.7%，光伏系统组件的整个生命周期总衰减可达15.6%。同时根据此衰减率计算得出本光伏系统20年的逐年可用发量，详见表7。考虑组件衰减性，第一年发电量为232.90万kWh，比年平均发电量高出8.2%。 表7 20年逐年可用发电量（万kWh）及利用小时数（h）
3.2.9年平均可用电量 本项目的年平均可用电量参数详见表8。 表8 年平均可用电量参数
4 节能措施 4.1选择性能可靠，技术成熟的设备（箱变、逆变器等）。 4.2 设计合理的交、直流电压等级，降低线路铜损。 4.3根据本项目建设期的特点，在施工期间应由各施工单位建立相应的节能规章制度，落实责任人和节能监督员，采取自查和政府相关监管部门第三方抽查相结合的方式，将节能监督管理落实到位。 4.4光伏投产运行后，应由项目公司编制节能的规章制度，成立相应的节能管理小组和落实各项节能奖罚措施，并采取自查和上级公司抽查等方式将节能措施和要求落实到位。 5 结语： 本工程光伏装机容量为2219.58 kWp，通过建模计算出20年均发电量为215.20万kWh，按照火电煤耗309g/kWh进行计算，每年可节约标煤约665t。同时可节约大量火电机组用水，减少多种有害气体的排放，减轻对环境的污染。环境效益明显。 参考文献： [1]《国家发展改革委国家能源局关于印发能源发展“十三五”规划的通知》（发改能源〔2016〕2744号），国家发改委、国家能源局，2016.12； [2]《分布式发电管理办法（征求意见稿）》，国家能源局，2018.3； [3]《光伏发电工程可行性研究报告编制办法（试行）》 GD003-2011 [4]《光伏发电站设计规范》GB50797-2012 [5]《民用建筑太阳能光伏系统应用技术规范》 JGJ203-2010