HENsystemofficeroom【HEN16H-HENS2AHENS8Q8-HENH1688】HENsystemofficeroom【HEN16H-HENS2AHENS8Q8-HENH1688】上海高校光伏項(xiàng)目可行性報(bào)告新上海市校園太陽(yáng)能光伏發(fā)電項(xiàng)目可行性研究報(bào)告上海交通大學(xué)2017年11月目錄第1章緒論概述在當(dāng)今油、碳等能源短缺的現(xiàn)狀下，各國(guó)都加緊了發(fā)展光伏的步伐。在發(fā)展低碳經(jīng)濟(jì)的大背景下，各國(guó)政府對(duì)光伏發(fā)電的認(rèn)可度逐漸提高。美國(guó)提出“太陽(yáng)能先導(dǎo)計(jì)劃”旨在降低太陽(yáng)能光伏發(fā)電的成本，并在2015年達(dá)到商業(yè)化競(jìng)爭(zhēng)的水平；日本提出了在2020年達(dá)到28GW的光伏發(fā)電總量；歐洲光伏協(xié)會(huì)提出了“setfor2020”規(guī)劃，在2020年讓光伏發(fā)電做到商業(yè)化競(jìng)爭(zhēng)?！笆濉逼陂g，我國(guó)太陽(yáng)能發(fā)電裝機(jī)規(guī)模增長(zhǎng)168倍，超越所有可再生能源發(fā)展速度，提前半年完成“十二五”規(guī)劃提出的3500萬(wàn)千瓦裝機(jī)目標(biāo)。數(shù)據(jù)顯示，截至2015年底，我國(guó)光伏發(fā)電累計(jì)裝機(jī)容量4318萬(wàn)千瓦，超越成為全球光伏發(fā)電裝機(jī)容量最大的國(guó)家。其中，光伏電站3712萬(wàn)千瓦，分布式606萬(wàn)千瓦，年發(fā)電量392億千瓦時(shí)。2015年新增裝機(jī)容量1513萬(wàn)千瓦，占全球新增裝機(jī)的四分之一以上，占我國(guó)光伏電池組件年產(chǎn)量的三分之一，為我國(guó)光伏制造業(yè)提供了有效的市場(chǎng)支撐。分布式光伏成為“十二五”期間光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展的一大亮點(diǎn)。根據(jù)光伏行業(yè)協(xié)會(huì)數(shù)據(jù)，2015年全國(guó)累計(jì)光伏裝機(jī)容量超過(guò)100萬(wàn)千瓦的省區(qū)達(dá)11個(gè)，西部地區(qū)主要建設(shè)集中式地面電站，中東部地區(qū)主要建設(shè)分布式電站，上海、江蘇、浙江、安徽分布式電站規(guī)模已超過(guò)100萬(wàn)千瓦。當(dāng)前，國(guó)內(nèi)高校建筑量大，用電需求強(qiáng)烈，具有開(kāi)展光伏發(fā)電的巨大優(yōu)勢(shì)。以上海為例，上海共有67所高校，校區(qū)占地面積從幾百畝到幾千畝不等，有大量的屋頂資源可以建設(shè)分布式光伏電站。這樣既能承擔(dān)一定的電力供應(yīng)，起到削峰填谷的作用；又不占用寶貴的土地資源，節(jié)省電費(fèi)的支出，增加綜合經(jīng)濟(jì)價(jià)值；且項(xiàng)目的展開(kāi)能為廣大師生提供學(xué)習(xí)和應(yīng)用能源互聯(lián)網(wǎng)的場(chǎng)景，對(duì)培養(yǎng)大學(xué)生低碳用能、生態(tài)發(fā)展的觀念具有重要意義。報(bào)告從教育建筑用能現(xiàn)狀出發(fā)，分析了上海高校進(jìn)行屋面光伏發(fā)電的建筑資源條件優(yōu)勢(shì)、經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)及能源互補(bǔ)優(yōu)勢(shì)，并對(duì)光伏與多種能源配合為學(xué)校建筑供能的設(shè)計(jì)流程、設(shè)計(jì)要點(diǎn)、系統(tǒng)特性和安全保障進(jìn)行歸納總結(jié)。分析了當(dāng)前我國(guó)既有校園建筑開(kāi)展屋面光伏電站建設(shè)所使用的安裝方法及并網(wǎng)方式，提出了上海地區(qū)氣候條件下高校屋面光伏發(fā)電系統(tǒng)綜合經(jīng)濟(jì)效益、節(jié)能效益、生態(tài)效益的建設(shè)方法，希望能為上海地區(qū)高校光伏發(fā)電設(shè)計(jì)人員和從業(yè)人員提供一定的參考。同時(shí)報(bào)告以上海交通大學(xué)240kWp光伏發(fā)電實(shí)際項(xiàng)目為典型研究?jī)?nèi)容，通過(guò)實(shí)地調(diào)研、資料收集，分析了校內(nèi)建筑屋面的分布情況、結(jié)構(gòu)特征，提出了屋面光伏組件的合理布置方案；后經(jīng)模擬分析和經(jīng)濟(jì)性對(duì)比，得出南向陣列布置方式較為符合學(xué)校實(shí)際情況，并確定了組件傾斜角度、排布間距、逆變器布置、電氣安全等設(shè)計(jì)方案；且設(shè)計(jì)了一套能源互聯(lián)網(wǎng)綜合在線監(jiān)控系統(tǒng)，用于監(jiān)控各樓宇光伏電站的運(yùn)行情況；最后對(duì)240kWp光伏發(fā)電項(xiàng)目的綜合經(jīng)濟(jì)性、生態(tài)性作了詳細(xì)計(jì)算。接著報(bào)告對(duì)光伏發(fā)電上網(wǎng)產(chǎn)生的影響進(jìn)行了系統(tǒng)分析，并提出了相應(yīng)地運(yùn)行維護(hù)方案。報(bào)告通過(guò)對(duì)高校用能特性的分析，發(fā)現(xiàn)寒、暑假期學(xué)校光伏電力并網(wǎng)系統(tǒng)由于負(fù)載輕，可能出現(xiàn)電力逆流現(xiàn)象，為此報(bào)告提出了一套適合上海學(xué)校假期實(shí)際情況的光伏余電儲(chǔ)存途徑，主要包括兩個(gè)方面：一是暑假期游泳館和實(shí)驗(yàn)室等的使用；二是寒假期間空調(diào)供熱。報(bào)告末尾總結(jié)了高校發(fā)展屋面光伏所具有的重要意義，并針對(duì)當(dāng)前我國(guó)校園分布式光伏發(fā)電的實(shí)際狀況，提出了上海開(kāi)展建設(shè)校園光伏電站項(xiàng)目的建議。研究背景光伏發(fā)電相關(guān)政策國(guó)家《可再生資源中長(zhǎng)期發(fā)展規(guī)劃》中，確定到2020年可再生能源占到能源總消費(fèi)的15%的目標(biāo)，并具體提出：到2010年，建成大型并網(wǎng)光伏電站總?cè)萘?0GW、太陽(yáng)能熱發(fā)電總?cè)萘?0GW；到2020年，全國(guó)太陽(yáng)能光伏電站總?cè)萘窟_(dá)到200GW，太陽(yáng)能熱發(fā)電總?cè)萘窟_(dá)到200GW。太陽(yáng)能光伏產(chǎn)業(yè)的發(fā)展方向是針對(duì)用電負(fù)荷較大地區(qū)發(fā)展大規(guī)模集中式并網(wǎng)電站及分布式能源。集中式并網(wǎng)光伏發(fā)電站，將所發(fā)出的直流電通過(guò)逆變器逆變?yōu)榻涣麟姾笾苯铀腿腚娋W(wǎng)，具有遠(yuǎn)離負(fù)載、技術(shù)復(fù)雜、士地面積廣、投資規(guī)模大等特點(diǎn)，主要分布在我國(guó)中西部等地廣人稀、光照條件好的地區(qū)；分布式光伏發(fā)電是指將電站直接建在用戶(hù)附近，所發(fā)電能就地利用，以10kv以下電壓等級(jí)接入電網(wǎng)，且單個(gè)并網(wǎng)點(diǎn)總裝機(jī)容量不超過(guò)6MW的光伏發(fā)電項(xiàng)目，它具有投資小、建設(shè)快、不占用土地資源等優(yōu)點(diǎn)，是華東地區(qū)并網(wǎng)光伏發(fā)電的主流。通過(guò)近幾年的發(fā)展，我國(guó)從一個(gè)光伏組件生產(chǎn)大國(guó)，逐步變成一個(gè)光伏應(yīng)用大國(guó)。但各高校內(nèi)建設(shè)光伏電站的熱情并不明顯，這其中的關(guān)鍵原因包括以下幾個(gè)方面：相對(duì)教育用電來(lái)講，光伏發(fā)電成本高、經(jīng)濟(jì)效益低、回收期長(zhǎng)，部分光伏電站的建設(shè)補(bǔ)貼不能按時(shí)按額到位，業(yè)主自有資金不夠充裕，承受風(fēng)險(xiǎn)能力低；②高校校園內(nèi)的建筑很多年代久遠(yuǎn)，配電網(wǎng)絡(luò)、配電設(shè)施和配電容量達(dá)不到接入要求；③光伏項(xiàng)目與校園建筑設(shè)計(jì)結(jié)合較少，必要的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)積累不足，建筑設(shè)計(jì)只重視功能與外觀效果的觀念依然未發(fā)生改變，對(duì)可再生能源的利用依然被忽視。為了解決上述這些問(wèn)題，國(guó)家相繼頒布了一系列的鼓勵(lì)政策。包括積極擴(kuò)展國(guó)內(nèi)市場(chǎng)，引導(dǎo)民間資本的進(jìn)入；充分發(fā)揮市場(chǎng)機(jī)制、完善相關(guān)的政策補(bǔ)貼；打破地方保護(hù)主義，減少政府干預(yù)。特別是國(guó)家出臺(tái)了具有針對(duì)性的分布式光伏上網(wǎng)政策，鼓勵(lì)學(xué)校、單位、小區(qū)及個(gè)人將光伏電力輸送到公共電網(wǎng)。2012年10月國(guó)家出臺(tái)了《關(guān)于做好分布式光伏電網(wǎng)并網(wǎng)服務(wù)工作的意見(jiàn)》，要求電網(wǎng)管理部門(mén)免費(fèi)為光伏發(fā)電項(xiàng)目業(yè)主提供系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)、調(diào)試和并網(wǎng)檢測(cè)等全過(guò)程服務(wù)；同時(shí)對(duì)余電上網(wǎng)進(jìn)行全額收購(gòu)，上網(wǎng)電價(jià)執(zhí)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)行足額發(fā)放，且光伏電站上網(wǎng)引起的公共電網(wǎng)的改造升級(jí)與設(shè)備更新的投資全部由電網(wǎng)管理企業(yè)負(fù)責(zé)。光伏發(fā)電并網(wǎng)服務(wù)工作細(xì)則的出臺(tái)，降低了光伏項(xiàng)目開(kāi)發(fā)成本，提高了項(xiàng)目建設(shè)的進(jìn)度與效率；鼓勵(lì)了太陽(yáng)能光伏產(chǎn)業(yè)界著力于研發(fā)與建筑進(jìn)行一體化結(jié)合的太陽(yáng)能建材模塊；部分有節(jié)能意識(shí)的建筑師開(kāi)始嘗試在建筑設(shè)計(jì)方案的初始階段，就把太陽(yáng)能發(fā)電組件作為一個(gè)不可缺少的建筑構(gòu)件來(lái)考慮，使建筑美學(xué)與太陽(yáng)能技術(shù)應(yīng)用相結(jié)合，力求創(chuàng)造新型的太陽(yáng)能一體化建筑；另外部分業(yè)主也在既有建筑節(jié)能改造中大膽使用光伏發(fā)電系統(tǒng)，特別是對(duì)大、中型公共建筑而言，由于特定的使用功能，電費(fèi)單價(jià)支出較普通民用電價(jià)高出很多，光伏發(fā)電正好能夠減少這部分的支出，具有較高的經(jīng)濟(jì)性。如上海市對(duì)于分布式光伏項(xiàng)目，投資方若為工、商業(yè)用戶(hù)，上?！岸入娧a(bǔ)貼”金額為元/千瓦時(shí)，個(gè)人、學(xué)校等享受優(yōu)惠電價(jià)的用戶(hù)則為元/千瓦時(shí)。此外，光伏電站的補(bǔ)貼金額為元/千瓦時(shí)，對(duì)于陸上及海上風(fēng)電，也可享受及元/千瓦時(shí)的“度電補(bǔ)貼”。除地方補(bǔ)貼之外，分布式光伏電站每發(fā)一度電，還能得到來(lái)自國(guó)家財(cái)政元(稅前)的補(bǔ)貼，如果余電上傳至電網(wǎng)，則按照上海的脫硫燃煤機(jī)組標(biāo)桿上網(wǎng)電價(jià)元計(jì)算“賣(mài)電”所得。如此高的補(bǔ)貼,使得光伏電站的投資收益期將大大縮短，安裝規(guī)模不斷擴(kuò)大。由于上海市可用土地?cái)?shù)量有限加上大量既有建筑的屋面空間尚未有效的開(kāi)發(fā)和利用，推動(dòng)出屋面光伏電站的開(kāi)發(fā)，未來(lái)分布式光伏發(fā)電并將成為的首選模式，因此對(duì)校園建筑屋面的光伏發(fā)電系統(tǒng)進(jìn)行研究分析，既有巨大的經(jīng)濟(jì)、環(huán)境意義，又能給相關(guān)設(shè)計(jì)與施工人員提供一定程度的應(yīng)用指導(dǎo)。研究目的和意義隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展，全社會(huì)尤其是建筑能耗大幅增加，能源和環(huán)境對(duì)可持續(xù)發(fā)展受到嚴(yán)重挑戰(zhàn)。因此，大力開(kāi)發(fā)和推廣可再生能源技術(shù)已經(jīng)成為應(yīng)對(duì)挑戰(zhàn)的重要舉措，同時(shí)也是保證我國(guó)能源供應(yīng)安全和可持續(xù)發(fā)展的必然選擇。在各種可再生能源發(fā)電應(yīng)用中，太陽(yáng)能光伏發(fā)電已經(jīng)成為重要的應(yīng)用方式，是一項(xiàng)可推廣、可復(fù)制的成熟技術(shù)。我國(guó)教育建筑用能消耗巨大，故在教育建筑中積極使用可再生能源特別是光伏電力，是增加可再生能源在建筑耗能中的比例，促進(jìn)綠色大學(xué)校園建設(shè)的重要舉措。高校太陽(yáng)能光伏系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、安裝及并網(wǎng)應(yīng)用研究是推動(dòng)光伏建筑一體化的重要組成部分，其問(wèn)題的解決能為教育建筑屋面光伏電站的建造提供完善方案、推動(dòng)光伏電力在校園用能中的優(yōu)化配置、改善既有建筑的節(jié)能效果。為我國(guó)貫徹落實(shí)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略、實(shí)現(xiàn)節(jié)能目標(biāo)、減排溫室氣體做出重要貢獻(xiàn)。分布式光伏發(fā)電具有建設(shè)周期短、投資風(fēng)險(xiǎn)小、靠近用戶(hù)側(cè)安裝能夠?qū)崿F(xiàn)就近供電、投資回報(bào)率高等優(yōu)勢(shì)，同時(shí)裝機(jī)容量可大可小，從100kW到幾百個(gè)兆瓦都有成功應(yīng)用。光伏發(fā)電項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)性、環(huán)保性和節(jié)能效益尤為顯著，不僅能夠提高供電安全可靠性，而且可解決邊遠(yuǎn)地區(qū)電力短缺等問(wèn)題。因此，發(fā)展光伏發(fā)電系統(tǒng)，尤其是分布式光伏發(fā)點(diǎn)系統(tǒng)的建設(shè)具有重要意義。研究概況及主要結(jié)論本研究擬在充分調(diào)研上海市校園屋頂實(shí)際情況的基礎(chǔ)上，結(jié)合太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)的技術(shù)特點(diǎn)，研究各種屋頂應(yīng)用條件下的系統(tǒng)方案與設(shè)計(jì)架構(gòu)，分析上海地區(qū)氣候條件下的運(yùn)行策略和商業(yè)模式，通過(guò)太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)在上海地區(qū)校園的試點(diǎn)應(yīng)用案例，開(kāi)展應(yīng)用效果分析和環(huán)境評(píng)價(jià)，提出上海市校園太陽(yáng)能光伏發(fā)電的可行性和配套政策。主要結(jié)論如下：上海高校屋面儲(chǔ)備資源和學(xué)校用能情況狀況上海高校用能具有建筑能耗高、公共用能凸顯等能耗問(wèn)題，同時(shí)高校具有巨大屋面資源。光伏電站的建設(shè)依托學(xué)校借助規(guī)劃優(yōu)勢(shì)、建筑優(yōu)勢(shì)及用能優(yōu)勢(shì)，形成了適合學(xué)校特征的光伏發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)，此系統(tǒng)不僅降低了電站初始投資成本，還提高了經(jīng)濟(jì)效率和生態(tài)效益；同時(shí)報(bào)告還對(duì)當(dāng)前屋面光伏的安裝種類(lèi)進(jìn)行了歸納總結(jié)和對(duì)比分析，以便為廣大工程應(yīng)用提供一定的指導(dǎo)，增加高校屋面光伏系統(tǒng)的普及和推廣。高校光伏發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)對(duì)光伏并網(wǎng)進(jìn)行分析，得出光伏上網(wǎng)對(duì)原有配電網(wǎng)的影響，為此總結(jié)分析了能在高校用能中對(duì)電網(wǎng)起穩(wěn)定作用，又具有高效作用的光伏電力設(shè)備，希望能在今后的光伏發(fā)電項(xiàng)目中更多的使用，同時(shí)對(duì)高校的用能特性分析，發(fā)現(xiàn)寒暑假期學(xué)校光伏電力由于負(fù)載較少，避免低壓并網(wǎng)產(chǎn)生逆流，通過(guò)能源互聯(lián)網(wǎng)控制系統(tǒng)將能量流轉(zhuǎn)到負(fù)載處，調(diào)節(jié)逆變器發(fā)電量等方法，從而減少大量清潔能源浪費(fèi)的情況，為此提出一套適合上海地區(qū)的高校光伏余電利用的途徑，主要包括兩個(gè)方面：一是暑假期電池蓄能，圖書(shū)館、游泳館制冷；二是寒假期游泳館加熱、數(shù)據(jù)機(jī)房制冷等。運(yùn)營(yíng)模式根據(jù)上述分布式光伏發(fā)電項(xiàng)目不同運(yùn)營(yíng)模式的敘述和收益的計(jì)算，上海地區(qū)高校在光伏項(xiàng)目的投資運(yùn)營(yíng)模式的選擇上需結(jié)合己有的場(chǎng)地、技術(shù)、政策等資源，具體核算比較項(xiàng)目不同的運(yùn)營(yíng)模式，不同結(jié)算方式下的收益，以獲得最好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。1）場(chǎng)地資源：屋頂、公共設(shè)施是重要的場(chǎng)地資源，校園光伏發(fā)電項(xiàng)目首先需要確定場(chǎng)地資源，如果自身?yè)碛袌?chǎng)地資源，可選擇合同能源管理和自發(fā)自用運(yùn)營(yíng)模式，如果自身沒(méi)有場(chǎng)地資源，則需選擇租賃運(yùn)營(yíng)模式。2）租賃運(yùn)營(yíng)：投資方付給場(chǎng)地提供者租金，同時(shí)投資方還可與場(chǎng)地提供者或者其他的就近用戶(hù)簽訂合同能源管理協(xié)議(如場(chǎng)地提供者有用電需求)，共享光伏發(fā)電收益。并且用戶(hù)(包括場(chǎng)地提供者)使用的光伏發(fā)電量越多，雙方的收益越高。投資方作為合同能源管理服務(wù)商，在給用戶(hù)創(chuàng)造效益的同時(shí)，自身也能獲取相應(yīng)的收益，這種模式未來(lái)具有較大發(fā)展空間，隨著上海地區(qū)電力售電改革的推進(jìn)，合同能源管理服務(wù)商可以進(jìn)一步成為區(qū)域能源服務(wù)提供商，參與地區(qū)售電、供暖等能源服務(wù)。3）在自發(fā)自用模式(或者合同能源管理模式)下，自發(fā)自用(或者合同能源管理用戶(hù)用電)用電量需達(dá)到一定比例(占光伏項(xiàng)目總發(fā)電量)，項(xiàng)目投資商收益才能超過(guò)發(fā)電量全額上網(wǎng)結(jié)算方式下的收益，而且隨著政府補(bǔ)貼的下降，這個(gè)比例會(huì)越來(lái)越高。從中也可以看出，政府鼓勵(lì)分布式光伏發(fā)電項(xiàng)目自發(fā)自用或采用合同能源管理模式，使光伏發(fā)電量盡可能就近消納，從而減輕電力系統(tǒng)并網(wǎng)消納負(fù)擔(dān)。4）不考慮發(fā)電量全額上網(wǎng)結(jié)算方式(各類(lèi)型用戶(hù)收益均相同)，分布式光伏發(fā)電項(xiàng)目的收益與用戶(hù)類(lèi)型息息相關(guān)，用戶(hù)原本的電價(jià)水平越高，利用光伏發(fā)電后，收益越明顯。因此應(yīng)該鼓勵(lì)工商業(yè)用戶(hù)等電價(jià)較高的用戶(hù)興建分布式光伏發(fā)電項(xiàng)目，以獲得良好的光伏發(fā)電收益。4、經(jīng)濟(jì)與環(huán)境效益以500kw光伏電站為例：根據(jù)當(dāng)前政策規(guī)定，國(guó)家針對(duì)分布式電站補(bǔ)貼元/度（補(bǔ)貼期限20年）+上海市針對(duì)學(xué)校分布式電站補(bǔ)貼元/度（補(bǔ)貼期限5年）。該項(xiàng)目預(yù)計(jì)運(yùn)營(yíng)5年可拿到上海市補(bǔ)貼194萬(wàn)元，運(yùn)營(yíng)20年可拿到國(guó)家補(bǔ)貼559萬(wàn)元。按照500KW項(xiàng)目發(fā)電量預(yù)測(cè)，預(yù)計(jì)首年發(fā)電量萬(wàn)度，該項(xiàng)目預(yù)計(jì)可運(yùn)營(yíng)長(zhǎng)達(dá)30年，累積發(fā)電量達(dá)1924萬(wàn)度。其中首年可節(jié)約電費(fèi)46萬(wàn)元，30年累積可節(jié)約1224萬(wàn)元。該項(xiàng)目前5年平均收益率約%，第6年至第20年平均收益率為%，運(yùn)營(yíng)30年總投資收益率達(dá)411%。依據(jù)上海市發(fā)展和改革委員會(huì)2016年11月16日發(fā)布《上海市2016年碳排放配額分配方案》，從2017年開(kāi)始，碳排放將進(jìn)行配額分配，碳排放交易將正式放開(kāi)，該節(jié)能項(xiàng)目將可產(chǎn)生額外收益。該項(xiàng)目主要使用學(xué)校閑置屋頂進(jìn)行建設(shè)，項(xiàng)目本身無(wú)污染、且不額外占用土地，并網(wǎng)式項(xiàng)目無(wú)需能量?jī)?chǔ)存設(shè)備，選擇自發(fā)自用又減少了輸配電損失等優(yōu)勢(shì)，項(xiàng)目建設(shè)符合我國(guó)能源產(chǎn)業(yè)政策和環(huán)境保護(hù)政策，符合上海市可再生能源發(fā)展規(guī)劃和總體發(fā)展規(guī)劃、土地利用規(guī)劃。項(xiàng)目建成投產(chǎn)后既不消耗燃料資源和水資源，同時(shí)又不釋放污染物、廢料，也不產(chǎn)生溫室氣體破壞大氣環(huán)境，也不會(huì)有廢渣的堆放、廢水排放等問(wèn)題，有利于保護(hù)周?chē)h(huán)境，是一種綠色可再生能源。該項(xiàng)目總裝機(jī)量為500KW，按照項(xiàng)目設(shè)計(jì)使用壽命為30年計(jì)算，預(yù)計(jì)30年積累發(fā)電量1924萬(wàn)度，共節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤約7505噸，二氧化碳約19514噸，二氧化硫約180噸，氮氧化物約噸。

第2章高校光伏應(yīng)用的條件分析高校屋頂資源20世紀(jì)末以來(lái)，隨著國(guó)家高等教育事業(yè)的迅猛發(fā)展，我國(guó)高校開(kāi)始招生規(guī)模逐年擴(kuò)大，教育事業(yè)投入也隨之增加，大批學(xué)校掀起了一波以高校建設(shè)為主的教育建筑浪潮。設(shè)計(jì)單位由于時(shí)間緊、任務(wù)重，也由于當(dāng)時(shí)綠色建筑的設(shè)計(jì)水平、材料質(zhì)量和施工技術(shù)等方面還比較落后，造成大量既不節(jié)能又不智能的建筑出現(xiàn)在“綠色”的大學(xué)校園中。下表為上海市高校校舍建筑面積指標(biāo)：?jiǎn)挝唬憨O/生學(xué)校類(lèi)別第一類(lèi)第二類(lèi)第三類(lèi)第四類(lèi)備注綜合、師范院校工科、醫(yī)學(xué)、農(nóng)林院校政法、財(cái)經(jīng)、外語(yǔ)院校體育院校藝術(shù)院?；局笜?biāo)不高于不高于不高于不高于38不高于1、教學(xué)及輔助用房不低于不低于不低于不低于23不低于54教室、實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)用房、圖書(shū)館、室內(nèi)體育用房、會(huì)堂等2、行政辦公用房不高于2不高于2不高于2不高于不高于校行政辦公用房、院系及教師辦公用房3、生活配套用房不高于12不高于12不高于12不高于12不高于食堂、學(xué)生宿舍、教工宿舍、學(xué)生活動(dòng)中心、教工活動(dòng)中心等4、后勤輔助用房不高于不高于不高于不高于不高于2醫(yī)療用房、公共浴室、車(chē)庫(kù)（公車(chē)）、服務(wù)用房（小型超市、洗衣房等）、食堂工人集體宿舍、綜合修理用房、總務(wù)倉(cāng)庫(kù)、鍋爐房、水泵房、變電站（所）、消防用房、環(huán)衛(wèi)綠化用房、室外廁所、傳達(dá)警衛(wèi)室等上海市部分高?？捎梦蓓斆娣e清單：序號(hào)學(xué)校名稱(chēng)占地面積（畝）屋頂面積（萬(wàn)平米）可裝機(jī)容量（KW）1上海交通大學(xué)53322同濟(jì)大學(xué)40003復(fù)旦大學(xué)34764華東師范大學(xué)31005上海大學(xué)30006上海師范大學(xué)27007華東理工大學(xué)26408東華大學(xué)20009上海海事大學(xué)200010上海理工大學(xué)196011上海海洋大學(xué)160012華東政法大學(xué)130013上海工程技術(shù)大學(xué)120014上海應(yīng)用技術(shù)學(xué)院120015上海政法大學(xué)107816上海電力學(xué)院92417上海外國(guó)語(yǔ)大學(xué)86718上海財(cái)經(jīng)大學(xué)74819上海對(duì)外貿(mào)易學(xué)院70020上海第二工業(yè)大學(xué)70021上海金融學(xué)院67522上海中醫(yī)藥大學(xué)60023上海體育學(xué)院59524上海電機(jī)學(xué)院52925上海立信會(huì)計(jì)學(xué)院50026上海商學(xué)院320總計(jì)43744 可見(jiàn)，上海高校屋頂資源的儲(chǔ)備量相對(duì)比較豐厚，但我們也發(fā)現(xiàn)，受限于建筑設(shè)計(jì)的水平、建筑文化的需求以及城市發(fā)展的規(guī)劃和建設(shè)程度，上海高校的屋頂資源分布區(qū)域化特點(diǎn)比較明顯，各學(xué)校建筑的年代參差不齊，各校園建筑的屋頂形式也多樣，在屋頂資源的具體使用上仍需根據(jù)屋頂?shù)男问?、荷載情況進(jìn)行不同光伏結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)。高校能源消耗高校建筑因其功能較為復(fù)雜、用能人數(shù)據(jù)流動(dòng)性大、使用周期長(zhǎng)等特點(diǎn)，對(duì)能源需求量比一般住宅、公共建筑高出很多。下圖為某典型高校能耗構(gòu)成圖，它反映了高校中各類(lèi)建筑耗電量的占比程度，由于其復(fù)雜的功能分布帶來(lái)建筑在用能上的差異化，從圖知由大到小依次是科研樓、學(xué)生宿舍、圖書(shū)館、教學(xué)樓、場(chǎng)館、食堂餐廳、綜合樓、行政辦公樓，分別為%%、%、%、%、%、%、%和%，剩余部分為水泵房、變配電所、路燈等公共基礎(chǔ)設(shè)施等功能區(qū)占據(jù)的能源消耗。圖某典型高校用能占比分析圖通過(guò)調(diào)研、分析得出高校建筑的高能耗主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：照明耗能高高校教學(xué)空間的主要功能是學(xué)習(xí)，學(xué)生將大多數(shù)時(shí)間用在學(xué)習(xí)上，而學(xué)習(xí)需要較好的光照條件，為保證全天候較好的照明環(huán)境，人工照明成為主要照明方式。從國(guó)家照明規(guī)范中可知，普通教室需要的照明功率要求不大于11W/㎡，照度分布不小丁300Lx，美術(shù)教室需要的照明功率要求不大于18W/㎡，照度分布不小于500Lx,且還需要局部照明來(lái)提高黑板照度。加之大量高校建筑在設(shè)計(jì)之初由于考慮到技術(shù)、經(jīng)濟(jì)性問(wèn)題，使用了浪費(fèi)能源的白熾燈或日光燈(白熾燈15LM/W,日光燈50LM/W、LED節(jié)能燈90-110LM/W?)，同時(shí)管理不規(guī)范造成人走燈亮的現(xiàn)象，都是照明能耗高的原因。取暖、制冷能耗大供暖能耗占上海高校建筑耗能的重要組成部分。由于高校中有大量年代長(zhǎng)久、保溫效果差、未經(jīng)節(jié)能改造的既有建筑，造成部分使用空間單位面積采暖量較一般建筑高出很多。且上海大量高校采用中央空調(diào)供暖的模式，且需要間歇供暖的建筑，如教學(xué)樓，實(shí)驗(yàn)樓，辦公樓，圖書(shū)館等在夜間也在不斷的消耗熱量，同時(shí)部分辦公室空間的師生因?qū)岘h(huán)境要求較高，大量使用電取暖器。制冷能耗則在夏天耗能中占據(jù)較大的比例，如辦公建筑為了提高室內(nèi)舒適度安裝了大量分體式空調(diào)，使用過(guò)程中不注意節(jié)能，甚至一些夏季炎熱地區(qū)院校為解決用餐時(shí)室內(nèi)溫度過(guò)高的矛盾，而在食堂中采用大型中央空調(diào)等消耗大量電力的電氣設(shè)備進(jìn)行制冷，這些現(xiàn)象的出現(xiàn)給高校電力穩(wěn)定帶來(lái)了巨大的壓力，也造成大量能源浪費(fèi)。浪費(fèi)行為嚴(yán)重由于生活條件的日益改善，高校宿舍內(nèi)的大功率電器設(shè)備使用越來(lái)越普遍，雖提高了部分學(xué)子的生活品質(zhì)也帶來(lái)了潛在的電力浪費(fèi)和火災(zāi)隱患。白天宿舍內(nèi)燈火通明、公共場(chǎng)所使用長(zhǎng)明燈、電腦長(zhǎng)時(shí)間處于待機(jī)狀態(tài)、飲水機(jī)整日保持運(yùn)行等已成為司空見(jiàn)慣的場(chǎng)景。見(jiàn)圖2.2為某學(xué)校宿舍樓的電力浪費(fèi)狀況，或許這些小節(jié)是由于設(shè)計(jì)不合理造成的，但個(gè)人不良的行為習(xí)慣，使浪費(fèi)問(wèn)題變得越來(lái)越嚴(yán)重。另外，對(duì)于部分已有光伏發(fā)電項(xiàng)目的高校，因種種原因光伏余電未能上網(wǎng)輸送，特別是校內(nèi)部負(fù)荷載寒暑假期間劇減，電力未能得到有效利用，而出現(xiàn)白白浪費(fèi)現(xiàn)象。圖某學(xué)校宿舍樓的電力浪費(fèi)狀況高校光伏發(fā)電應(yīng)用優(yōu)勢(shì)校園規(guī)劃優(yōu)勢(shì)科學(xué)選址當(dāng)前我國(guó)高校選址一般會(huì)選擇在城郊地區(qū)，避開(kāi)諸如廢氣、廢水、粉塵等污染源，尋求良好的自然環(huán)境區(qū)域。另外，根據(jù)各所高校的發(fā)展需要，一般學(xué)校占地面積都相對(duì)較大，屋頂多為平面屋頂，可用面積充裕。通過(guò)實(shí)地調(diào)研上海市26所高校和上海市高校校舍建設(shè)指標(biāo)測(cè)算，這26所高校的安裝光伏電站的有效屋頂可安裝，平均年發(fā)電量可達(dá)16500萬(wàn)度。集中布局、合理分區(qū)高校校園的總體規(guī)劃大多采用了集中布局、合理分區(qū)的原則。集中布局是將高校中的某一功能分區(qū)進(jìn)行集中排布，如教學(xué)區(qū)、生活區(qū)、體育活動(dòng)區(qū)等放在一起，優(yōu)化配置減少土地資源的浪費(fèi)。合理分區(qū)，則是將各個(gè)功能區(qū)相互聯(lián)系起來(lái)，要求既滿足師生的使用需求，又不對(duì)其他使用區(qū)域產(chǎn)生影響和干擾，如體育活動(dòng)區(qū)盡量要求靠近生活區(qū)域而遠(yuǎn)離教學(xué)區(qū)，就避免活動(dòng)區(qū)的噪音對(duì)教學(xué)區(qū)的正常學(xué)習(xí)產(chǎn)生影響。集中布局、合理分區(qū)一方面合理分配了土地資源；另一方面也使光伏發(fā)電系統(tǒng)的電能就地使用、減少電力傳輸?shù)倪h(yuǎn)距離配送，同時(shí)光伏陣列被安裝在靠近控制單元與電力負(fù)載的位置，可降低輸電線路上的電能損耗與初始成本。這是因?yàn)榈碗妷?、高電流的直流電?huì)導(dǎo)致比較高的電能損失，而且導(dǎo)線的斷面尺寸大、笨重、昂貴，同時(shí)又不便施工。充分利用空間資源太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)，由于需要占地的面積廣、投資收益期長(zhǎng)等弊端，一直不能得到大面積的推廣適用，尤其是在土地昂貴的城市，建立光伏電站如何充分利用閑置空間資源，不占用寶貴的土地變成唯一的途徑。屋頂和建筑立面，是十分重要的空間資源，越來(lái)越得到人們的認(rèn)可，特別是分布式光伏系統(tǒng)的設(shè)計(jì)可以有效的利用屋面，不占寶貴的土地，降低了光伏電站在空間資源上的投資，同時(shí)與建筑結(jié)合的光伏電站不需要安裝任何額外的基礎(chǔ)設(shè)施，降低了整個(gè)系統(tǒng)的投資成本。建筑設(shè)計(jì)優(yōu)勢(shì)屋面布置優(yōu)勢(shì)高校建筑屋頂大多設(shè)計(jì)簡(jiǎn)潔、光照充足，受建筑構(gòu)件產(chǎn)生的陰影影響小，適宜接受太陽(yáng)光照射；為方便使用需求，教室和宿舍一般會(huì)控制在5-6層內(nèi)，光伏組件緊貼屋頂安裝，減少了風(fēng)力的不利影響；太陽(yáng)能光伏組件對(duì)屋面具有一定的保溫隔熱作用；此外，光伏屋面發(fā)電系統(tǒng)的集中布置，能夠形成規(guī)模效應(yīng)，降低系統(tǒng)單價(jià)，具有更高的經(jīng)濟(jì)效益。以上海交通大學(xué)240kWp光伏屋面發(fā)電項(xiàng)目為例，采用了光伏陣列屋頂安裝方式。其具有以下幾個(gè)方面的優(yōu)勢(shì)：一、屋頂只有突出的建筑樓梯間、通風(fēng)采光窗口產(chǎn)生局部陰影,可利用的屋面空間大：二、離負(fù)載近，電阻小，電能損耗少；三、屋頂場(chǎng)地較為平整，能方便布置維護(hù)與清潔通道，便于人員出入；四、裝機(jī)容量大，平均下來(lái)的單位造價(jià)相對(duì)較低。如下圖所示，上海交通大學(xué)在將光伏板作為國(guó)家能源智能電網(wǎng)上海研發(fā)中心大樓屋頂遮陽(yáng)構(gòu)件在建筑外部結(jié)構(gòu)上進(jìn)行高效的排放。圖國(guó)家能源智能電網(wǎng)上海研發(fā)中心屋頂光伏電站建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)勢(shì)光伏電站的生命周期一般約為20周年，而建筑的使用壽命在50年以上，可以說(shuō)，建筑的使用壽命能夠?qū)⒐夥娬鞠到y(tǒng)的全生命運(yùn)行周期包含在內(nèi)。GB50023—建筑用能優(yōu)勢(shì)調(diào)峰穩(wěn)壓高校并網(wǎng)光伏電站的發(fā)電高峰出現(xiàn)在每天的正午時(shí)刻，此時(shí)也正是很多使用空間的用能高峰，如超市、食堂、宿舍生活區(qū)等需要大量電能，光伏電力上網(wǎng)可一定程度上緩解校內(nèi)用電高峰的電力需求，有利于改善電力系統(tǒng)的負(fù)荷平衡，降低線路損耗。降低負(fù)荷對(duì)于在南向外墻面和屋頂安裝光伏組件的太陽(yáng)能建筑來(lái)說(shuō)，它可將投射到建筑中的一部分太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為電能；另一部分轉(zhuǎn)化為熱能散失到空氣當(dāng)中。這是因?yàn)殡姵亟M件受日光照射后發(fā)熱，光伏屋面及墻面較普通建筑外表面溫度會(huì)高出很多，建筑外面的空氣對(duì)流運(yùn)動(dòng)得到強(qiáng)化，光伏表面的熱量將消散到周?chē)h(huán)境之中。由于光伏板對(duì)太陽(yáng)輻射的轉(zhuǎn)化和阻止，使得光伏一體化建筑的屋面得熱量明顯減少，也使室內(nèi)空調(diào)負(fù)荷得到明顯降低。通過(guò)為上海交通大學(xué)數(shù)據(jù)中心屋頂空調(diào)外機(jī)密集分布區(qū)域，增加光伏電池板用于遮擋陽(yáng)光直射，測(cè)量結(jié)果如表顯示，帶通風(fēng)流道的光伏屋頂相對(duì)于普通屋頂來(lái)說(shuō)，其峰值冷負(fù)荷和總得熱量分別可降低%和%。高校中部分頂層空間，由于屋面?zhèn)鳠崃看?，造成了室?nèi)空調(diào)使用過(guò)于頻繁的現(xiàn)象，若是在教學(xué)樓屋頂安裝光伏電站，則將明顯減少空調(diào)使用次數(shù)，降低制冷負(fù)荷。表不同形式屋頂結(jié)構(gòu)日總得熱量和峰值冷負(fù)荷統(tǒng)計(jì)表光伏屋頂形式日總太陽(yáng)輻射（MJ/m2）日總得熱量（MJ/m2）峰值冷負(fù)荷（W/m2）通風(fēng)流道封閉通風(fēng)不帶通風(fēng)普通屋頂本章小結(jié)本章從高校用能現(xiàn)狀出發(fā)，歸納總結(jié)出高校用能具有建筑能耗高、景觀用能凸顯等能耗問(wèn)題，為此我們?cè)诟咝Ｐ@中引入屋面光伏電站發(fā)電系統(tǒng)。光伏電站的建設(shè)依托學(xué)校巨大屋面資源，借助規(guī)劃優(yōu)勢(shì)、建筑優(yōu)勢(shì)及用能優(yōu)勢(shì)，形成了適合學(xué)校特征的光伏發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)，此系統(tǒng)不僅降低了電站初始投資成本，還提高了經(jīng)濟(jì)效率和生態(tài)效益；同時(shí)報(bào)告還對(duì)當(dāng)前屋面光伏的安裝種類(lèi)進(jìn)行了歸納總結(jié)和對(duì)比分析，以便為廣大工程應(yīng)用提供一定的指導(dǎo)，提高高校屋面光伏系統(tǒng)的普及和推廣。第3章高校光伏發(fā)電的方案設(shè)計(jì)高校建筑光伏發(fā)電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)流程與要點(diǎn)設(shè)計(jì)流程高校屋面光伏發(fā)電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)不是光伏組件的簡(jiǎn)簡(jiǎn)單單排布，他需要結(jié)合電池組件的自身特性，所建地的地理氣候信息，周邊環(huán)境，建筑結(jié)構(gòu)和電氣安全狀況等多方面因素。進(jìn)行綜合的設(shè)計(jì)和分析，因此一套縝密的適合高校光伏發(fā)電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)流程不僅能夠給從業(yè)人員的工作提供指導(dǎo)，還能減少和避免他們?cè)O(shè)計(jì)失誤。設(shè)計(jì)要點(diǎn)（1）地理位置和氣候因素地理位置包括：建筑所在的緯度、經(jīng)度、海拔高度等。氣候因素包括：空氣溫度（正常月份平均溫度、1月的最冷溫度，7月的最高氣溫)、相對(duì)濕度、大氣壓力、降雪量與降雨量等。它們決定了光伏組件的傾斜角度（若光伏組件只利用太陽(yáng)的散射光發(fā)電，其只相當(dāng)于垂直光照射發(fā)電量的80%90%)、陣列間距（光伏陣列設(shè)計(jì)需要保證在冬至日當(dāng)天光照輻射強(qiáng)度最好的時(shí)間段AM9:00-PM13:00前排光伏組件的陰影影響后排光伏組件正常工作)、結(jié)構(gòu)安全性等多個(gè)方面，同時(shí)間接決定了系統(tǒng)的轉(zhuǎn)化效率與經(jīng)濟(jì)性，如低緯度地區(qū)的太陽(yáng)能光伏組件在同樣的年太陽(yáng)輻射強(qiáng)度下系統(tǒng)發(fā)電量小于較高緯度地區(qū)多出許多倍，系統(tǒng)回收期也更短，而在高緯度地區(qū)安裝太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)時(shí)，需將陣列間距拉的更大,以確保發(fā)電率達(dá)到最高水準(zhǔn)，但間距的增大需要更大面積的屋面，浪費(fèi)了寶貴的屋面空間資源，為此需要將每個(gè)方陣高度都調(diào)整到最合適值，以便縮小間距，可見(jiàn)對(duì)當(dāng)期的氣候和地理信息的把握和分析是光伏系統(tǒng)設(shè)計(jì)的前提和基礎(chǔ)。（2）建筑朝向與周?chē)鷪?chǎng)地情況建筑朝向及周?chē)鷪?chǎng)地情況是光伏陣列布置設(shè)計(jì)過(guò)程中最為重要的參考因素之一。建筑的朝向較好時(shí)，能較易實(shí)現(xiàn)光伏與建筑的外觀設(shè)計(jì)的一致性，且屋面的布板數(shù)量最多，經(jīng)濟(jì)性較高；周?chē)鷪?chǎng)地情況在設(shè)計(jì)過(guò)程中主要是考慮是否有產(chǎn)生的陰影對(duì)光伏電站進(jìn)行了遮擋。通常我們把陰影分為隨機(jī)陰影和系統(tǒng)陰影。隨機(jī)陰影產(chǎn)生的原因、時(shí)間和部位都不能確定，通常對(duì)光伏板的遮擋時(shí)間較短，不會(huì)產(chǎn)生明顯的影響，但在某些特定狀態(tài)下還是會(huì)使系統(tǒng)產(chǎn)生誤判，降低轉(zhuǎn)換效率，對(duì)此我們需要提高系統(tǒng)的容錯(cuò)能力，減少誤判的發(fā)生。系統(tǒng)陰影則是固定物體產(chǎn)生的遮擋，它因持續(xù)遮擋的時(shí)間長(zhǎng)會(huì)對(duì)光伏系統(tǒng)輸出功率產(chǎn)生明顯影響，對(duì)于這種情況，我們通常只能通過(guò)場(chǎng)地勘探，盡量避免。（3）容量設(shè)計(jì)屋面光伏電站的系統(tǒng)容量設(shè)計(jì)，通常會(huì)采用以下兩種方式：一是按照建筑物可安裝光伏組件的面積確定安裝的系統(tǒng)容量：二是根椐建筑物內(nèi)部負(fù)載確定。依據(jù)屋面面積確定光伏系統(tǒng)的負(fù)荷相對(duì)較為簡(jiǎn)單，但受到可利用面積的限制。此時(shí)，光伏板的轉(zhuǎn)換效率則是主要的考量因數(shù)，故在屋面面積有限時(shí)，盡量使用轉(zhuǎn)化效率高的單晶硅電池。而在項(xiàng)目預(yù)算有限，當(dāng)?shù)販夭畲蟮哪狭⒚鎵ι?，則適宜對(duì)溫度變化沒(méi)有太強(qiáng)烈反應(yīng)的非晶硅光伏組件的選用，對(duì)于依靠?jī)?nèi)部荷載確定容量的光伏電站，要對(duì)系統(tǒng)負(fù)載的類(lèi)型，運(yùn)行的規(guī)律與狀況有一個(gè)精準(zhǔn)的計(jì)算，以確保穩(wěn)定運(yùn)行。（4）環(huán)境兼容建筑是一個(gè)復(fù)雜而完整的統(tǒng)一體，與光伏相結(jié)合的建筑設(shè)計(jì)不單單要考慮能源供給的問(wèn)題，還需要充分考慮陽(yáng)光照耀下所呈現(xiàn)的美學(xué)效果。當(dāng)前綜合了生態(tài)功能為一體太陽(yáng)能建筑設(shè)計(jì)的美學(xué)手法成為主流，它既能呈現(xiàn)設(shè)計(jì)的整體表現(xiàn)形式，又能展現(xiàn)背后所蘊(yùn)含的高科技特色。如下圖所示，由上海交通大學(xué)學(xué)生創(chuàng)意、設(shè)計(jì)、建設(shè)的能源生態(tài)樣板房“日上江村”被新華社譽(yù)為“正能量建筑”，它位于三樓的藍(lán)色光伏頂，能滿足日常用電需求，室內(nèi)所有設(shè)備均可智能控制。日上江村庭院頂上的光伏板（5）系統(tǒng)安裝當(dāng)前屋面光伏系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，為了避免對(duì)屋頂原有防水層造成損傷和破壞，屋面光伏系統(tǒng)的安裝大多采用支架構(gòu)造置于防水層之上的做法。此時(shí)需要注意設(shè)計(jì)良好的冷卻通風(fēng)系統(tǒng)，這是因?yàn)榫Ч韫夥M件的發(fā)電效率隨著表面工作溫度的上升而下降。理論和實(shí)驗(yàn)證明，在光伏組件屋面設(shè)計(jì)空氣通風(fēng)通道，可使組件的電力輸出提髙8.3%，組件的表面溫度降低15°C左右。特別是當(dāng)屋面為斜屋面時(shí)，易采用支架架空的構(gòu)造方式，架空高度不小于100MM，既加強(qiáng)通風(fēng)，又給安裝維護(hù)提供一定的操作空間；對(duì)于部分建筑屋頂防水層已被破壞的情況，光伏支架的腳柱與屋面的結(jié)合處要加做附加防水層構(gòu)造措施，以避免雨水從開(kāi)口處滲入防水層下部。通常附加層宜空鋪，空鋪寬度不應(yīng)小于200MM；附加防水層形成的泛水構(gòu)造應(yīng)包裹到支架與金屬埋架之上；同時(shí)對(duì)地腳螺栓周?chē)赡艹霈F(xiàn)的滲水縫隙，用瀝青進(jìn)行密封處理或者將卷材防水層用壓條釘壓固定。同時(shí)對(duì)于經(jīng)常需要檢修的光伏屋面需在一定范圍內(nèi)鋪設(shè)水泥磚作為剛性的防水保護(hù)。一般會(huì)采用水泥磚鋪貼在光伏陣列的檢修通道周?chē)?、屋面的進(jìn)出口及經(jīng)常有人員走動(dòng)的道路上。同時(shí)系統(tǒng)還需要考慮組件所在部位的防火、防雷、防靜電等電力安全，支架結(jié)構(gòu)、抗風(fēng)、雨、雪荷載的結(jié)構(gòu)安全設(shè)計(jì)及后期的運(yùn)行維護(hù)、管理等。系統(tǒng)組成太陽(yáng)能光伏發(fā)電是將太陽(yáng)光能直接轉(zhuǎn)化成電能的發(fā)電方式，它包括光伏發(fā)電、光化學(xué)發(fā)電、光感應(yīng)發(fā)電等。太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)是利用光伏板直接將太陽(yáng)輻射能轉(zhuǎn)化為電能的系統(tǒng)，主要由太陽(yáng)能電池組件、電能儲(chǔ)存元件、控制器、電力電子變換器以及負(fù)載（直/交流負(fù)載）等部件構(gòu)成。太陽(yáng)能電池由硅半導(dǎo)體材料制成的方片薄膜，在陽(yáng)光照射下產(chǎn)生電壓和電流。單體電池的輸出電壓只有0.45-0.50V,電流約為20峰值功率為1W左右，一般不能單獨(dú)使用。（1）太陽(yáng)電池組件太陽(yáng)電池組件也稱(chēng)為“光伏組件”。它是將幾片、幾十片或幾百片圓形或者方形單體太陽(yáng)能電池根據(jù)負(fù)載需要(見(jiàn)下圖，經(jīng)過(guò)串、并聯(lián)連接起來(lái)構(gòu)成組合體，再將組合體通過(guò)一定工藝流程封裝在超薄、透明、高強(qiáng)度玻璃和密封的封裝底層之間，然后引出正負(fù)極引線，方可獨(dú)立發(fā)電使用。其功率一般為幾瓦到幾十瓦，甚至幾百瓦。電池組件有各種各樣的尺寸和形狀，典型組件是矩形平板。圖太陽(yáng)能電池的單體（方形）、組件陣列一般來(lái)講太陽(yáng)的輻照度能夠百分之百轉(zhuǎn)化為電能是電池組件最完美的狀態(tài)，但是由于材料本身性能及環(huán)境的多樣會(huì)化對(duì)太陽(yáng)能電池組產(chǎn)生影響，如：組件自身的設(shè)計(jì)、空氣的塵埃度、發(fā)電轉(zhuǎn)換設(shè)備的質(zhì)量和性能、組件自身的延時(shí)衰減等，實(shí)際上系統(tǒng)效率將會(huì)在使用的過(guò)程中出現(xiàn)部分程度的下降。（2）系統(tǒng)控制元件系統(tǒng)控制元件也就是系統(tǒng)調(diào)節(jié)控制裝置，通過(guò)對(duì)系統(tǒng)輸入輸出功率的調(diào)節(jié)與分配，如當(dāng)負(fù)載端發(fā)生短路時(shí)，要能報(bào)警或?qū)㈦娐纷孕星袛?，督促維護(hù)管理人員檢修。（3）并網(wǎng)逆變器光伏并網(wǎng)系統(tǒng)的核心部件和技術(shù)關(guān)鍵是并網(wǎng)逆變器。它的主要功能是將太陽(yáng)能光伏組件發(fā)出的直流電逆變成單項(xiàng)或三相交流電，送入電網(wǎng)。并網(wǎng)逆變器應(yīng)具有自動(dòng)運(yùn)行和停止功能、最大功率跟追蹤功能，且具有完善的保護(hù)功能，包括過(guò)壓保護(hù)、短路保護(hù)、孤島保護(hù)、過(guò)熱保護(hù)、過(guò)載保護(hù)、防雷保護(hù)及直流接地保護(hù)。根據(jù)逆變器在光伏系統(tǒng)中的布置方式，可以將逆變方式分為集中逆變和分散逆變。對(duì)于大中型光伏電站而言，由于光伏的排布、位置、朝向等大致相同，因此一般會(huì)采用集中逆變器以減低投資成本，此時(shí)如果可能的話，應(yīng)盡量將逆變器安裝在電表的附近，如果安裝環(huán)境不允許的話，安裝在光伏系統(tǒng)接線柜附近也是可行的，這將降低通過(guò)直流總線的電量損失和安裝費(fèi)用，通常大型中央逆變器通常和其他設(shè)備（如電表、斷路器等）安裝在一個(gè)逆變器箱體內(nèi)；分散式逆變器則適合應(yīng)用于光伏系統(tǒng)中的各分系統(tǒng)有不同朝向或傾角，光伏電站分散布置或者光伏系統(tǒng)有部分被遮擋的情況，它一般會(huì)安置在屋頂，這就應(yīng)做好對(duì)逆變器的保護(hù)，避免太陽(yáng)直射和雨水淋濕，同時(shí)還要考慮到逆變器的噪聲對(duì)周?chē)h(huán)境的影響。（4）交\直流負(fù)載交\直流負(fù)載是以交\直流電為能源供給的裝置或設(shè)備，其系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程如下圖所示：圖交\直流負(fù)載作用下光伏發(fā)電系統(tǒng)運(yùn)行圖（5）太陽(yáng)能光伏電站計(jì)量、顯示部分根據(jù)國(guó)家電網(wǎng)光伏電站接入要求，光伏并網(wǎng)電站需配置遠(yuǎn)程傳輸電表，自動(dòng)控制、電能計(jì)量及數(shù)據(jù)通信存儲(chǔ)裝置。系統(tǒng)配置環(huán)境因素傳感裝置，能夠采集環(huán)境因素信息并通過(guò)無(wú)線傳輸方式傳輸?shù)较到y(tǒng)控制中心或公眾顯示終端。高校建筑屋面光伏發(fā)電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)通常在屋面上安裝電池板的難度由屋頂?shù)膬A斜程度而定，因在較陡的屋頂上工作不僅非常危險(xiǎn)，而且也更加耗時(shí)費(fèi)力，故屋頂光伏還多是在平屋頂上安裝。盡管當(dāng)前平屋面光伏安裝種類(lèi)多樣、成本較低，但依然受到諸多因素的影響，包括方陣尺寸、可利用的空間、采光條件、防盜破壞和盜竊、風(fēng)荷載、視覺(jué)效果及安裝難度等。以下對(duì)目前在平屋面光伏系統(tǒng)安裝的幾種常用方式進(jìn)行分析和對(duì)比，找到適合當(dāng)前上海高校屋頂結(jié)構(gòu)的光伏系統(tǒng)安裝方式。獨(dú)立基礎(chǔ)式圖獨(dú)立基礎(chǔ)式混凝土屋面安裝獨(dú)立基礎(chǔ)式安裝系統(tǒng)是指將已帶有預(yù)埋腳螺栓的混凝土塊置于屋面，光伏支架坐落在混凝土上，形成空氣流動(dòng)通道，其具體安裝效果如上圖所示。它一般使用在中低層建筑，屋面雨、雪荷載小和風(fēng)荷載小的地區(qū)?；捎没炷翝沧㈩A(yù)制，尺寸長(zhǎng)、寬、高可自定。預(yù)制的混凝土塊可依靠機(jī)械裝置吊裝到屋頂，具有不破壞建筑屋面原有構(gòu)造，減少人工支出，節(jié)省成本，提高施工效率；且混凝土塊的點(diǎn)式布置，雪水、雨水能有效的排除，不增添屋面的安全隱患，在實(shí)際項(xiàng)目中采用較多。條形基礎(chǔ)式圖條形基礎(chǔ)式混凝土屋面安裝條形基礎(chǔ)式安裝系統(tǒng)將帶有預(yù)埋螺栓的混凝土方條鋪在屋面，采用優(yōu)質(zhì)鋁合金導(dǎo)軌作為中間構(gòu)件，連接單元連接件和預(yù)埋螺栓，其具體安裝效果如上圖所示。支撐件材料為不銹鋼，牢固美觀，無(wú)需現(xiàn)場(chǎng)二次加工，使用周期長(zhǎng)；同時(shí)只需要移動(dòng)連接構(gòu)件，即可根據(jù)實(shí)際情況調(diào)節(jié)安裝角度，具有較高的適應(yīng)性?；炷翖l在設(shè)計(jì)中應(yīng)與屋面排水方向相同，方便屋面流體排除。盡管鋁合金構(gòu)件會(huì)一定程度提高成本，但較少的人工成本依然能保證安裝成本的可控，在項(xiàng)目中主要針對(duì)具有一定美觀要求的工程項(xiàng)目。負(fù)重基礎(chǔ)式圖負(fù)重基礎(chǔ)式混凝土屋面安裝負(fù)重式安裝系統(tǒng)的光伏支架與負(fù)重結(jié)構(gòu)分離，光伏支架依然采用優(yōu)質(zhì)鋁合金與屋面平鋪導(dǎo)軌相連接，負(fù)重框置于導(dǎo)軌的尾部，負(fù)重框內(nèi)可放入水泥塊或石塊等重物起到穩(wěn)固作用，無(wú)需現(xiàn)場(chǎng)二次加工，其具體安裝效果如上圖所示。該系統(tǒng)具有不破壞原有防水層，無(wú)需防水處理；適用于任意規(guī)格晶硅組件及部分薄膜組件；由于負(fù)重材料選擇的廣泛和低廉，可使大量的建筑垃圾得到更為合理的利用等優(yōu)點(diǎn)。但該基座布置方向與屋面排水方向垂直，不利于屋面排水增加了屋面荷載，不適合于降雨量大，又不能很好解決排水問(wèn)題的屋面工程項(xiàng)目。全鋼可調(diào)式圖全鋼可調(diào)式混凝土屋面安裝全鋼可調(diào)式系統(tǒng)將支架安裝在混凝土塊之上靈活性的支架此時(shí)可以根據(jù)需要進(jìn)行多角度的旋轉(zhuǎn)和調(diào)節(jié)實(shí)現(xiàn)光伏板在高度和角度上的調(diào)整，其具體安裝效果如下圖所示。此系統(tǒng)具有成本不高、現(xiàn)場(chǎng)施工方便，支架連接穩(wěn)固，角度任意調(diào)節(jié)，基礎(chǔ)的點(diǎn)式布置有利于排水、工程適用面廣等特征。網(wǎng)基式導(dǎo)流板式圖網(wǎng)基式導(dǎo)流板安裝系統(tǒng)網(wǎng)基式導(dǎo)流板安裝系統(tǒng)將斜度為10~15°不銹鋼或鍍鋁鎂鋅板組件呈網(wǎng)狀布置，用鋁導(dǎo)軌將其分割成獨(dú)立單元，與支撐柱一起作為一個(gè)模塊，適用于組件規(guī)格為1640*994*40mm左右，其具體安裝效果如上圖所示。此系統(tǒng)安裝方便，在鋁導(dǎo)軌上安裝不銹鋼支撐件，框架整體兩側(cè)及后面安裝導(dǎo)流板，支架即便在風(fēng)力載荷較高的情況下，也能因空氣流動(dòng)而產(chǎn)生的壓力，將光伏板牢牢的緊扣在屋面之上，而不被掀起。它具有適用于載荷量小的平面屋頂、不破壞原有屋頂?shù)忍卣?；且網(wǎng)狀布局提高結(jié)構(gòu)的整體剛性，但模塊布置與水流方向垂直，不利于排水，一般適用于屋面承載能力強(qiáng)、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、美觀度高的項(xiàng)目中。工程塑料固定式工程塑料固定在混凝土屋面上的安裝工程塑料固定式中的承重部件采用工程塑料制造，其具體安裝效果如上圖所示。工程塑料由聚酰胺制作，該塑料不但要求能在高溫下保持極低的蠕變性，在低溫下也表現(xiàn)出了優(yōu)異的韌性和剛性；高比例玻璃纖維增強(qiáng)的聚酰胺還具有優(yōu)異紫外耐受性和耐候性，在戶(hù)外條件下壽命長(zhǎng)達(dá)20年，能滿足如雪載、風(fēng)壓等的承重要求；系統(tǒng)制造工藝中，使用扣接、骨架和擋板來(lái)排水和布線，使得部件非常輕巧和易于安裝，太陽(yáng)能板在平頂上的安裝變得更加簡(jiǎn)單快捷，且具有良好的太陽(yáng)能裝置成本效益，適用于戶(hù)外工程項(xiàng)目施工。高校建筑光伏系統(tǒng)的并網(wǎng)設(shè)計(jì)并網(wǎng)優(yōu)勢(shì)并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)通過(guò)逆變器將光伏電池組件所發(fā)的直流電逆變成與電網(wǎng)相同頻率和電壓的交流電，以電壓源或電流源的方式送入電力系統(tǒng)。由于并網(wǎng)光伏系統(tǒng)直接將電能輸入電網(wǎng)，并網(wǎng)系統(tǒng)并不需要蓄電池等儲(chǔ)能設(shè)備，減少了蓄電池的投資與損耗，也間接地減少了處理廢舊蓄電池產(chǎn)生的污染，降低了系統(tǒng)運(yùn)行成本，是當(dāng)前光伏電力的主要形式，具有較高的經(jīng)濟(jì)性與環(huán)保性。下表為并網(wǎng)、離網(wǎng)、混合光伏供電系統(tǒng)在成本、維護(hù)、負(fù)載匹配及污染程度等方面的對(duì)比分析。表光伏并網(wǎng)系統(tǒng)對(duì)比分析并網(wǎng)光伏系統(tǒng)離網(wǎng)光伏系統(tǒng)混合供電系統(tǒng)初始成本最低高高運(yùn)行成本低高高備用電池（蓄電池）無(wú)有有維護(hù)幾乎免維護(hù)需要維護(hù)維護(hù)較多負(fù)載匹配較好差較好噪聲無(wú)無(wú)有污染無(wú)有有并網(wǎng)影響光伏發(fā)電具有隨機(jī)性、間歇性和明顯周期性的特點(diǎn)，目前還不能準(zhǔn)確預(yù)測(cè)，不能參與電力平衡進(jìn)入發(fā)電計(jì)劃安排。光伏發(fā)電的電力消納須按《可再生能源法》的要求，并網(wǎng)后由電網(wǎng)公司全額收購(gòu)。盡管光伏電站在建立前期就對(duì)上網(wǎng)電力進(jìn)行分配，但由于光伏發(fā)電具有間歇性、隨機(jī)性和周期性的特征不會(huì)完全消失，因此不可避免的對(duì)配電網(wǎng)的安全性帶來(lái)一定的影響，如電能質(zhì)量、電力規(guī)劃、電力調(diào)度等變得更為復(fù)雜和較難控制。目前來(lái)看，盡管《關(guān)于做好分布式光伏發(fā)電并網(wǎng)服務(wù)工作的意見(jiàn)（暫行）》已經(jīng)頒布執(zhí)行，但電力主管部門(mén)對(duì)其產(chǎn)生排斥，光伏電力上網(wǎng)仍障礙重重。光伏并網(wǎng)發(fā)電對(duì)電網(wǎng)影響主要包括以下幾個(gè)方面：對(duì)電能質(zhì)量的影響（1）對(duì)電壓的影響光伏電站電力上網(wǎng)，是在不改變電網(wǎng)電壓的前提下，將電流匯入到配電網(wǎng)中，匯入的電流小于負(fù)載需求時(shí)，是不會(huì)對(duì)電網(wǎng)產(chǎn)生影響；反之當(dāng)匯入的電流大于負(fù)載要求時(shí)，則會(huì)給電網(wǎng)電壓帶來(lái)影響，對(duì)負(fù)載設(shè)備帶來(lái)不安全因數(shù)。因此在對(duì)并網(wǎng)系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，就需要將光伏電站的電壓控制在電網(wǎng)正常電壓的88%~100%內(nèi)，如當(dāng)光伏電站為小于10KW小型系統(tǒng)時(shí)，它的電壓范圍就應(yīng)該控制在212V-264V，電網(wǎng)跳閘現(xiàn)象則可最大限度的減少；而對(duì)于不能直接并入到380V低壓配電線路的中型和大型光伏系統(tǒng)而言，一般會(huì)先將產(chǎn)生的電能通過(guò)升壓變電器，提升為中、高壓然后在接入當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)。（2）孤島效應(yīng)所謂的孤島效應(yīng)就是光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)在并未檢測(cè)到配電電網(wǎng)因發(fā)生故障或者因需要維修而停電時(shí)，依然叫配電網(wǎng)中的負(fù)載供電，形成了一個(gè)電力主管部門(mén)無(wú)法控制的供電孤島現(xiàn)象。圖發(fā)生孤島效應(yīng)時(shí)的供電狀況對(duì)配電網(wǎng)的影響（1）繼電保護(hù)由于現(xiàn)有的電網(wǎng)繼電保護(hù)裝置并未隨著光伏電站的投入使用，而大規(guī)模改動(dòng)，因此當(dāng)既有的繼電保護(hù)裝置與并聯(lián)的電網(wǎng)分支元件發(fā)生故障時(shí)，就會(huì)使繼電器產(chǎn)生誤判，切斷連接，失去電源。此外繼電器的繼電保護(hù)區(qū)也會(huì)隨著光伏發(fā)電系統(tǒng)功率的加入而產(chǎn)生縮小現(xiàn)象，而使正常工作收到影響。（2）供電可靠性并網(wǎng)光伏電站能依靠其獨(dú)立的發(fā)電系統(tǒng)，能夠在一定程度上提高配電系統(tǒng)供電的可靠性，但這并不代表有了光伏就有了穩(wěn)定的電力供應(yīng)。如當(dāng)在太陽(yáng)照度較低的陰天，需要電力的負(fù)載因電網(wǎng)的停電和光伏電站的無(wú)法工作而被迫停工的現(xiàn)象。同樣當(dāng)光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)地點(diǎn)選取不正確、與電網(wǎng)連接的方式不可取時(shí)、配置的容量不恰當(dāng)時(shí)，都會(huì)阻礙電網(wǎng)可靠穩(wěn)定的運(yùn)行。（3）電能計(jì)量光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)將電能注入到電網(wǎng)中，會(huì)進(jìn)行計(jì)量。但傳統(tǒng)的電表計(jì)量模式還只是單向潮流統(tǒng)計(jì)，部分業(yè)主為方便計(jì)量直接另加電表，但這既增加了系統(tǒng)投資成本，又給業(yè)主使用帶來(lái)不便。（4）孤島現(xiàn)象孤島現(xiàn)象可能使電力維修人員產(chǎn)生誤判，而造成觸電身亡的后果；也可因電網(wǎng)供電恢復(fù)時(shí)，光伏電網(wǎng)與供電電網(wǎng)之間存在的電壓差，瞬間產(chǎn)生了強(qiáng)大的沖擊電流，對(duì)電網(wǎng)的設(shè)備和負(fù)載帶來(lái)了嚴(yán)重?fù)p壞；其次當(dāng)太陽(yáng)能供電系統(tǒng)脫離原有的配電網(wǎng)后，原來(lái)的單相供電模式可能造成其他配電網(wǎng)內(nèi)出現(xiàn)雙相負(fù)載不對(duì)稱(chēng)的情形，影響到其他用戶(hù)的電壓質(zhì)量；再次當(dāng)太陽(yáng)能并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)切換成孤島方式運(yùn)行時(shí)，如果該供電系統(tǒng)內(nèi)無(wú)儲(chǔ)能元件或其容量太小，會(huì)使用戶(hù)負(fù)荷發(fā)生電壓閃變。因此，對(duì)光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，具有防止孤島效應(yīng)的功能是至關(guān)重要。對(duì)電網(wǎng)調(diào)度的影響當(dāng)前我國(guó)的電場(chǎng)大多是燃煤的火力電站，它以對(duì)負(fù)荷的預(yù)判而采取定額發(fā)電，但并網(wǎng)光伏電站加入使得負(fù)荷的預(yù)判更加具有多變性和復(fù)雜性。如在光伏電站在天氣晴好、系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)可將所發(fā)的電力送至負(fù)載就地消耗掉負(fù)載；而在陰天時(shí)作這部分的電力還需電網(wǎng)提供給負(fù)載。因此光伏電力的加入，特別是特大型光伏電站的并網(wǎng)對(duì)電網(wǎng)系統(tǒng)的電力調(diào)度的穩(wěn)定運(yùn)行帶來(lái)影響。其他影響除了上述影響之外，光伏并電發(fā)電系統(tǒng)在電網(wǎng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性方面也會(huì)帶來(lái)一些負(fù)面影響。具體表現(xiàn)在以下方面:（1）配電網(wǎng)為了應(yīng)對(duì)光伏發(fā)電系統(tǒng)極端狀況的出現(xiàn)一般會(huì)配置額外的設(shè)備作為備用，而大多數(shù)時(shí)候這些設(shè)備并未參與系統(tǒng)運(yùn)行，而是長(zhǎng)時(shí)間閑置，這不僅使投資成本和后期的維護(hù)的工作量出現(xiàn)增長(zhǎng)，還會(huì)帶來(lái)供電效益的下降。其中最明顯的例子就是配電變壓器和電纜線路在電網(wǎng)運(yùn)行中出現(xiàn)輕載現(xiàn)象。（2）為應(yīng)對(duì)光伏電站電力上網(wǎng)的波動(dòng)性，調(diào)控光伏電壓及頻率，為此會(huì)配置一定容量的無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備。但因蓄能技術(shù)瓶頸尚末突破，導(dǎo)致這部分投資依然昂貴。（3）部分光伏電站的電力輸出因不能借用原有的線路，需要架設(shè)新的輸電線路，但負(fù)荷低，導(dǎo)致了這部分輸電線路的利用效率很低，因而顯得很不經(jīng)濟(jì)。解決光伏并網(wǎng)系統(tǒng)的眾多問(wèn)題和影響，需要使光伏并網(wǎng)系統(tǒng)與常規(guī)電網(wǎng)的結(jié)合走上智能化的道路，這不僅是需要供電系統(tǒng)的高效，穩(wěn)定，更需要用電負(fù)載的智能調(diào)節(jié)和控制。為此研究和探索適用于上海高校用能特征的光伏電力調(diào)度方式、儲(chǔ)能系統(tǒng)和電能智能配送顯得尤為重要和突出。光伏局域并網(wǎng)系統(tǒng)與常規(guī)電網(wǎng)的智能設(shè)計(jì)研究寒暑假期間光伏電力并網(wǎng)設(shè)計(jì)由于教育的特性，寒暑假期間電力需求相對(duì)比較少，而且校園光伏項(xiàng)目一般在校園配電網(wǎng)內(nèi)進(jìn)行并網(wǎng)，未與市電主要電網(wǎng)相連，只是與并網(wǎng)的建筑內(nèi)部局部區(qū)域的發(fā)電網(wǎng)相連。在正常月份下，雖然光伏項(xiàng)目所發(fā)電力能夠完全被校園用電負(fù)荷所消耗，但是學(xué)校在寒暑假期間，由于教學(xué)區(qū)、生活區(qū)的主要負(fù)荷設(shè)備不需要運(yùn)轉(zhuǎn)，學(xué)生生活區(qū)的大量用能集中在夜間等特點(diǎn)，整個(gè)校區(qū)用電負(fù)荷處于低谷，接入變電所的光伏發(fā)電都有可能會(huì)出現(xiàn)電能返回供電電網(wǎng)(逆流)的情況發(fā)生，這種情況對(duì)供電局來(lái)說(shuō)是絕對(duì)不允許的。因此，必須采取措施杜絕供電電網(wǎng)逆流發(fā)生。解決辦法有三種方法：（1）采用防逆流裝置可按照全校光伏發(fā)電裝機(jī)容量，適當(dāng)考慮采用防逆流裝置，會(huì)增加投資額度，防逆流裝置的控制電纜需從各變電所敷設(shè)至每臺(tái)逆變器，電纜敷設(shè)要穿越多處道路，破壞原有路面且施工難度非常大。由于逆流的產(chǎn)生只是在學(xué)校假期出現(xiàn)，學(xué)生在校期間防逆流裝置基本不參與控制，投資利用率非常低。（2）能源互聯(lián)網(wǎng)綜合管理系統(tǒng)防止逆流學(xué)生在校期間各變電所平均用電負(fù)荷均較大，基本不會(huì)出現(xiàn)逆流現(xiàn)象，為防止一旦出現(xiàn)逆流供電局采取制裁，學(xué)?？刹扇“惭b能源互聯(lián)網(wǎng)綜合管理系統(tǒng)，系統(tǒng)智能提供逆變器運(yùn)行臺(tái)數(shù)。在學(xué)校寒暑假期間，可采系統(tǒng)根據(jù)實(shí)際所需功率自動(dòng)調(diào)節(jié)逆變器臺(tái)數(shù)，保證不發(fā)生逆流現(xiàn)象。雖然系統(tǒng)使用了此方式，但寒、暑假期會(huì)出現(xiàn)大量的能源被浪費(fèi)的現(xiàn)象，光伏電力并未得到合理利用。（3）采用合理的儲(chǔ)能系統(tǒng)。儲(chǔ)能技術(shù)是指將電能通過(guò)特定裝置轉(zhuǎn)化成其他形式的能量?jī)?chǔ)存起來(lái)，需要時(shí)將儲(chǔ)能轉(zhuǎn)化為電力的形式，通常采用以下兩種技術(shù)：一、高效的大容量?jī)?chǔ)能技術(shù)；二、高效的能量轉(zhuǎn)化技術(shù)。但當(dāng)前由于材料所具有的特性并未達(dá)到實(shí)際使用要求，若使用得到的最好的介質(zhì)材料（云母），儲(chǔ)存1KW的能量需要立方米的電容器組，如果將這個(gè)能量?jī)?chǔ)存在油紙中，則需要面積將達(dá)100立方米，且循環(huán)壽命短、污染環(huán)境，因此在大規(guī)模的光伏電站中依然并未使用。相反，機(jī)械儲(chǔ)能(如電池蓄能、壓縮空氣儲(chǔ)能和飛輪儲(chǔ)能），因使用周期長(zhǎng)、操作簡(jiǎn)單、運(yùn)行穩(wěn)定，雖機(jī)組的單元效率不是很高，但在局部地區(qū)的電力調(diào)峰中使用較為廣泛。同樣電鍋爐蓄熱在北方地區(qū)可以部分替代燃煤取暖的能量也具有一定的發(fā)展空間。根據(jù)實(shí)際用能情況分析可知，上海交通大學(xué)利用光伏電力夏季進(jìn)行電池蓄能、冬季空調(diào)采暖是可取的方案。暑假期間電池蓄能電池儲(chǔ)能電站利用將電力負(fù)荷低谷時(shí)的電能充電,在電力負(fù)荷高峰期再釋放出電池里的能量。它不僅能將電網(wǎng)負(fù)荷低谷時(shí)的未用余電,轉(zhuǎn)化為電網(wǎng)負(fù)荷高峰時(shí)的高價(jià)值電能，還能對(duì)電網(wǎng)起到調(diào)頻、調(diào)壓、穩(wěn)定系統(tǒng)周波、減少光伏電站并網(wǎng)運(yùn)行對(duì)電網(wǎng)的沖擊、提高電網(wǎng)運(yùn)行的安全性的作用，是電力系統(tǒng)中使用周期長(zhǎng)、容量可做大、技術(shù)最為成熟、經(jīng)濟(jì)性較低的儲(chǔ)能方式，蓄電池儲(chǔ)能電站儲(chǔ)存能量的釋放時(shí)間可以從幾小時(shí)到幾天，綜合效率為80%~88%之間，它是當(dāng)今社會(huì)電力系統(tǒng)中較多采用的電力儲(chǔ)能形式。故建造小型電池蓄能電站是校園光伏發(fā)電項(xiàng)目在暑假期間提高能源利用率、較少電力浪費(fèi)的較好途徑。開(kāi)發(fā)小型電池蓄能電站實(shí)施的可能性具體表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面:（1）具有充足的變壓器容量保證變壓器充電容量作為電池蓄能電站運(yùn)行的前提和基礎(chǔ)，通常在電站的選址過(guò)程中，宜選擇變壓器剩余容量較大的變電站，若不能滿足系統(tǒng)正常運(yùn)行的需求，由于學(xué)校建設(shè)過(guò)程中選擇的變壓器容量通常會(huì)有較大閾量，故在學(xué)校中建設(shè)蓄能電站的接入點(diǎn)相對(duì)容易。（2）具有合適的地形條件電池蓄能電站需要設(shè)置一定的空間場(chǎng)地。一般可以用變電站周邊的剩余場(chǎng)地進(jìn)行建設(shè)。目前市面上的電池蓄能電站，每兆瓦的建設(shè)面積為400㎡。小型電池蓄能電站將白天光伏發(fā)電超出的功率存到蓄電池，夜間當(dāng)光伏電站不發(fā)電，而校園中需要電力供應(yīng)的時(shí)候再發(fā)出電力，然后通過(guò)變壓器升壓輸入到配電網(wǎng)中，供負(fù)載使用。電站可選址在靠近電網(wǎng)負(fù)荷附近中心的教學(xué)區(qū)和學(xué)生生活區(qū)之間，能夠方便電能的傳送；同時(shí)電站周?chē)哂休^好的交通條件，方便施工任務(wù)的展開(kāi)和后期的系統(tǒng)維護(hù)。本章小結(jié)本章通過(guò)對(duì)光伏并網(wǎng)進(jìn)行分析，得出光伏上網(wǎng)對(duì)原有配電網(wǎng)的影響，為此總結(jié)分析了能在高校用能中對(duì)電網(wǎng)起穩(wěn)定作用，又具有高效作用的光伏電力設(shè)備，希望能在今后的光伏發(fā)電項(xiàng)目中更多的使用，同時(shí)對(duì)高校的用能特性分析，發(fā)現(xiàn)寒暑假期學(xué)校光伏電力由于負(fù)載較少，避免低壓并網(wǎng)產(chǎn)生逆流，通過(guò)能源互聯(lián)網(wǎng)控制系統(tǒng)將能量流轉(zhuǎn)到負(fù)載處，調(diào)節(jié)逆變器發(fā)電量等方法，從而減少大量清潔能源浪費(fèi)的情況，為此提出一套適合上海地區(qū)的高校光伏余電利用的途徑，主要包括兩個(gè)方面：一是暑假期電池蓄能，圖書(shū)館、游泳館制冷；二是寒假期游泳館加熱、數(shù)據(jù)機(jī)房制冷等。第5章運(yùn)營(yíng)模式分析高校建筑光伏系統(tǒng)的可持續(xù)性分析光伏系統(tǒng)的可持續(xù)性首先要對(duì)光伏系統(tǒng)的潛在能耗進(jìn)行分析。光伏系統(tǒng)的潛在能耗是光伏系統(tǒng)在整個(gè)生命周期內(nèi)所需的能量，包括制造過(guò)程、運(yùn)輸過(guò)程和安裝過(guò)程所需要的能量，光伏電池的類(lèi)型、光伏組件的安裝形式、系統(tǒng)的設(shè)計(jì)形式、系統(tǒng)所在地的位置、系統(tǒng)是否并網(wǎng)、系統(tǒng)的運(yùn)行和監(jiān)控、系統(tǒng)的改建和安裝形式都是光伏系統(tǒng)潛在能耗分析的影響因素。光伏系統(tǒng)的潛在能耗可以分為兩部分，一部分是生產(chǎn)光伏組件所需的能量，另一部分是生產(chǎn)光伏系統(tǒng)配件所需要的能量。運(yùn)營(yíng)模式分析目前，分布式光伏發(fā)電項(xiàng)目的投資多元化，市場(chǎng)主體眾多，運(yùn)營(yíng)模式也相應(yīng)較多，但常用的模式主要有三種：合同能源管理模式、租賃模式和用戶(hù)自發(fā)自用模式。光伏發(fā)電項(xiàng)目與電網(wǎng)結(jié)算方式有兩種，一種為發(fā)電量全額上網(wǎng)結(jié)算方式，一種為發(fā)電量就近使用、余電上網(wǎng)結(jié)算方式。運(yùn)營(yíng)模式分類(lèi)1）合同能管理運(yùn)營(yíng)模式合同能源管理模式(EMC)，即第三方投資者投資建設(shè)光伏系統(tǒng)，采用“就地消納、余電上網(wǎng)”方式與電網(wǎng)結(jié)算，即所發(fā)電量?jī)?yōu)先滿足光伏電源就近的用戶(hù)使用，多余電量上網(wǎng)，不足電量由供電企業(yè)按當(dāng)?shù)劁N(xiāo)售電價(jià)向用戶(hù)提供。這種模式用戶(hù)以節(jié)省電費(fèi)的方式享受電網(wǎng)銷(xiāo)售電價(jià)的折扣，投資者按全電量獲得政府補(bǔ)貼，同時(shí)享受一部分光伏發(fā)電收益(包括節(jié)約電費(fèi)收益和余電上網(wǎng)收益)。其本質(zhì)是用戶(hù)有用電需求，第三方投資者提供整套解決方案，為用戶(hù)提供低于電網(wǎng)銷(xiāo)售電價(jià)的用電，自身也從中獲得相應(yīng)收益，從而達(dá)到雙贏。在這種運(yùn)營(yíng)模式里，第三方投資者某種程度上充當(dāng)售電公司的角色，在擬定的電改方案中，未來(lái)將進(jìn)一步放開(kāi)售電側(cè)，引入多主體參與競(jìng)爭(zhēng)，合同能源管理的第三方投資者，作為供電服務(wù)商，具有成為售電主體的天然優(yōu)勢(shì)，未來(lái)具有巨大的發(fā)展空間。2）租賃模式租賃模式，即由業(yè)主提供屋頂、公共設(shè)施等資源，投資者利用業(yè)主提供的場(chǎng)地建設(shè)光伏系統(tǒng)，由投資者向業(yè)主支付場(chǎng)地租金。這種模式中，投資者獲得光伏發(fā)電收益，而業(yè)主獲得租金收益。這種模式主要用于業(yè)主擁有場(chǎng)地資源而不準(zhǔn)備自己建設(shè)光伏系統(tǒng)，投資者具有光伏系統(tǒng)建設(shè)經(jīng)驗(yàn)而缺少場(chǎng)地資源的情形。在此模式下，投資者所獲光伏發(fā)電收益，既可為“發(fā)電量全額上網(wǎng)”收益(不存在就近電力用戶(hù))，又可為“發(fā)電量就近使用、余電上網(wǎng)”收益(存在就近電力用戶(hù)，并簽署合同能源管理)3）自發(fā)自用模式自發(fā)自用模式，即用戶(hù)自己投資建設(shè)分布式光伏電源，直接獲得光伏發(fā)電的所有收益。這種模式下電力用戶(hù)既可采取光伏電源發(fā)電量全額上網(wǎng)的方式，獲取收益；又可采取發(fā)電量?jī)?yōu)先自用，多余電量上網(wǎng)，不足電量由電網(wǎng)提供的方式，獲取收益。目前，這些由用戶(hù)自己投資的項(xiàng)目主要靠政府補(bǔ)貼和節(jié)省電費(fèi)收回投資成本(少部分項(xiàng)目還有向電網(wǎng)售電的收益)。這部分用戶(hù)主要是一些具備初期投資資金支付能力，同時(shí)具有主動(dòng)節(jié)能意愿和節(jié)能技術(shù)能力的用戶(hù)。在這種模式下，普遍的做法是光伏發(fā)電逆變并到低壓電網(wǎng)后直接送到用戶(hù)，用戶(hù)直接使用光伏發(fā)電量，光伏多余發(fā)電量按照當(dāng)?shù)厝济好摿驒C(jī)組標(biāo)桿電價(jià)由供電企業(yè)收購(gòu)，不足的，供電企業(yè)按照當(dāng)?shù)劁N(xiāo)售電價(jià)向用戶(hù)收取下網(wǎng)電量電費(fèi)。電網(wǎng)結(jié)算方式分類(lèi)1）發(fā)電量全額上網(wǎng)結(jié)算方式：指分布式光伏電源所發(fā)電量全部送入公共電網(wǎng)，供電企業(yè)根據(jù)當(dāng)?shù)毓夥l(fā)電標(biāo)桿電價(jià)負(fù)責(zé)全額收購(gòu)光伏電源所發(fā)電量。2）發(fā)電量就近使用、余電上網(wǎng)結(jié)算方式：指分布式光伏電源所發(fā)電力主要由附近電力用戶(hù)自己使用，多余電量接入電網(wǎng)，這種方式下光伏并網(wǎng)點(diǎn)設(shè)在用戶(hù)電表的負(fù)載側(cè)，用戶(hù)自己直接用掉光伏電量，多余電量按照當(dāng)?shù)厝济好摿驒C(jī)組標(biāo)桿電價(jià)由供電企業(yè)收購(gòu)，反送電量則以當(dāng)?shù)劁N(xiāo)售電價(jià)進(jìn)行結(jié)算。同時(shí)發(fā)電企業(yè)能夠按分布式光伏電源所發(fā)全電量獲得政府的度電補(bǔ)貼。不同模式對(duì)比分析根據(jù)光伏項(xiàng)目對(duì)于不同的運(yùn)營(yíng)模式和結(jié)算方式，對(duì)不同的市場(chǎng)主體來(lái)說(shuō)，各方面收益不盡相同。歸納如下：投資模式業(yè)主收益投資方收益全額上網(wǎng)自發(fā)自用、余電上網(wǎng)全額上網(wǎng)自發(fā)自用、余電上網(wǎng)合同能源管理實(shí)時(shí)用電量*折扣電價(jià)/自發(fā)自用電量*（國(guó)家補(bǔ)貼+當(dāng)?shù)匮a(bǔ)貼）+余電上網(wǎng)電量*（當(dāng)?shù)孛摿蛎簶?biāo)桿上網(wǎng)電價(jià)）租賃模式屋頂可利用面積*每平方米年租金系統(tǒng)發(fā)電量*光伏標(biāo)桿上網(wǎng)電價(jià)－租金自發(fā)自用電量*（國(guó)家補(bǔ)貼+當(dāng)?shù)匮a(bǔ)貼）+余電上網(wǎng)電量*（當(dāng)?shù)孛摿蛎簶?biāo)桿上網(wǎng)電價(jià)）－租金自投自建發(fā)電量*光伏標(biāo)桿上網(wǎng)電價(jià)自發(fā)自用電量*（國(guó)家補(bǔ)貼+當(dāng)?shù)匮a(bǔ)貼）+余電上網(wǎng)電量*（當(dāng)?shù)孛摿蛎簶?biāo)桿上網(wǎng)電價(jià)）//本章小結(jié)根據(jù)上述分布式光伏發(fā)電項(xiàng)目不同運(yùn)營(yíng)模式的敘述和收益的計(jì)算，上海地區(qū)高校在光伏項(xiàng)目的投資運(yùn)營(yíng)模式的選擇上需結(jié)合己有的場(chǎng)地、技術(shù)、政策等資源，具體核算比較項(xiàng)目不同的運(yùn)營(yíng)模式，不同結(jié)算方式下的收益，以獲得最好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。1）場(chǎng)地資源：屋頂、公共設(shè)施是重要的場(chǎng)地資源，校園光伏發(fā)電項(xiàng)目首先需要確定場(chǎng)地資源，如果自身?yè)碛袌?chǎng)地資源，可選擇合同能源管理和自發(fā)自用運(yùn)營(yíng)模式，如果自身沒(méi)有場(chǎng)地資源，則需選擇租賃運(yùn)營(yíng)模式。2）租賃運(yùn)營(yíng)：投資方付給場(chǎng)地提供者租金，同時(shí)投資方還可與場(chǎng)地提供者或者其他的就近用戶(hù)簽訂合同能源管理協(xié)議(如場(chǎng)地提供者有用電需求)，共享光伏發(fā)電收益。并且用戶(hù)(包括場(chǎng)地提供者)使用的光伏發(fā)電量越多，雙方的收益越高。投資方作為合同能源管理服務(wù)商，在給用戶(hù)創(chuàng)造效益的同時(shí)，自身也能獲取相應(yīng)的收益，這種模式未來(lái)具有較大發(fā)展空間，隨著上海地區(qū)電力售電改革的推進(jìn)，合同能源管理服務(wù)商可以進(jìn)一步成為區(qū)域能源服務(wù)提供商，參與地區(qū)售電、供暖等能源服務(wù)。3）在自發(fā)自用模式(或者合同能源管理模式)下，自發(fā)自用(或者合同能源管理用戶(hù)用電)用電量需達(dá)到一定比例(占光伏項(xiàng)目總發(fā)電量)，項(xiàng)目投資商收益才能超過(guò)發(fā)電量全額上網(wǎng)結(jié)算方式下的收益，而且隨著政府補(bǔ)貼的下降，這個(gè)比例會(huì)越來(lái)越高。從中也可以看出，政府鼓勵(lì)分布式光伏發(fā)電項(xiàng)目自發(fā)自用或采用合同能源管理模式，使光伏發(fā)電量盡可能就近消納，從而減輕電力系統(tǒng)并網(wǎng)消納負(fù)擔(dān)。4）不考慮發(fā)電量全額上網(wǎng)結(jié)算方式(各類(lèi)型用戶(hù)收益均相同)，分布式光伏發(fā)電項(xiàng)目的收益與用戶(hù)類(lèi)型息息相關(guān)，用戶(hù)原本的電價(jià)水平越高，利用光伏發(fā)電后，收益越明顯。因此應(yīng)該鼓勵(lì)工商業(yè)用戶(hù)等電價(jià)較高的用戶(hù)興建分布式光伏發(fā)電項(xiàng)目，以獲得良好的光伏發(fā)電收益。第6章高校光伏發(fā)電項(xiàng)目的典型案例項(xiàng)目背景及條件項(xiàng)目背景本報(bào)告以上海交通大學(xué)240kW光伏屋面發(fā)電項(xiàng)目作為上海高校分布式光伏系統(tǒng)的典型案例進(jìn)行分析，該項(xiàng)目是國(guó)家財(cái)政部、科技部和國(guó)家能源智能電網(wǎng)上海研發(fā)中心共同建設(shè)的示范項(xiàng)目，如下圖所示，它是一個(gè)多技術(shù)綜合應(yīng)用太陽(yáng)能光伏建筑項(xiàng)目，旨在引領(lǐng)和推動(dòng)大學(xué)園區(qū)可再生能源利用，推動(dòng)綠色大學(xué)建設(shè)。圖5.1上海交通大學(xué)240kWp光伏屋面發(fā)電地理、環(huán)境條件上海市地處120°52′至122°12′，30°40′至31°53′之間，位于西岸，大陸東沿，中國(guó)南北海岸中心點(diǎn)，長(zhǎng)江和入海匯合處。北界，東瀕，南臨杭州灣，西接江蘇和浙江兩省。上海屬于暖溫帶半濕潤(rùn)大陸性季風(fēng)氣候。其特點(diǎn)是季風(fēng)明顯，四季分明，日照充分，春季干旱少雨，夏季炎熱多雨，秋季較為清爽，冬季干燥寒冷。年平均氣溫°C，1月最冷，平均氣溫°C，7月氣溫最高，平均氣溫27℃。年平均降水量660.7毫米。上海市全年輻射總量為5251.8MJ/m\年平均日照時(shí)數(shù)2582.3小時(shí)，年日照百分率58.3%.最大日照百分率在5、10月份，為62—63%。建設(shè)概況項(xiàng)目情況上海交通大學(xué)位于上海市西南地區(qū)，校園樓房等建筑物多為平頂屋面，建筑物的屋面承受力較強(qiáng)，比較適合建設(shè)屋頂太陽(yáng)能光伏電站。上海交通大學(xué)閔行校區(qū)白天平均用電負(fù)荷29000KW（寒暑假除外），校園內(nèi)有15路10kv電業(yè)進(jìn)線，3個(gè)電業(yè)35kv站供電，供電總?cè)萘?6940kva。陣列系統(tǒng)設(shè)計(jì)上海交通大學(xué)240kW屋面光伏發(fā)電系統(tǒng)主要包含三部分，分別為光伏組件設(shè)計(jì)部分、光伏陣列設(shè)計(jì)和光伏發(fā)電設(shè)計(jì)。光伏組件設(shè)計(jì)（1）組件選擇太陽(yáng)能電池組件選用中節(jié)能生產(chǎn)的CECEP-250Wp單晶硅太陽(yáng)能電池組件，此組件具有效率為17.00%、壽命不低于25年、組件2年內(nèi)功率的衰減<2%。光伏電池組件內(nèi)部結(jié)構(gòu)見(jiàn)下圖圖光伏電池組件內(nèi)部結(jié)構(gòu)光伏電池組件特性曲線圖光伏電池組件特性曲線（2）串聯(lián)數(shù)目光伏陣列中串聯(lián)光伏板數(shù)埴并不能任意設(shè)計(jì)，它需要參考以下兩個(gè)方面：一、串聯(lián)光伏板總電壓應(yīng)與逆變器電壓相當(dāng)：二、逆變器在不同溫度下最大功率點(diǎn)的區(qū)域應(yīng)該和光伏系統(tǒng)最大的功率點(diǎn)區(qū)域相一致。上海交通大學(xué)光伏發(fā)電項(xiàng)目采用了組串逆變器布置。組串逆變器是基于光伏逆變器模塊化概念基礎(chǔ)上的，每個(gè)光伏組串(通常l0kW-50kW)通過(guò)一個(gè)光伏逆變器，該光伏逆變器在直流端具有最大功率峰值跟蹤功能，在交流端并聯(lián)并網(wǎng)。目前，有許多大中型并網(wǎng)光伏電站采用了光伏組串逆變器技術(shù)。它的主要優(yōu)點(diǎn)是不受組件組串與組串之間模塊性能的差異影響，降低了光伏陣列周?chē)年幱皩?duì)于系統(tǒng)輸出的影響，同時(shí)光伏組件工作點(diǎn)最佳位置與光伏逆變器不匹配的情況也有所減少，從而提高了逆變器的轉(zhuǎn)換效率，增加了光伏系統(tǒng)的發(fā)電量。由于光伏板的電壓和整個(gè)光伏系統(tǒng)的電壓和溫度有關(guān)，所以在設(shè)計(jì)中通常將冬季和夏季作為兩個(gè)極端情況來(lái)考慮。光伏板在冬季溫度較低時(shí)，光伏板電壓會(huì)有所升高，因此光伏系統(tǒng)能得到的最大電壓在低溫下的開(kāi)路電壓。如果在冬季晴天(假設(shè)空氣溫度為-10℃)將光伏系統(tǒng)關(guān)閉(比如電網(wǎng)出現(xiàn)故障），再閉合時(shí)會(huì)產(chǎn)生一個(gè)很高的開(kāi)路電壓，這個(gè)開(kāi)路電壓必須比逆變器的最大支流輸入電壓要低，否則逆變器可能會(huì)被損壞。所以根據(jù)逆變器所允許的最大支流輸入電壓和光伏板在-10℃下的開(kāi)路電壓，可以計(jì)算出最大允許串聯(lián)的光伏板數(shù)目。在夏天，屋頂?shù)墓夥鍦囟瓤梢院苋菀走_(dá)到70℃。這個(gè)溫度可以作為確定光伏板串中最小光伏板數(shù)目的基準(zhǔn)溫度。對(duì)于通風(fēng)性能良好的光伏系統(tǒng)，可以鑒定系統(tǒng)的最高穩(wěn)定為60℃，在夏天晴朗的日子里，由于較高的光伏板溫度，其系統(tǒng)電壓輸出要小于標(biāo)準(zhǔn)工況下的電壓輸出。如果光伏系統(tǒng)輸出直流電壓降到低于逆變器最大功率點(diǎn)追蹤電壓，這就不能正確追蹤系統(tǒng)的最大功率，更嚴(yán)重的情況下會(huì)切斷光伏系統(tǒng)的逆變。因此光伏板串中最小光伏板數(shù)目應(yīng)該根椐逆變器的最大功率點(diǎn)的最小輸入電壓和光伏板在70℃時(shí)的最大功率點(diǎn)電壓來(lái)計(jì)算。（3）光伏板串?dāng)?shù)目的確定根據(jù)實(shí)際情況，最低溫度按-10℃，最高溫度按+70℃計(jì)算，計(jì)算分析如下表所示:表光伏板最佳串聯(lián)數(shù)目計(jì)算分析-10℃單晶硅組件開(kāi)路電壓+70℃單晶硅組件開(kāi)路電壓13串13串**=13串**=；14串14串**=；14串**=15串15串**=743V〈780V，通過(guò)15串**=；16串16串**{1+[25℃-（-10℃）]*|%|}=〉780V，不通過(guò)；16串**{1-|25℃-70℃|*|%|}=；根據(jù)以上組串在溫度變化范圍的最高最低電壓及逆變器最大功率點(diǎn)跟蹤范圍（400-780V)，確定15串電池組件為最佳方案。光伏陣列設(shè)計(jì)光伏陣列應(yīng)被安裝在有利于產(chǎn)生最大功率的位置。由于光伏陣列在不同位置、不同時(shí)間或季節(jié)，電力產(chǎn)量不同，而這些時(shí)間點(diǎn)又無(wú)法統(tǒng)一，所以光伏板在安裝過(guò)程中要就要考慮,讓實(shí)際的光伏系統(tǒng)成為理想的設(shè)計(jì)。（1）最佳方位角的設(shè)計(jì)根據(jù)太陽(yáng)能發(fā)電特點(diǎn)，正南方向?yàn)樽罴逊轿唤?，但是由于建筑物局部位置并不與建筑最佳朝向平行。在布置組件數(shù)量上可能會(huì)受到限制，上海交通大學(xué)教學(xué)樓樓體是標(biāo)準(zhǔn)的東西走向，如下圖所示。為了充分利用空間資源，我們?cè)谠O(shè)計(jì)之初將系統(tǒng)按局部陣列隨建筑走勢(shì)布置和全部陣列按最佳朝向布置，對(duì)系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)效率做出對(duì)比分析，以便找出最佳陣列布置方案。圖光伏組件在上海交通大學(xué)東上院的排列設(shè)計(jì)(2)最佳傾角的設(shè)計(jì)在屋面安裝光伏電站時(shí)，需要光伏組件與屋面有個(gè)傾角，以便于接受太陽(yáng)光的照射和排除表面的雨水、雪水，通常我們把斜面上能夠接受到的最大輻射量時(shí)的傾角，即太陽(yáng)光垂直照射在太陽(yáng)能電池板上時(shí)的傾角，稱(chēng)之為最佳傾角，以便保證光伏系統(tǒng)的年最大發(fā)電量。為了計(jì)算方便一般情況下可根據(jù)當(dāng)?shù)鼐暥?10°成-10°來(lái)確定屋面光伏板角度。要設(shè)計(jì)光伏發(fā)電系統(tǒng)，只有水平面的輻射量是不夠的，必須計(jì)算出太陽(yáng)電池方陣安裝傾斜面上的最大太陽(yáng)能輻射量，這樣在安裝固定式光伏系統(tǒng)時(shí)，才會(huì)保證光伏系統(tǒng)的年最大發(fā)電量。從氣象站得到的資料，一般為水平面上的太陽(yáng)輻射量，須換算成光伏陣列傾斜面的輻射量，才能進(jìn)行光伏系統(tǒng)發(fā)電量的計(jì)算。計(jì)算日輻射量的公式：式中Rβ—傾斜方陣面上的太陽(yáng)總輻射量D-散射輻射量，假定D與斜面傾角無(wú)關(guān);S—水平面上的太陽(yáng)直接輻射量；β—方陣傾角；—中午時(shí)分的太陽(yáng)高度角。對(duì)于北半球地理緯度=的地區(qū)，與太陽(yáng)赤緯角的關(guān)系如下：其中，N為-年中某日的H期序號(hào)，如1月1日的N=l，2月1的N=32,12月31日的N=365等。根據(jù)上式計(jì)算出上海地區(qū)光伏組件朝向正南向時(shí)方陣各個(gè)傾斜角度處的太陽(yáng)能輻射量結(jié)果。表各個(gè)角度太陽(yáng)輻射量根據(jù)以上各傾斜面太陽(yáng)能輻射量計(jì)算結(jié)果可知：每日水平面上日平均太陽(yáng)能輻照峰值時(shí)數(shù)為：度/平方米/日；安裝最佳傾角范圍在28°34°之間，度/平方米/日為該范圍內(nèi)的最大太陽(yáng)能輻照峰值時(shí)數(shù)。根據(jù)安裝總?cè)萘康囊笠约翱紤]到抗風(fēng)強(qiáng)度，設(shè)計(jì)的最佳安裝角度為29°時(shí)，年平均峰值日照時(shí)數(shù)達(dá)到最大值。（3）最佳方陣間距的設(shè)計(jì)對(duì)于屋頂安裝的太陽(yáng)能電池陣列，為避免光伏板之間的相互遮擋，并獲取全年最大的發(fā)電量，安裝過(guò)程中必須要考慮電池陣列的安裝間距大多數(shù)屋頂安裝的太陽(yáng)能電池板為了獲取全年最大的發(fā)電量，安裝位置都是南向，并根據(jù)具體地理緯度的不同有一定傾斜角度，該傾斜角度的大小又可以根據(jù)不同季節(jié)太陽(yáng)高度角的變化而進(jìn)行調(diào)整為了避免光伏陣列之間的相互遮擋，進(jìn)而影響發(fā)電效率的問(wèn)題，兩組光伏陣列間的距離d與陣列的寬度a有如下的關(guān)系，見(jiàn)圖所示。dcdc圖光伏電池板安裝間距示意圖其中式中p—陣列的傾斜角度；當(dāng)?shù)鼐S度；—黃道面角度，°。上式關(guān)系式中的前一排光伏陣列的遮擋角度e等于冬至日太陽(yáng)正午時(shí)的方位角。由上式可以得到光伏陣列參數(shù)隨地理緯度的變化，如下圖所示?？梢钥闯?，隨著緯度的增加，前后兩排光伏陣列間的距離也應(yīng)不斷增大，直到達(dá)到北極圈附近時(shí)，距離應(yīng)增加到無(wú)限大。實(shí)際上，每排光伏陣列占用的實(shí)際面積應(yīng)該比計(jì)算的稍大些，因?yàn)橐紤]到便于光伏陣列和電氣裝置的安裝、維護(hù)，以及工作人員的操作。本方案為正南向29°傾斜角安裝，同時(shí)確定光伏電池組件陣列間距，以避免南部的方陣對(duì)北部方陣形成遮陰，計(jì)算原則為保證在冬至日的午前9時(shí)至午后3時(shí)期間方陣前后陣列不形成陰影。圖緯度與光伏陣列間距的變化關(guān)系經(jīng)計(jì)算，本光伏電站行間距最小間距應(yīng)為1392mm，為了便于施工，在不影響電站安裝量的前提下，設(shè)定本項(xiàng)目光伏方陣間距按照1500mm執(zhí)行。光伏并網(wǎng)設(shè)計(jì)上海交通大學(xué)校白天平均用電負(fù)荷約29000KW（寒暑假除外），校園內(nèi)有15座10/0.4KV變電所。上海交通大學(xué)各開(kāi)關(guān)站容量分布表：開(kāi)關(guān)站合同容量（KVA）分變數(shù)/總?cè)萘砍贤萘孔儔浩鲾?shù)量KB01153006/15200-10012KB02167609B03178308/19800197018KB05130006/13000012KB0684003/840006KB0775304/7540(其中6*630高壓電機(jī))+2000（空泡）+1250（風(fēng)洞）+1250（箱變）=1204045105KB09128004/1280008合計(jì)9162040/100200858079目前，上海交通大學(xué)光伏電站功率分布為東上院100kw，智能電網(wǎng)中心70kw，圖文信息樓70kw。其中東上院、智能電網(wǎng)中心、圖文信息樓發(fā)電都并入了KB05站，由上面統(tǒng)計(jì)分析可知，并入的總功率為240kw，KB05站的日平均功率為3900kw，故可自行消化。安裝結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)由于上海交通大學(xué)240kW屋面光伏發(fā)電系統(tǒng)是在既有建筑屋面上進(jìn)行設(shè)計(jì)、安裝，因此使用具有不破壞屋面防水、保溫、結(jié)構(gòu)安全，同時(shí)又有較高經(jīng)濟(jì)性的安裝方式成為首選。其中由于獨(dú)立基礎(chǔ)式支架安裝方式能夠進(jìn)行工廠預(yù)制施工、形成點(diǎn)式布局，便于雪水、雨水排出。圖獨(dú)立基礎(chǔ)式支架安裝混凝土基礎(chǔ)基礎(chǔ)采用C30混凝土澆注預(yù)制，平放在水泥屋頂上，基礎(chǔ)尺寸長(zhǎng)約700mm，寬約300mm，厚度方向因存在流水坡度，最薄處約300mm，上平面在同一水平面內(nèi)，每個(gè)基礎(chǔ)重量約為，以方便屋頂?shù)跹b（最高屋頂約30米）。支架計(jì)算條件：平面屋頂，屋頂女兒墻高度為米。所在地區(qū)：上海市閔行區(qū)。支架設(shè)計(jì)風(fēng)級(jí)11級(jí)，風(fēng)速按33m/s,對(duì)應(yīng)風(fēng)壓按m%雪壓：m2（1）荷載計(jì)算組件自重：排除，構(gòu)件機(jī)械吊裝、減少人工支出等優(yōu)勢(shì)，在實(shí)際項(xiàng)目中得到采用，獨(dú)立基礎(chǔ)式支架安裝方式如下圖所示。250Wp組件自重為,外形尺寸為：1640mm*992mm*40mm風(fēng)荷載計(jì)算單個(gè)組件受到的風(fēng)力為：F=㎡***sin29°=雪荷載計(jì)算Sk=μrS0Sk：雪荷載標(biāo)準(zhǔn)值（kN/m2);μr屋面積雪分布系數(shù)，根據(jù)《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》GB5009-200I,查表取第一項(xiàng)，可得μr為;S0：基本雪壓(kN/m2),根椐《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》GB5009-2001,地區(qū)50年一遇基本積雪:m2。雪荷載標(biāo)準(zhǔn)值為:Sk=μrS0=*kN/m2=kN/m2分析上述荷載計(jì)算結(jié)果，可以看出組件自身的荷載與風(fēng)荷載和雪荷載組合效應(yīng)是最不利情況，所以強(qiáng)度計(jì)算應(yīng)以組件自身荷載與風(fēng)荷載和雪荷載組成值進(jìn)行組合系數(shù)。（2）校核計(jì)算主要校核受力條件比較差的檫條和鋼梁,而其他小受力構(gòu)件及螺栓、組件受力等，根椐以往案例能夠充分滿足要求，不再予以校核。剛度校核:f/l=l/≤l/200；強(qiáng)度校核:5=≤150MPa，可見(jiàn)，強(qiáng)度和剛度都遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于允許值，是安全的。屋面荷載校核以9塊組件范圍內(nèi)的組件支架及混凝土基礎(chǔ)對(duì)屋面的荷載為例計(jì)算。9塊組件共重約10×=，支架重量約110kg，基礎(chǔ)重量約個(gè)×6個(gè)=907kg。緊固件及角碼重量較小，此處忽略。總重約：+110+907=。單位面積增重為：kg÷×2m)=70kg/m2,77kg/m2×s2=㎡,㎡<<2000N/㎡，故屋面承載足夠安全。負(fù)風(fēng)壓?jiǎn)栴}的校核以三塊組件范圍內(nèi)的組件支架及混凝土基礎(chǔ)為例計(jì)算。支架及組件總重約為80kg，其重力G2≈80kg×s2=784N；混凝土基礎(chǔ)重力G1=×m/s2=1482N。組件所受到的負(fù)風(fēng)壓為F1=3×kN=-1230N，風(fēng)對(duì)組件及支架系統(tǒng)產(chǎn)生的力矩為：M1=FL1=1230N×=重力產(chǎn)生的力矩為：M2=G1L2+G1L3+G2L4=(1482×+1482×+784×=。M2=.不會(huì)被風(fēng)掀翻。摩擦阻力f=μN(yùn)=×(G1+G2+G3)=×(1482+1482+784)N=。f=，不會(huì)產(chǎn)生滑移。支架在所列條件下強(qiáng)度和剛度都能滿足要求，不會(huì)壓潰屋面，也不會(huì)被風(fēng)掀翻和滑移。因此此設(shè)計(jì)是經(jīng)濟(jì)安全可靠的。電氣安全低壓并網(wǎng)防逆流的解決上海交通大學(xué)校園白天平均用電負(fù)荷約29000KW(寒暑假除外），正常月份所發(fā)電能可完全被該用電負(fù)荷自行消化。由于上海交通大學(xué)目前裝機(jī)容量遠(yuǎn)小于日平均用電負(fù)荷，故不用擔(dān)心逆流問(wèn)題，但是隨著光伏電站逐步建設(shè)，我們?cè)谠O(shè)計(jì)時(shí)需要考慮每個(gè)站點(diǎn)的發(fā)電功率。上海交通大學(xué)的光伏電站有效安裝面積為萬(wàn)平方米，可裝機(jī)容量為。為日平均用電負(fù)荷的%。學(xué)校在寒暑假期間，整個(gè)校區(qū)用電負(fù)荷處于低谷，除去圖書(shū)館數(shù)據(jù)中心和部分實(shí)驗(yàn)室外，接入其它變電所的光伏發(fā)電未來(lái)都有可能會(huì)出現(xiàn)電能返回供電