屋頂光伏電站的若干技術(shù)問題及解決方案摘要：并網(wǎng)光伏電站是太陽能利用的主要形式之一，可分為屋頂光伏電站和地面光伏電站。從技術(shù)角度來說，屋頂光伏電站的優(yōu)勢是顯而易見的:并網(wǎng)點(diǎn)靠近用戶端，可以實(shí)現(xiàn)即開即用，避免了長距離傳輸?shù)膿p耗和電網(wǎng)建設(shè)的問題；電站使用的場地是閑置的屋頂，不占用額外的土地資源；電站建設(shè)規(guī)模相對較小且分散，其不穩(wěn)定性對電網(wǎng)的影響相對較??；光伏發(fā)電的時間基本上就是電網(wǎng)的用電高峰時間，可以起到很好的“削峰填谷”的作用，有助于減輕電網(wǎng)的負(fù)擔(dān)。關(guān)鍵詞：屋頂光伏電站；光伏發(fā)電；太陽能引言隨著全球能源危機(jī)和生態(tài)環(huán)境的惡化，風(fēng)能、太陽能、水電等清潔和可再生能源正在迅速發(fā)展。與其他能源相比，太陽能廣泛被采用，安全和強(qiáng)大的可持續(xù)性優(yōu)勢，可以轉(zhuǎn)化為電能和熱能，以滿足人們的各種供暖需求。綠色建筑是近年來建筑領(lǐng)域興起的新的建筑概念。采用環(huán)保節(jié)能作為技術(shù)手段，為用戶提供安全舒適健康的生活環(huán)境是未來建筑發(fā)展的主要方向，將光伏電站應(yīng)用于綠色建筑，可以充分利用太陽能資源，降低建筑能耗，滿足綠色建筑的發(fā)展需求，實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排目標(biāo)。1光伏發(fā)電太陽能發(fā)電分為光熱發(fā)電和光伏發(fā)電。光熱發(fā)電是指通過大規(guī)模鏡陣反射聚光，將鹽溶質(zhì)加熱，再通過換熱裝置推動汽輪機(jī)發(fā)電。而光伏發(fā)電是指利用太陽能光伏組件吸收光電子，直接產(chǎn)生電勢差，正負(fù)極連接后便形成了直流電，再通過電力電子設(shè)備將直流電逆變?yōu)榻涣麟?。并網(wǎng)逆變器是光伏發(fā)電系統(tǒng)中的核心設(shè)備，也是最容易出現(xiàn)故障的設(shè)備。并網(wǎng)逆變器主要由升壓斬波器、濾波單元構(gòu)成，輸出的直流電經(jīng)過交流EMI濾波單元后逆變?yōu)榭烧Ｊ褂玫慕涣麟?，輸出的電壓可以?20V，也可以是380V，甚至是800V。光伏發(fā)電根據(jù)安裝地點(diǎn)可以分為地面光伏、屋頂光伏、水面光伏、山地光伏；根據(jù)規(guī)?？梢苑譃榧惺焦夥?、分布式光伏、戶用型光伏。2屋頂光伏與集中光伏相比具有調(diào)節(jié)和成本優(yōu)勢除了安裝空間以外，光伏系統(tǒng)發(fā)展面臨的另一重要瓶頸是有效消納。光伏的發(fā)電量由天氣決定，不可調(diào)控。而光伏的發(fā)電與用電需求并不一致，如何協(xié)調(diào)電源與電負(fù)荷的關(guān)系，從而有效消納光電是目前光電發(fā)展的關(guān)鍵。當(dāng)全面實(shí)現(xiàn)電氣化以后，帶有蓄電池的負(fù)載（包括電動車、電動拖拉機(jī)等）將占總用電功率的70%以上，可以實(shí)現(xiàn)靈活的用電和儲電；另一方面，生產(chǎn)、農(nóng)副產(chǎn)品加工等大多數(shù)流程都可以實(shí)現(xiàn)“需求側(cè)響應(yīng)”的用電模式，即有光伏發(fā)電時運(yùn)行，無光伏發(fā)電時停運(yùn)。在出現(xiàn)連陰天、發(fā)電量不足時，對大部分負(fù)載采用停運(yùn)模式，保證最低用電負(fù)荷，并不會對正常生產(chǎn)生活產(chǎn)生過大的沖擊。除可以實(shí)現(xiàn)靈活調(diào)節(jié)和需求側(cè)響應(yīng)模式以外，屋頂光伏也是初投資最低的光伏發(fā)電系統(tǒng)。隨著光伏技術(shù)的迭代發(fā)展和規(guī)?；a(chǎn)應(yīng)用，光伏板的成本仍將加速下降，很快將降至1元/Wp。在光伏系統(tǒng)中，光伏器件的成本只占到初投資的35%~45%，其他投入包括逆變器、保護(hù)裝置、支架、安裝費(fèi)等。隨著光伏板價格的不斷下降，光伏支架和安裝的成本逐漸成為影響光伏發(fā)電系統(tǒng)總成本的重要因素。而屋頂光伏的支架在各類光伏發(fā)電支架中成本最低，因此屋頂光伏系統(tǒng)的總成本整體低于其他光伏發(fā)電系統(tǒng)。采用“優(yōu)先自用”的模式，直接將發(fā)電接入終端配電系統(tǒng)，避免了交/直流轉(zhuǎn)換、升/降壓的裝置成本和轉(zhuǎn)換損失，因而能夠進(jìn)一步降低系統(tǒng)成本。3屋頂光伏電站的問題及解決方式3.1智能監(jiān)控調(diào)度屋頂光伏電站的建設(shè)規(guī)模相對較小且分散。如何實(shí)時監(jiān)控分散式光伏電站系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，并及時處理可能出現(xiàn)的缺陷，已成為光伏電站監(jiān)控管理的一項重要任務(wù)。建立安全智能的綠色能源調(diào)度管理系統(tǒng)，并實(shí)現(xiàn)分布式能源系統(tǒng)的集中調(diào)度管理和智能監(jiān)控，對光伏電站的安全可靠運(yùn)行具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。智能監(jiān)控調(diào)度系統(tǒng)與節(jié)能環(huán)保中心在線監(jiān)控系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)，可遠(yuǎn)程直接監(jiān)控光伏電站的運(yùn)行狀態(tài)和發(fā)電量。智能監(jiān)控和調(diào)度系統(tǒng)的構(gòu)建通過廣泛的地理分布降低了電廠的維護(hù)成本。如果發(fā)電廠發(fā)生故障，監(jiān)控系統(tǒng)的上位計算機(jī)可以直接查找故障，從而縮短故障排除時間。調(diào)度系統(tǒng)存儲長期和實(shí)時的開發(fā)和天氣預(yù)報數(shù)據(jù)，此類原始數(shù)據(jù)的收集和統(tǒng)計分析可以為系統(tǒng)設(shè)計的改進(jìn)和優(yōu)化提供依據(jù)。3.2設(shè)計方面屋頂分布式光伏應(yīng)當(dāng)按照“就近接入、就地消納”的原則，在用電負(fù)荷高、電網(wǎng)承載能力強(qiáng)的區(qū)域優(yōu)先布局。分布式光伏接入低壓配電網(wǎng)后，原本無源的低壓網(wǎng)絡(luò)變成了有源網(wǎng)絡(luò)，潮流的流向由原來單純地從電網(wǎng)側(cè)流向用戶側(cè)、從高壓側(cè)流向低壓側(cè)變?yōu)殡p向流動，用戶同時也是發(fā)電源，電能在無法就地消納的情況下會反送回電網(wǎng)，在低壓網(wǎng)絡(luò)無法就地消納時會反送至高壓網(wǎng)絡(luò)，如此一來，對電網(wǎng)的一些繼電保護(hù)設(shè)置、系統(tǒng)電壓維持、短路特性等產(chǎn)生影響，當(dāng)電網(wǎng)的運(yùn)行電壓越限時，可能引起繼電保護(hù)裝置動作。在電網(wǎng)發(fā)生故障的極端情況下，部分區(qū)域發(fā)生停電時，分布式光伏發(fā)電如繼續(xù)運(yùn)行，會導(dǎo)致停電區(qū)域的部分線路仍保持帶電狀態(tài)，從而形成電力孤島效應(yīng)。符合電網(wǎng)需求的屋頂分布式光伏項目是需要與區(qū)域配電網(wǎng)協(xié)調(diào)發(fā)展的，在配電網(wǎng)承載力的基礎(chǔ)上，針對不同的住戶，分析消納條件與用電規(guī)律，分析負(fù)荷分布情況與配電網(wǎng)現(xiàn)狀，主動調(diào)整配電網(wǎng)的規(guī)劃與改造升級。對于經(jīng)濟(jì)落后的地區(qū)，用能需求量小，電力網(wǎng)薄弱，配電網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施的國內(nèi)供電可靠性差，安裝屋頂分布式光伏的裝機(jī)容量容易受限。反過來，供電能力強(qiáng)的區(qū)域，才能確保發(fā)電系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定。在接入點(diǎn)較多、內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)復(fù)雜的應(yīng)用場景中，繼電保護(hù)裝置和監(jiān)控反饋系統(tǒng)對于電網(wǎng)平穩(wěn)運(yùn)行、電站安全協(xié)調(diào)發(fā)展都是必要的。因此，在設(shè)計階段就要綜合考慮安全與經(jīng)濟(jì)問題。3.3光伏組件的安裝方式由于建筑屋頂?shù)膹?fù)雜條件，分布式光伏屋頂生成系統(tǒng)的光伏模塊安裝模式不僅要考慮太陽輻射，還要考慮遮陽和建筑及美學(xué)要求。在平屋頂安裝太陽能模塊時，建議傾斜安裝，并使用太陽能模塊的最佳安裝坡度來獲得最大發(fā)電量。根據(jù)用于光伏電站設(shè)計的GB50797-2012代碼，太陽能模塊安裝的傾角可以設(shè)置為區(qū)域緯度，也可以根據(jù)年度動態(tài)模擬確定。如果需要水平安裝太陽光模塊，則必須在太陽光模塊下安裝通風(fēng)腔。通風(fēng)腔的高度最好在綜合考慮后決定，取決于建筑物冷熱負(fù)荷的特點(diǎn)和太陽能發(fā)電的特點(diǎn)。在斜坡上安裝太陽能模塊時，可以采用頂部安裝。但是，在布局中，需要注意的是，太陽能模塊不能超過屋檐裝飾，以避免太陽能模塊跌落的危險，并符合建筑防火條例的要求。3.4運(yùn)維方面在電網(wǎng)運(yùn)行期間，分布式光伏發(fā)電受外部天氣變化的影響，逆變器的輸出功率也隨之變化，容易產(chǎn)生諧波造成電能污染。屋頂分布式光伏通過低壓線路接入配電網(wǎng)，無法消納的電能通過臺區(qū)變壓器返送電網(wǎng)，存在多個并網(wǎng)點(diǎn)和計量點(diǎn)。當(dāng)某地區(qū)有若干個光伏發(fā)電接入配電網(wǎng)時，會出現(xiàn)不穩(wěn)定性。屋頂光伏發(fā)電的不可調(diào)控特性無法完全與電網(wǎng)系統(tǒng)負(fù)荷波動匹配，會出現(xiàn)電壓峰谷差、產(chǎn)生電壓波動與電壓閃變、產(chǎn)生三相不平衡的現(xiàn)象。某些地區(qū)地處偏遠(yuǎn)，需經(jīng)過長距離配電網(wǎng)輸送，電能損耗明顯。若干個分布式光伏發(fā)電并入配電網(wǎng)時，配電網(wǎng)系統(tǒng)的薄弱環(huán)節(jié)很難承載，尤其是臺區(qū)變壓器的容量不足，對農(nóng)村配電網(wǎng)的運(yùn)行和控制帶來很大的挑戰(zhàn)。因此，需要在臺區(qū)部分配置一定比例的儲能設(shè)備。在光伏出力高峰時，充電以緩解變壓器過載壓力；在光伏出力不足時，由儲能設(shè)備放電，以此提高就地消納能力，必要時再對配電網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行升級改造。結(jié)束語光伏電站不僅能充分利用太陽能，減少電力損失，還能有效解決城市配電網(wǎng)供電不平衡和電力短缺的問題。光伏電站與綠色建筑有著相同的發(fā)展理念，兩者的有效結(jié)合可以為居民創(chuàng)造更好的生活環(huán)境。參考文獻(xiàn)[1]李陽波,胡偉國.屋頂分布式光伏發(fā)電技術(shù)應(yīng)用研究[J].現(xiàn)代工業(yè)經(jīng)濟(jì)和信息化,2018,[2]李新富,光伏建筑一體化屋頂發(fā)電系統(tǒng).浙江省,杭州桑尼能源科技股份有