分布式屋頂光伏發電及并網系統研究
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摘 要 分布式屋頂光伏發電及并網系統，是以太陽能技術為基礎發展起來的一類新興技術，在該系統的支撐下，太陽的光能順利轉型為電能。分布式屋頂光伏發電技術的開發與推廣應用，有效的迎合了現代建筑工程持續發展的需求，且具有清潔、節能等優勢特征。本文主要討論了該類系統的設計內容及對應的方法。
關鍵詞 屋頂;分布式光伏發電;并網系統;設計研究
屋頂分布式光伏發電能安裝在用戶側并網上后，能實現自行發電與自行利用的目標，其屬于一類新興的太陽能技術，有效迎合了新時期下我國節能環保的需求。但因為該類系統是最近幾年中發展起來的一類事物，造成很多人員對發電系統的設計方法不能扎實掌握，在設計實踐中，應合理選用有關設備設施，結合現實套件設定系統主要參數，這是提升系統對太陽能資源有效利用率的關鍵措施之一。
1 屋頂類型
1.1 屋頂面積
單體屋頂面積直接決定光伏發電項目的容量，是最基礎的元素，屋面上是否存在附屬物，如廣告牌、風機、附房、女兒墻等，設計時需要避開陰影遮擋。
1.2 屋面朝向
屋面朝向決定著光伏支架、組件、串列、匯流箱的布置原則，比如東西走向的屋面，背陰面的方陣是否需要設置傾角，組件串聯時陰陽兩面盡量避免互連，匯流箱及逆變器直流輸入盡量為同一屋面朝向的陣列。
1.3 屋頂材質
為保證光伏支架結構設計的合理性，相關人員一定要對光伏系統被屋面的類型有明確掌握。當下，適用于裝光伏系統的屋面類型主要有兩類，一類是屋面尺寸相對較大的輕鋼結構彩鋼瓦屋面，另一類是現場澆筑混凝土屋面。在具體設計過程中，應結合屋面所屬類別的差異性，應用不同的支架結構。
彩鋼瓦是在專用機器的協助下將涂鋼卷軋制成型的，繼而安設在屋面擦條，最后建成防水的彩鋼瓦屋面，角弛型彩鋼瓦、180°及360°咬合彩鋼瓦是常用的彩鋼瓦類型[1]。而混凝土屋面，即采用混凝土現場澆筑作業后形成的屋面。
1.4 屋頂載荷
光伏電站設計壽命一般在25年，在項目考察時，需要進行屋面荷載計算驗證。如條件滿足則可以建設光伏電站，如荷載不能滿足，則需要出加固方案，加固完成后重新計算[2]。
2 屋頂分布式光伏發電系統的設計
2.1 光伏電池設計
針對屋頂光伏電池型號的選擇，應全面考慮系統預算、屋頂現實面積、用電器功率等指標，硅電池是光伏電池的主要類型，其有單晶硅、多晶硅與非晶硅光伏電池三種類型之分。在對各種硅電池整體分析后，發現單晶硅光伏電池在轉換率方面占據優勢，多晶硅光伏電池對太陽光能的轉化效率偏低，但其弱光性能相對較高。在設計光伏電池過程中，通常前兩種硅電池是首選，其具有生產制造工藝簡潔、造價成本低等優勢特征，在選擇光伏構件時，還需綜合分析其他工作條件與運行年限等指標，通常而言多晶硅太陽電池組件，全光照面積的光電轉換率高于15.0%，作業環境溫度取值方位為-40～85℃，運行年限高于25年，晶體硅構件對應的衰減率在2年中低于2.0%，25年中低于20.0%。
為實現對光伏方陣結構的有效設計，通常對光伏電池組件采用串聯的形式，也可現對組件采用串聯方式，在保證其與系統電壓運行需求相吻合的基礎上，在進行并聯操作，以迎合系統運行期間對功率提出的要求[3]。
2.2 支架設計
在屋頂分布式光伏發電系統設計過程中，光伏電池支架有跟蹤式、固定式兩種類型，通常會結合屋頂現實面積、負載規定與本地氣候條件等因素，對支架結構進行優化設計，選擇性能與功能最優良的光伏電池支架。其中，和固定式光伏電池支架相比較，跟蹤式支架結合陽光循跡可以被細分為雙軸、水平單軸、豎直單軸、傾斜單軸循跡四種類型，其有益于提升支架結構的運行效率，增加太陽能資源的輸出量。
2.3 組件角度與間距計算
確保光伏系統組件安設角度的適宜性，能保證系統在運行期間獲得最佳效率。電池組件角度的調整對象以方位角和傾斜角兩參數為主，相關工作人員可結合系統運行實況做出相關調整措施。方位角是方陣垂直面和正南方向形成的夾角，通常狀況下，方陣朝向正南，這提示方陣垂直面和正南夾角為0°時，太陽電池發電量能達到最大值。而當偏離正南30°時，方陣的發電量減少率為10.0～15.0%;處于偏離正南60°時，電量減少率為20.0～30.0%。最佳傾角，實質上就是指當光伏方陣依照某一角度安放時，光伏板傾斜面形成輻射量對應的最大值，通常結合系統安裝所在地緯度可測算出來。
光伏組件間距，實質上是指在預設間距中，光伏陣列不會受組件與組件陰影干擾的情況。在對屋頂分布式光伏發電設計過程中，計算陣列間距時，可采用如下公式進行[4]：
[D對應的是陣列間距，：傾角;為緯度;L：傾斜面長度]
3 接入方式
分布式光伏發電上網模式分為全額上網、自發自用余電上網、自發自用三種方式。按照接入電壓等級，分為接入10kV、380/220V兩類。按照接入位置，分為接入變電站/配電室/箱變、開閉站/配電箱、環網柜和線路四類。按照接入方式，分為專線接入和T接兩類。按照接入產權，分為接入用戶電網和接入公共電網兩類。
4 結束語
在我國電網事業發展進程中，太陽能發電技術的應用，屋頂分布式光伏發電系統功能的建設與完善，有益于減輕傳統電能資源運用過程中形成的壓力，對電網工程穩健發展注入能量。在對屋頂分布式光伏發電系統設計過程中，應規范性的落實相關技術，以實現對建筑日常用電過程最大限度的優化與完善。
參考文獻
[1] 陳萍.分布式屋頂光伏發電在工業企業的實際應用及效益分析[J].玻璃，2019，46（03）：46-50.
[2] 劉立斌，鄧金城，楊志祎，等.彩鋼廠房屋面光伏電站除雪機器人探討[J].科學技術創新，2018，14（32）：153-155.
[4] 岳興華.農村屋頂分布式光伏電站設計與運行分析[J].通信電源技術，2018，35（09）：82-83，86.
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