应用并网型太阳能光伏发电系统的可行性及案例分析

应用并网型太阳能光伏发电系统的可行性及案例分析
张月洁，李江
摘要：提出了应用太阳能发电的并网型太阳能光伏发电系统，分析出使用此系统的可行性，并引用相关案例论证了使用系统后，能够带来很大的经济效益和社会效益，为进一步推广此系统提供了理论和实践依据。
关键词：能源；并网型；太阳能光伏发电系统；
由于能源问题是关系到一个国家生存与发展的一件大事，随着我国科技与经济的高速发展，能源的消费量也在不断地提高，但是我国矿产资源人均占有量不到世界的一半，而单位产值能耗却为世界平均水平的2倍，主要产品的能耗比发达国家高40%。其中，70%是靠火力来发电的，而依赖火力发电的矿产资源储量是非常有限的（即属于不可再生资源），因此，需要迫切寻找新类型的可再生能源，以补充矿产资源不可再生的局限性。
到目前为止，太阳能作为可再生能源成为许多世界发达国家首选并大力发展的能源，例如日本的“阳光计划”、德国的“百万屋顶计划”、美国的“百万屋顶计划”等等都是针对太阳能光伏发电所实施的。本文通过并网型太阳能光伏发电系统应用的可行性及相关案例，论证了引用此系统的必要性及引用后所产生的经济效益和社会效益[1]。
一、并网型太阳能光伏发电系统简介
并网型太阳能光伏发电系统（以下成为系统）是一套应用于有市电电网的地区，由太阳电池方阵所产生的电能送入到市电电网，且就近给工作负载提供供电电源，满足白天日常负载的正常使用的发电系统。此系统主要由太阳电池方阵、并网发电用功率调节器、市电电网、用电负荷设备及它们之间的连接电缆等组成。如图1.1所示：

图1.1 并网型太阳能光伏发电系统示意图
二、应用并网型太阳能光伏发电系统的可行性分析
2.1应用可行性
并网型太阳能光伏发电系统最初的主要应用领域为：航空航天、通信、电力、交通、医疗、能源等。在这些领域中，主要应用的设备有：航空设备、宇宙航天器、通信主干线、发电厂通信控制设备、道路交通管理设备、医疗设备、核能控制设备、信号台或站设备等。但随着科学技术的不断进步，并网型太阳能光伏发电系统生产成本的不断降低，在世界乃至我国的一些公共设施及偏远地区乡镇也都迅速兴起并逐步采用，并网型太阳能光伏发电系统正以非常快速的脚步进行着。
除此之外，系统可应用于以下两种情况：有市电时，在晴朗白天由太阳电池方阵产生电能，然后经过并网发电用功率调节器控制，输出给太阳能系统和市电电网并网点附近的用电负荷设备，如果当时太阳电池方阵的最大发电功率大于用电负荷设备消耗功率，则将剩余电量上送到市电电网，并通过电网给市电电网上的其它用电负荷设备供电[2]。当并网点附近的用电负荷设备消耗的功率大于当时的太阳电池方阵最大发电功率，则用电负荷设备所消耗的功率由太阳电池方阵和市电同时提供，但是优先使用太阳电池方阵所产生的电能。在无市电时，晴朗的白天太阳电池方阵产生的电能不能通过功率调节器提供给用电负荷设备。因为此时用电负荷设备和无电的市电电网是连接在一起的，此时电网上的负荷功率将是一个无限大的用电负荷设备，而太阳电池方阵的发电量是有限的，因此，并网用功率调节器由于无法提供无限大的能量，而将关闭与市电电网连接的通道，并停止发电（即：孤岛效应）。
由此可见，只要将采光用的太阳电池放置在能够充分接受阳光的地方，就能够将发电系统产生的电能输出给用电设备或者储存在储能蓄电池中作为备用，因此，能够应用系统的地区和领域是非常广泛的[3]。
2.2设计可行性
并网型太阳能光伏发电系统设计计算的规范依据是非常苛刻的，对于应用此系统的设计师而言，避免了隐患、提供了很大的保障。其主要依据有设备的招标文件和相关国际、国家标准和气象地地理等数据，其中包括：
1. 《对晶体硅光电器件测量特性I-V的温度修正和辐照度修正的方法》IEC 60891
2. 《光电器件》IEC 60904
3. 《光电功率发生系统过压保护导则》 IEC 61173
4. 《晶体硅地表光伏电池组件设计鉴定和定型》 IEC 61215-1993
5. 《建筑物的电气安装》 1ECll94
6. 《标准太阳电池的要求》(光伏器件第2部分) GB/T 6495.2-1996
7. 《单晶硅太阳电池总规范》 GB/T 12632-1990
8. 《光伏系统并网技术要求》 GB/T 19939-2005
9. 《固定式铅酸蓄电池一般要求和试验方法》（第2部分：阀调节型） IEC 60896-2
10. 《基本环境试验》（第2部分：试验）IEC 60068-2
11. 《光电模块对意外碰撞的承受能力》（抗撞击试验） IEC 61721-1995
12. 《太阳光电能系统用蓄电池和电池组》 IEC 61427-1999
13. 《建筑物的电气设施》 IEC 60364
14. 《低压熔断器》 IEC 60269-1
15. 《阀控式密封铅酸蓄电池订货技术条件》 DL/T 637-1997
16. 《太阳光伏能源系统术语》 GB/T2297
17. 《太阳电池电性能测试设备检验方法》 GB/T11012
18. 《晶体硅光伏 (PV) 方阵I-V特性的现场测量》 GB/T18210(IEC61829
19. 《地面用光伏(PV)发电系统概述和导则》 GB/T18479(IEC61277)
20. 《光伏系统性能监测、测量、数据交换以及分析导则》 IEC61724
21. 《地面光伏系统标准》 IEEE928
22. 《光伏系统铅酸蓄电池的安装与维护》 IEEE937
23. 《光伏系统铅酸蓄电池的设计》 IEEE1013
24. 《地面光伏发电系统安全导则》 IEEE1374
25. 中国国家气象局提供的天津地区的气象数据表
三、应用案例
3.1案例说明
天津市某开发建设指挥部地处天津市塘沽区，建筑面积：18676m2，建筑功能：综合办公楼，地下一层，地上五层，建筑高度：23.50m（室外地平至屋顶结构层），结构形式：
地下一层为钢筋混凝土框架结构，地上部分为钢框架结构。
根据所在地区日照时间的长短，可将我国划分为五类地区，天津地区地处：北纬39.1度东经116.2度，全年日照时数为2200～3000小时，辐射量在5000～5850ＭＪ/m2，被划归为三类地区。在我国，太阳能资源分布图如下图3.1所示：

注：资源带号名称指标
Ⅰ 资源丰富带 6700MJ(m2.a)
Ⅱ 资源较富带 5400-6700MJ/(m2.a)
Ⅲ 资源一般带 4200-5400MJ/(m2.a)
Ⅳ 资源贫乏带 < 4200MJ/(m2.a)
在此开发建设指挥部建设一个容量为80kw的并网型太阳能光伏发电系统年发电量的统计数字如下表：
日射量发电量
月份 (度/平方米.天) 日发电量天数月发电量
　 (度/天) (天/月) (度/月)
1 2.98 194.4 31 6027.6
2 3.67 238.8 28 6686.5
3 4.22 274.9 31 8521.2
4 5.05 328.9 30 9865.8
5 5.28 343.8 31 10659.2
6 5.03 327.9 30 9835.9
7 4.52 294.7 31 9135.4
8 4.28 278.6 31 8637.8
9 4.41 287.0 30 8610.6
10 3.76 245.0 31 7594.1
11 2.97 193.8 30 5813.5
12 2.71 176.6 31 5475.3
年间合计 4.07 265.4 365 96862.8
根据以上统计内容，可以得到：一个80kw的太阳电池方阵平均每天发电量最少的是12月，为每天发电176.6度；最多的是5月，为343.8度；一年总的发电量为96862.8度。如果针对一个具体的用电负荷容量应该选择多大容量的太阳电池方阵合适，可以根据负荷每天（24小时）的用电量和太阳电池方阵发电量进行比较，应以发电量大于或等于用电量为宜。不同太阳电池方阵的日发电量可以根据以上的太阳电池方阵日发电量按照线性比例进行推算即可，用电负荷容量越大所需要的太阳电池方阵容量就越大。
3.2使用回馈
3.2.1环保效果
从80kW的并网型太阳能光伏发电系统的年发电量可以推算出，较火力发电相比，可以减少二氧化碳的排放量约为78.846吨、二氧化硫的排放量约为0.872吨、氮氧化物的排放量约为0.426吨。所排放的这些气体，如果用森林在一年内来吸收，则需要163公顷（1公顷≈100.5m×100.5m）面积的森林。
一个80kW的并网型太阳能光伏发电系统的年发电量，如果改用燃油来获得，则相当于得消耗23538升的燃油。由此看来，此系统对于环境保护方面的贡献是功不可没的。
3.2.2经济效益
随着太阳能光伏发电事业的日趋壮大，国内也相应的提出了一些扶持政策。之前，我国缺乏关于光伏上网电价的明确政策，近期发改委核定的上海崇明岛前卫村光伏上网电价为4.0元/千瓦时，按照建设80kW的并网型太阳能发电系统计算：
系统的发电量为96862.8度/年
每年的收入=96862.8千瓦时×4.0元/千瓦时=387451.2元
由此看来，针对于80kw并网型太阳能光伏发电系统的年发电量来说，每年的上网收入是相当可观的[4]。
四、结束语
太阳能光伏发电系统，能够利用可再生资源发电，在很大程度上解决了不可再生资源因匮乏带来的能源危机问题，在追求环保效果和经济效益的同时，为社会做出很大的的贡献，值得当今乃至未来大力推广。随着科技的飞速发展，并网型太阳能光伏发电系统必将向着更加节能、环保、减排、高效的方向发展[5]。
参考文献
[1]LEED—NCGreenBuildingRatingSystem ForNew Construction＆MajorRenovationsVersions2． [S]．
[2]薛钰芝，张力，林纪宁．太阳能光伏技术的研究与发展[J]．大连铁道学院学报，2003，24(4)：71—74．
[3] 沈辉，曾祖勤. 太阳能光伏发电技术[M].北京：化学工业出版社，2005
[4] http://www.newmaker.com/art_29825.html
[5] 王长贵，崔容强，周篁．新能源发电技术[M]．北京：中国电力出版社，2003

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