應(yīng)用并網(wǎng)型太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的可行性及案例分析
張?jiān)聺�，李�?br /> 摘 要：提出了應(yīng)用太陽能發(fā)電的并網(wǎng)型太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)，分析出使用此系統(tǒng)的可行性，并引用相關(guān)案例論證了使用系統(tǒng)后，能夠帶來很大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，為進(jìn)一步推廣此系統(tǒng)提供了理論和實(shí)踐依據(jù)。
關(guān)鍵詞： 能源；并網(wǎng)型；太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)；
由于能源問題是關(guān)系到一個(gè)國家生存與發(fā)展的一件大事，隨著我國科技與經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，能源的消費(fèi)量也在不斷地提高，但是我國礦產(chǎn)資源人均占有量不到世界的一半，而單位產(chǎn)值能耗卻為世界平均水平的2倍，主要產(chǎn)品的能耗比發(fā)達(dá)國家高40%。其中，70%是靠火力來發(fā)電的，而依賴火力發(fā)電的礦產(chǎn)資源儲(chǔ)量是非常有限的（即屬于不可再生資源），因此，需要迫切尋找新類型的可再生能源，以補(bǔ)充礦產(chǎn)資源不可再生的局限性。
到目前為止，太陽能作為可再生能源成為許多世界發(fā)達(dá)國家首選并大力發(fā)展的能源，例如日本的“陽光計(jì)劃”、德國的“百萬屋頂計(jì)劃”、美國的“百萬屋頂計(jì)劃”等等都是針對(duì)太陽能光伏發(fā)電所實(shí)施的。本文通過并網(wǎng)型太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)應(yīng)用的可行性及相關(guān)案例，論證了引用此系統(tǒng)的必要性及引用后所產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益[1]。
一、并網(wǎng)型太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)簡介
并網(wǎng)型太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)（以下成為系統(tǒng)）是一套應(yīng)用于有市電電網(wǎng)的地區(qū)，由太陽電池方陣所產(chǎn)生的電能送入到市電電網(wǎng)，且就近給工作負(fù)載提供供電電源，滿足白天日常負(fù)載的正常使用的發(fā)電系統(tǒng)。此系統(tǒng)主要由太陽電池方陣、并網(wǎng)發(fā)電用功率調(diào)節(jié)器、市電電網(wǎng)、用電負(fù)荷設(shè)備及它們之間的連接電纜等組成。如圖1.1所示：
 

 

圖1.1 并網(wǎng)型太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)示意圖
二、應(yīng)用并網(wǎng)型太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的可行性分析
2.1應(yīng)用可行性
并網(wǎng)型太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)最初的主要應(yīng)用領(lǐng)域?yàn)椋汉娇蘸教�、通信、電力、交通、醫(yī)療、能源等。在這些領(lǐng)域中，主要應(yīng)用的設(shè)備有：航空設(shè)備、宇宙航天器、通信主干線、發(fā)電廠通信控制設(shè)備、道路交通管理設(shè)備、醫(yī)療設(shè)備、核能控制設(shè)備、信號(hào)臺(tái)或站設(shè)備等。但隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，并網(wǎng)型太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)生產(chǎn)成本的不斷降低，在世界乃至我國的一些公共設(shè)施及偏遠(yuǎn)地區(qū)鄉(xiāng)鎮(zhèn)也都迅速興起并逐步采用，并網(wǎng)型太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)正以非�？焖俚哪_步進(jìn)行著。
除此之外，系統(tǒng)可應(yīng)用于以下兩種情況：有市電時(shí)，在晴朗白天由太陽電池方陣產(chǎn)生電能，然后經(jīng)過并網(wǎng)發(fā)電用功率調(diào)節(jié)器控制，輸出給太陽能系統(tǒng)和市電電網(wǎng)并網(wǎng)點(diǎn)附近的用電負(fù)荷設(shè)備，如果當(dāng)時(shí)太陽電池方陣的最大發(fā)電功率大于用電負(fù)荷設(shè)備消耗功率，則將剩余電量上送到市電電網(wǎng)，并通過電網(wǎng)給市電電網(wǎng)上的其它用電負(fù)荷設(shè)備供電[2]。當(dāng)并網(wǎng)點(diǎn)附近的用電負(fù)荷設(shè)備消耗的功率大于當(dāng)時(shí)的太陽電池方陣最大發(fā)電功率，則用電負(fù)荷設(shè)備所消耗的功率由太陽電池方陣和市電同時(shí)提供，但是優(yōu)先使用太陽電池方陣所產(chǎn)生的電能。在無市電時(shí)，晴朗的白天太陽電池方陣產(chǎn)生的電能不能通過功率調(diào)節(jié)器提供給用電負(fù)荷設(shè)備。因?yàn)榇藭r(shí)用電負(fù)荷設(shè)備和無電的市電電網(wǎng)是連接在一起的，此時(shí)電網(wǎng)上的負(fù)荷功率將是一個(gè)無限大的用電負(fù)荷設(shè)備，而太陽電池方陣的發(fā)電量是有限的，因此，并網(wǎng)用功率調(diào)節(jié)器由于無法提供無限大的能量，而將關(guān)閉與市電電網(wǎng)連接的通道，并停止發(fā)電（即：孤島效應(yīng)）。
由此可見，只要將采光用的太陽電池放置在能夠充分接受陽光的地方，就能夠?qū)�發(fā)電系統(tǒng)產(chǎn)生的電能輸出給用電設(shè)備或者儲(chǔ)存在儲(chǔ)能蓄電池中作為備用，因此，能夠應(yīng)用系統(tǒng)的地區(qū)和領(lǐng)域是非常廣泛的[3]。
2.2設(shè)計(jì)可行性
并網(wǎng)型太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算的規(guī)范依據(jù)是非�？量痰�，對(duì)于應(yīng)用此系統(tǒng)的設(shè)計(jì)師而言，避免了隱患、提供了很大的保障。其主要依據(jù)有設(shè)備的招標(biāo)文件和相關(guān)國際、國家標(biāo)準(zhǔn)和氣象地地理等數(shù)據(jù)，其中包括：
1. 《對(duì)晶體硅光電器件測量特性I-V的溫度修正和輻照度修正的方法》IEC 60891
2. 《光電器件》IEC 60904
3. 《光電功率發(fā)生系統(tǒng)過壓保護(hù)導(dǎo)則》 IEC 61173
4. 《晶體硅地表光伏電池組件 設(shè)計(jì)鑒定和定型》 IEC 61215-1993
5. 《建筑物的電氣安裝》 1ECll94
6. 《標(biāo)準(zhǔn)太陽電池的要求》(光伏器件 第2部分) GB/T 6495.2-1996
7. 《單晶硅太陽電池總規(guī)范》 GB/T 12632-1990
8. 《光伏系統(tǒng)并網(wǎng)技術(shù)要求》 GB/T 19939-2005
9. 《固定式鉛酸蓄電池 一般要求和試驗(yàn)方法》（第2部分：閥調(diào)節(jié)型） IEC 60896-2
10. 《基本環(huán)境試驗(yàn)》（第2部分：試驗(yàn)）IEC 60068-2
11. 《光電模塊對(duì)意外碰撞的承受能力》（抗撞擊試驗(yàn)） IEC 61721-1995
12. 《太陽光電能系統(tǒng)用蓄電池和電池組》 IEC 61427-1999
13. 《建筑物的電氣設(shè)施》 IEC 60364
14. 《低壓熔斷器》 IEC 60269-1
15. 《閥控式密封鉛酸蓄電池訂貨技術(shù)條件》 DL/T 637-1997
16. 《太陽光伏能源系統(tǒng)術(shù)語》 GB/T2297
17. 《太陽電池電性能測試設(shè)備檢驗(yàn)方法》 GB/T11012
18. 《晶體硅光伏 (PV) 方陣I-V特性的現(xiàn)場測量》 GB/T18210(IEC61829
19. 《地面用光伏(PV)發(fā)電系統(tǒng) 概述和導(dǎo)則》 GB/T18479(IEC61277)
20. 《光伏系統(tǒng)性能監(jiān)測、測量、數(shù)據(jù)交換以及分析導(dǎo)則》 IEC61724
21. 《地面光伏系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)》 IEEE928
22. 《光伏系統(tǒng)鉛酸蓄電池的安裝與維護(hù)》 IEEE937
23. 《光伏系統(tǒng)鉛酸蓄電池的設(shè)計(jì)》 IEEE1013
24. 《地面光伏發(fā)電系統(tǒng)安全導(dǎo)則》 IEEE1374
25. 中國國家氣象局提供的天津地區(qū)的氣象數(shù)據(jù)表
三、應(yīng)用案例
3.1案例說明
天津市某開發(fā)建設(shè)指揮部地處天津市塘沽區(qū)，建筑面積：18676m2，建筑功能：綜合辦公樓，地下一層，地上五層，建筑高度：23.50m（室外地平至屋頂結(jié)構(gòu)層），結(jié)構(gòu)形式：
地下一層為鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，地上部分為鋼框架結(jié)構(gòu)。
根據(jù)所在地區(qū)日照時(shí)間的長短，可將我國劃分為五類地區(qū)，天津地區(qū)地處：北緯39.1度 東經(jīng)116.2度，全年日照時(shí)數(shù)為2200～3000小時(shí)，輻射量在5000～5850ＭＪ/m2，被劃歸為三類地區(qū)。在我國，太陽能資源分布圖如下圖3.1所示：
 

注： 資源帶號(hào) 名稱 指標(biāo)
Ⅰ 資源豐富帶 6700MJ(m2.a)
Ⅱ 資源較富帶 5400-6700MJ/(m2.a)
Ⅲ 資源一般帶 4200-5400MJ/(m2.a)
Ⅳ 資源貧乏帶 < 4200MJ/(m2.a)
在此開發(fā)建設(shè)指揮部建設(shè)一個(gè)容量為80kw的并網(wǎng)型太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)年發(fā)電量的統(tǒng)計(jì)數(shù)字如下表：
日射量 發(fā)電量
月份 (度/平方米.天) 日發(fā)電量 天數(shù) 月發(fā)電量
　 (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
年間合計(jì) 4.07 265.4 365 96862.8
根據(jù)以上統(tǒng)計(jì)內(nèi)容，可以得到：一個(gè)80kw的太陽電池方陣平均每天發(fā)電量最少的是12月，為每天發(fā)電176.6度；最多的是5月，為343.8度；一年總的發(fā)電量為96862.8度。如果針對(duì)一個(gè)具體的用電負(fù)荷容量應(yīng)該選擇多大容量的太陽電池方陣合適，可以根據(jù)負(fù)荷每天（24小時(shí)）的用電量和太陽電池方陣發(fā)電量進(jìn)行比較，應(yīng)以發(fā)電量大于或等于用電量為宜。不同太陽電池方陣的日發(fā)電量可以根據(jù)以上的太陽電池方陣日發(fā)電量按照線性比例進(jìn)行推算即可，用電負(fù)荷容量越大所需要的太陽電池方陣容量就越大。
3.2使用回饋
3.2.1環(huán)保效果
從80kW的并網(wǎng)型太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的年發(fā)電量可以推算出，較火力發(fā)電相比，可以減少二氧化碳的排放量約為78.846噸、二氧化硫的排放量約為0.872噸、氮氧化物的排放量約為0.426噸。所排放的這些氣體，如果用森林在一年內(nèi)來吸收，則需要163公頃（1公頃≈100.5m×100.5m）面積的森林。
一個(gè)80kW的并網(wǎng)型太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的年發(fā)電量，如果改用燃油來獲得，則相當(dāng)于得消耗23538升的燃油。由此看來，此系統(tǒng)對(duì)于環(huán)境保護(hù)方面的貢獻(xiàn)是功不可沒的。
3.2.2經(jīng)濟(jì)效益
隨著太陽能光伏發(fā)電事業(yè)的日趨壯大，國內(nèi)也相應(yīng)的提出了一些扶持政策。之前，我國缺乏關(guān)于光伏上網(wǎng)電價(jià)的明確政策，近期發(fā)改委核定的上海崇明島前衛(wèi)村光伏上網(wǎng)電價(jià)為4.0元/千瓦時(shí)，按照建設(shè)80kW的并網(wǎng)型太陽能發(fā)電系統(tǒng)計(jì)算：
系統(tǒng)的發(fā)電量為96862.8度/年
每年的收入=96862.8千瓦時(shí)×4.0元/千瓦時(shí)=387451.2元
由此看來，針對(duì)于80kw并網(wǎng)型太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的年發(fā)電量來說，每年的上網(wǎng)收入是相當(dāng)可觀的[4]。
四、結(jié)束語
太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)，能夠利用可再生資源發(fā)電，在很大程度上解決了不可再生資源因匱乏帶來的能源危機(jī)問題，在追求環(huán)保效果和經(jīng)濟(jì)效益的同時(shí)，為社會(huì)做出很大的的貢獻(xiàn)，值得當(dāng)今乃至未來大力推廣。隨著科技的飛速發(fā)展，并網(wǎng)型太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)必將向著更加節(jié)能、環(huán)保、減排、高效的方向發(fā)展[5]。
參考文獻(xiàn)
[1]LEED—NCGreenBuildingRatingSystem ForNew Construction＆MajorRenovationsVersions2． [S]．
[2]薛鈺芝，張力，林紀(jì)寧．太陽能光伏技術(shù)的研究與發(fā)展[J]．大連鐵道學(xué)院學(xué)報(bào)，2003，24(4)：71—74．
[3] 沈輝，曾祖勤. 太陽能光伏發(fā)電技術(shù)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2005
[4] http://www.newmaker.com/art_29825.html
[5] 王長貴，崔容強(qiáng)，周篁．新能源發(fā)電技術(shù)[M]．北京：中國電力出版社，2003
 

轉(zhuǎn)載請(qǐng)注明來自：http://www.jinnzone.com/dianlilw/13805.html