屋頂分布式光伏發電系統的安裝設計及可行性研究

李煜 舒鑫滔 劉勇

摘要：由于運作和維護成本低，屋頂分布式光伏發電系統得到廣泛使用?；驹硎鞘褂糜脩舻姆腔顒游蓓攣碇亟ㄎ蓓?。安裝設計時，請考慮屋頂的面積和承載能力。在安裝過程中，請主要使用現有屋頂，同時考慮使用過程的照明時間、強度和安全性。但是，目前在安裝這些系統時會遇到下列問題：屋頂承載能力有限;安裝能力低;安裝成本難以控制;壽命的可靠性;如果密封性受損。為了解決這些問題，本文研究了屋頂分布式光伏發電系統的設計和可行性。

關鍵詞：分布式光伏;屋頂;安裝設計;可行性分析

前言

太陽能是綠色清潔能源。太陽能光伏發電直接將光能轉化為電能，既能滿足人民的日常電力需求，又能減少傳統化石能源的消耗，這對保護資源和環境十分重要。分布式光伏發電是一個靠近用戶的光伏發電項目，它產生供用戶自己使用和在當地使用的電力，并以低于或等于10kv的電壓連接到公共電網，其中包括光伏系統和公共電網之間的電能輸入和輸出用電能計量表計量，電費按適用的費率計算。分布式光伏發電系統由光伏并網、雙向開關控制器、并網逆變器、儲能電池和電能表組成。

一、分布式光伏發電系統概述

光伏系統主要分為集中光伏系統和分布式光伏系統。集中光伏發電系統主要安裝在廣闊的土地上，所生產的電力與電網相連，電網均勻部署光伏發電系統，為用戶供電的光伏發電系統。分布式光伏系統主要是在用戶地點附近建造的光伏電站，主要特點是用戶自發使用和獲得剩馀電力。中央光伏電站是一個大型并網光伏電站，投資量大、面積大、輸電線路長。與集中光伏發電相比，分布式光伏發電具有地面面積小、對電網依賴小、智能靈活等優點，被認為是光伏發展的主要方向。目前，世界其他地區主要使用分布式發電，占所有光電系統的80%以上。同時，分布式光伏發電可分為漁業農業的補充光伏發電、光伏路燈、屋頂分布式光伏發電等。其中，屋頂分布式光伏發電是分布式光伏發電的主要形式，一直是各國發展的主要形式。

二、分布式光伏系統安裝設計

1.分布式光伏發電系統安裝的必要性分析

光伏系統設備的使用壽命為25年，是開發和使用的一次性投資和長期效益。系統會充分利用和重新開發閑置屋頂。此外，在使用過程中還具有下列特性：（1）屋頂系統彼此獨立，并受到平行控制，以避免屋頂發生大規模停電;（2）可以獨立集中供電，操作方便，彌補大型電網的不穩定;（3）無需建造配電站就能在當地發電，從而減少遠距離配電的損失，安裝成本相對較低，偏遠地區更好地適應電力供應;（4）峰值調節性能良好，操作簡單;（5）設備操作系統少，操作和控制方便，自動化方便;（6）污染低，環境效益高。分布式光伏發電項目在發電過程中是清潔、安全、低碳和無害環境的，有助于在全球氣候觀測系統惡化時保護環境。分布式光伏發電系統利用太陽能光伏技術開發和利用綠色、清潔和豐富的太陽能，可以提高可再生能源應用的比例，促進能源結構調整，減少碳排放，促進節能環保。

2.光伏組件的布局及安裝傾角設計

（1）組件布局

光伏組件的布局和安裝取決于屋頂的形狀、結構、承載能力和尺寸。本文設計為平屋頂。安裝光伏組件時，有三種不同的布局模式，具體取決于屋頂的大小和形狀。安全性、安裝和維護方便，可保持系統的整體美觀性。

（2）組件安裝傾角設計

部件的傾斜角度是指光伏板與屋頂之間的角度。由于太陽能的使用，設計的持續傾斜取決于其地理位置、太陽輻射的年度分布、直接輻射與漫射輻射之間的關系、供電要求和具體場地條件。在設計和安裝期間，當系統每年產生最大電力時，最佳安裝傾斜角度必須是傾斜角度。安裝傾斜設計不應太大，因為傾斜越高，構件的抗風壓力越大，構件支撐基礎和鋼結構的材質成本也就越高。分析本地太陽輻射源數據并安裝屋頂結構。安裝傾斜設計為35度，即光伏組件表面和地面水平排列為35度。組件固定為混凝土基礎和鋼結構。

3.支架及組件方陣間距的設計及安裝

（1）方陣間距設計

該項目正在中國北方、北半球、太陽輻射最大量計劃的南北方向實施。確定手指骨骼的傾斜角度后，為了避免前后陰影，必須從北向南建立前后骨骼之間的合理距離，通常使用當天的實際照明時間（上午9：00到下午3：00）作為前后距離的計算方法。計算公式如下安裝固定矩形陣列后，斜度不會調整。光伏陣列安裝前后的最小間距d計算如下：

D=（H÷tanα）□cosβ（1）

在公式（1）中，β是太陽的方位角;α是太陽的仰角（根據局部緯度單獨計算）;h是太陽電池板的最大高度。根據公式（1），傾斜支架作為水平雙線光伏組件安裝，各組件之間間距為20mm，因此晶體硅固定支架組件的坡度寬度為2004mm.h=2004xsin35：1149mm，d-北-南=cosβxl：2500mm。

（2）支架及組件的安裝

安裝介質和部件時，必須滿足以下要求：重量輕、成本低、可靠性高和無損壞。因此，在生產零部件并滿足使用條件和環境條件時，環境要求意味著零部件能夠主要根據當地氣候承受風力發電。簡單的結構和快速安全的安裝不僅提高了系統安裝的效率。降低安裝成本。屋頂電站的輕型安裝方法可靠、易于建造、成本低、重量輕，可為光伏電站投資者、建造者和運營者帶來生產能力優化、工期縮短和投資成本降低等客觀經濟效益。

4.混凝土平屋頂載荷計算

如果分布式光伏電站安裝在屋頂上，首先要確?，F有屋頂滿足安裝要求，并考慮到屋頂的承載能力。視光伏系統的結構形式而定，本工程光伏系統安裝在用戶的混凝土平頂上，作為水泥基固定鋼支架，每個部件重18.5kg，光伏組件安裝在35傾角。單塊嵌板面積為1.64m□0.992m=1.62688321m2，傾斜角度為35的屋頂平面投影面積為1.33英寸，安裝支架、電纜、橋梁、水泥基腳、泥漿等輔助材料的單位總重量為1.33英寸。其承載能力為70.5千克，為70.5/1.33=53kg/m2，低于2kn/m2。

三、經濟可行性分析

1.投資方

根據國家發展改革委員會的通知（NDRC價格（2013年）），投資者可獲得0.42元/kwh的電費補貼，對于完全接入互聯網，可獲得較高的基準收入。例如，廣東省網上基本電價為0.98元/kWh，項目發電由南網廣東電網公司按光伏電站網上基本電價采購。此外，我國各省市的地方當局對分布式光伏發電項目實行了各種地方補貼政策。

2.建設成本

雖然建造光伏電站的單位成本與水力發電站或火力發電廠的單位成本沒有很大差別，但太陽能發電廠可以連續發電，而且只能在白天發電。因此，屋頂分布式光伏發電電站的建設成本相對較高。此外，光伏組件的成本占屋頂分布式光伏發電系統建設總成本的一半以上。如果屋頂結構是鋼筋混凝土，需要水泥樁安裝光伏組件，單位成本將增加約0.4元/瓦，光伏組件在建筑成本中所占份額將為50.63%，仍占總成本的一半以上。因此，為了最大限度地降低建筑成本，投資者通常單獨投標光伏組件，而不是將其列入建筑招標。

結束語

綜上所述，屋頂分布式光伏發電系統充分利用未使用的屋頂資源，在安裝設計中充分考慮到屋頂的承載能力，采用水泥基鋼梁支撐的輕型安裝方法設計安裝，而不破壞屋頂的防水層。滿足輕巧、低成本、可靠性和完整性要求。與此同時，對其投資預算和經濟效益的分析符合可持續發展原則和國家能源發展政策，并對減輕環境壓力和迅速發展地方經濟產生積極影響。

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