屋顶分布式光伏系统发电量测算研究

屋顶分布式光伏系统发电量测算研究

袁东波

（广东省建筑科学研究院集团股份有限公司，广东，广州，510500）

【摘要】文章通过分析屋顶分布式光伏发电系统的主要组成来研究影响发电量的因素，提出屋顶分布式光伏系统的发电量测算模型，并通过中山市某大型分布式光伏发电系统的对测算模型进行验证，为屋顶分布式光伏系统的设计优化和投资决策提供一定的参考意义。

【关键词】分布式光伏；发电量；测算

引言

分布式光伏发电特指在用户场地附近建设，运行方式以用户侧自发自用、多余电量上网，且在配电系统平衡调节为特征的光伏发电设施。分布式光伏发电遵循因地制宜、清洁高效、分散布局、就近利用的原则和特点使其成为国家政策大力推广的光伏利用方式，也是光伏运营商的投资热点之一。发电量是评价光伏发电系统项目质量的最重要指标之一，也是影响光伏发电项目的经济性的最重要因素之一。

当前屋顶分布式光伏发电系统设计方案中[1-2]，发电量主要是通过项目容量、水平面辐照总量与系统综合效率系数的乘积来估算，如下公式所示。

实际的屋顶形式和方位及分布式光伏发电系统的设计都具有多样性，因此水平面辐照总量及系统综合效率系数都存在较大偏差，难以准确预测屋顶光伏发电系统的发电量。文章通过分析屋顶分布式光伏发电系统的各个重要组成部分对发电量的影响做定量分析，提出发电量的测算模型，并通过中山某大型分布式光伏电站[3]对测算模型进行实例验证，为屋顶分布式光伏系统的设计优化和投资决策具有参考意义。

1．屋顶分布式光伏发电系统

国内的屋顶形式主要有砼屋面和彩钢瓦屋顶，砼屋面主要是商业、公共事业等建筑采用屋面形式，彩钢瓦屋面主要是工业厂房采用的屋顶形式。砼屋面分布式光伏发电系统一般采用混凝土浇筑支墩，并采用南向最佳倾角的光伏组件固定铺设形式。彩钢瓦屋面分布式光伏发电系统一般采用夹具固定、顺坡铺设的组件安装方式。砼屋面和彩钢瓦屋面的分布式光伏发电系统的安装方式如下图1所示。

图1.砼屋面和彩钢瓦屋面分布式光伏系统的典型组件安装

光伏发电系统一般根据采用的逆变器形式不同分为集中型光伏发电系统和组串型光伏发电系统。采用大型集中式逆变器的集中型光伏发电系统一般适用于大型的荒漠荒滩光伏电站，而采用组串式逆变器的组串型光伏发电系统一般适用于山地光伏电站和屋顶分布式光伏发电系统。采用组串式逆变器的屋顶分布式光伏发电系统如下图2所示。

图2.采用组串式逆变器屋顶分布式光伏系统示意图

如上图所示，采用组串式逆变器的屋顶分布式光伏发电系统的主要组成部分有光伏阵列、光伏电缆、组串式逆变器、交流汇流箱、交流电缆、隔离变压器、并网配电柜等。光伏阵列、光伏电缆、组串式逆变器、交流电缆及隔离变等是影响光伏发电系统发电量的主要部件。

2．发电量测算

2.1发电量影响因素[4-6]

1）光伏阵列

光伏阵列是接收太阳辐照及光电转换的核心部件，输出电量是光伏阵列受各影响因素的综合。影响光伏阵列输出电量估算公式如下：

2）光伏电缆

光伏电缆是光伏阵列和光伏逆变器的连线，光伏电缆影响发电量主要是线缆电压损耗，因此光伏电缆损耗系数为

——组串逆变器额定输出电压（V）

交流汇流箱与隔离变压器之间的交流电缆损耗系数为

2.2发电量计算模型

3．实例演算

中山市某分布式光伏发电项目总装机容量超过50MWp，于2015年8月并网发电，现取其中5#并网点的2016年1-5月作为实例演算对象。

3.15#并网点基本情况

1）容量为5419.26kWp，其中南坡2929.185kWp，北坡2490.075kWp。采用多晶硅组件，安装倾角为3°，阵列方位角为正南和正北。单块组件容量为255Wp，首年组件转换衰减率?AZ=0，多晶硅组件在珠三角地区的辐照利用率统计值为99.9%；21块组件为一串，因此组串的额定输出功率Pstr=5355W，组串额定工作电压为UEAZ=660V。

2）逆变器额定输出功率为PINV=40kw，最大功率跟踪效率为?MPPT=99.5%，综合转换效率?INV=98.5%，额定输出电压为UINV=480V。

3）交流汇流箱为六进一出，额定输出功率为PABUS=240KW。

4）隔离变压器为升压变压器，额定输出功率为=1000kW，额定输出电压为=10KV，变压器的效率?TEF=90%。

5）光伏电缆和交流电缆都是铜芯电缆，因此。

光伏电缆的截面积为Sdcc=4mm2，平均长度Ldcc=60m。

组串式逆变器与交流汇流箱之间的交流电缆截面积为Sacc1=16mm2，平均长度为Lacc1=100m。

交流汇流箱与隔离变压器之间的交流电缆截面积为Sacc2=150mm2，平均长度为Lacc2=150m。

隔离变压器与并网配电柜之间的交流电缆截面积为Sacc3=95mm2，平均长度为Lacc2=300m。

6）根据以往项目经验，故障率为0.5%。

3.2阵列1-5月发电量预测

4）测算值与实际发电量比较

#5并网点实际发电量ERL与测算值EAP比较如下表6和图3所示：

图3发电量测算值及实际值比较

由表6和图3可知，发电量测算值与实际值之间的误差在2.41%以内，文章提出的测算模型具有较高的适用性和参考价值。

4．结论

文章通过分析屋顶分布式项目的主要组成部分，并对其影响发电量的因素做详细分析后提出改进型的发电量测算模型。通过中山某大型分布式光伏发电系统对提出的测算模型进行实例验证，验证该模型的适用性和准确性，为屋顶分布式光伏系统的设计优化和投资决策提供以下参考建议。

1）太阳辐照资源、组件阵列倾角、组件表面清洁度、组件温度、线缆损耗、逆变器转换效率等是影响屋顶分布式光伏项目发电量的重要因素。

2）项目地太阳辐照资源及温度是影响发电量预测的基础数据，因此要获取可靠的一手资料。

3）组件表面清洁度、主要设备故障率等也是影响项目发电量的重要因素，因此仔细考察项目的污染程度，并加强设备采购和项目运维[7]。

参考文献：

[1]徐静,陈正洪,唐俊等.建筑光伏并网发电系统的发电量预测初探[J].电力系统与控制,2012,40(18).

[2]李芬,陈正洪,成驰.太阳能光伏发电量预报方法的发展[J].气候变化研究进展,2011,7(2).

[3]南方电网启动建设全球最大单厂分布式光伏项目[J].电世界,2014(11).

[4]俞晟,罗刚.影响并网光伏系统发电量的因素[J].建筑电气,2014(11).

[5]王少义,李英姿,王泽峰.太阳能光伏并网系统发电量预测方法[J].北京建筑工程学院学报,2013,19(1).

[6]任远,王佳,周小平.面向光伏建筑的发电量预测方法[J].可再生能源,2014,32(7).

[7]孙晨曦.光伏电站的运维管理[J].广东科技,2014(24).