屋顶分布式光伏发电应用及展望

屋顶分布式光伏发电应用及展望

贾婷娴

身份证：32040219860930254X

分布式光伏并网发电是利用太阳能光伏电池组件将太阳能转化为直流电能，通过并网逆变器将其逆变为交流电能，直接输送到电网，由电网统一调配向用户供电的发电方式，是我国新兴产业与能源改革的重要战略方向。屋顶分布式光伏发电是一种利用建筑物屋顶上的太阳能资源进行光伏发电的方式，与集中式光伏发电不同，屋顶分布式光伏发电将光伏组件分散地安装在各个建筑物屋顶上，每个光伏组件都可以独立运行，并且可以自发自用，余量上网，充分利用太阳能资源，降低能源成本和环境压力，提高能源安全，促进智能电网发展。

1  屋顶分布式光伏发电的应用场景

屋顶分布式光伏发电场地选择灵活，而且是利用太阳能发电，是一种清洁无污染的绿色能源，非常适合在有大量的写字楼楼顶、大型住宅片区、工业厂房等建筑物屋顶进行搭建，尤其对于地势低、城市化率较高的地区有更加明显的优势。

1.1  城市中的应用

城市中的住宅、商业和工业建筑屋顶是分布式光伏发电的重要应用场所。在这些建筑屋顶上安装光伏组件，不仅可以满足建筑内部的电力需求，降低用电成本，还可以在电力富余时将电能卖给电网，为业主带来额外的经济收益。对于住宅建筑，由于屋顶面积有限，通常安装的光伏组件规模较小，但足以满足一般家庭的日常用电需求。对于商业和工业建筑，由于其屋顶面积较大，可以安装更大规模的光伏组件，产生的电能不仅可以满足建筑自身的用电需求，还可以为周边的住宅或公共设施提供电力。此外，分布式光伏发电系统还可以与储能系统相结合，将多余的电能储存起来，在电力需求高峰或电网故障时释放出来，提高电力系统的稳定性和可靠性。

1.2  乡村中的应用

乡村屋顶同样是分布式光伏发电的重要应用场所。在乡村地区，住宅和农业设施的屋顶面积通常较为宽敞，这为安装光伏组件提供了良好的条件。通过在乡村住宅的屋顶上安装光伏组件，居民们可以利用太阳能发电，满足自家的日常用电需求，如照明、家电使用等。这不仅可以降低居民的电费支出，还能在电力供应不稳定或缺乏的地区提供可靠的电力来源。同时，农业设施的屋顶也是分布式光伏发电的潜在应用场所。农业大棚、畜禽舍等农业设施的屋顶面积较大，安装光伏组件可以有效地利用这些空间。通过发电，可以为农业设施提供所需的电力，满足灌溉、通风、照明等农业生产需求。此外，乡村地区通常具备较好的太阳能资源，阳光充足，这为光伏发电提供了有利的条件。利用太阳能进行发电，不仅可以减少对化石燃料的依赖，降低碳排放，还能为乡村居民和农业生产提供清洁、可再生的能源。

1.3  工业园区中的应用

工业园区是电力需求量非常大的区域，而分布式光伏发电可以作为一种重要的补充能源来满足这种需求。在工业园区的厂房、仓库等建筑屋顶上安装光伏组件，不仅可以为工业园区提供稳定的电力支持，还可以带来一系列的经济和环境效益。首先，分布式光伏发电可以满足工业园区的电力需求。由于工业园区通常集中了大量的企业和生产线，电力需求量巨大。通过利用太阳能进行发电，可以有效地缓解电网的供电压力，保证工业园区的正常运营。其次，分布式光伏发电可以降低能源成本。相比于传统的电力购买方式，光伏发电具有更低的成本，工业园区通过安装光伏组件并自行发电，可以减少对外部电力的依赖，从而降低能源采购成本，提高企业的竞争力。最后，分布式光伏发电还可以减少碳排放。太阳能是一种清洁、可再生的能源，利用太阳能进行发电不会产生任何污染物和温室气体排放，这对于工业园区来说，不仅可以改善环境质量，还可以提升企业的环保形象，符合可持续发展的要求。

2  屋顶分布式光伏发电的构成及特点

2.1  屋顶分布式光伏发电系统构成

屋顶分布式光伏发电系统主要由光伏电池板、直流汇流箱（可选）、控制器、逆变器、电表等组成。光伏电池板是分布式光伏发电系统的核心部分，负责将太阳能转化为直流电能，通常安装在建筑物的屋顶或空地上，以最大限度地接收太阳能。直流汇流箱用于将多个光伏电池板产生的直流电汇集在一起，然后传输到逆变器。控制器在分布式光伏发电系统中起着关键作用，它负责监测系统的运行状态，并根据需要调整光伏电池板的输出功率；此外，控制器还可以防止电池过充和过放，从而保护系统的安全。逆变器将光伏电池板产生的直流电转换为交流电，以便与电网或本地负载相匹配；逆变器还可以提供有功和无功功率控制，以及并网或孤岛运行模式下的保护功能。电表用于测量和记录分布式光伏发电系统的发电量、用电量等数据，这些数据对于评估系统的性能、诊断问题以及制定维护计划至关重要。

2.2  屋顶分布式光伏发电的特点

基于屋顶分布式光伏发电的发电原理与应用场景，其主要特点是发电用电并存、输出功率小、清洁无污染和优异的负荷调峰能力。

第一，分布式光伏发电系统能够实现发电和用电的并存，在阳光充足的时候，系统可以产生足够的电能供建筑物使用，同时还可以将多余的电能储存起来或回馈到电网中；当阳光不足或夜晚时，系统可以从电网中获取电能，确保建筑物的正常用电。第二，由于分布式光伏发电系统通常安装在建筑物的屋顶上，其规模相对较小，因此输出功率也相对较小，这使得系统更适合于满足建筑物的部分电力需求，而不是作为大型电力供应系统。第三，光伏发电是一种清洁、无污染的能源利用方式，在发电过程中，不会产生任何有害物质或温室气体排放，对环境没有负面影响；此外，利用太阳能还可以减少对化石燃料的依赖，降低能源消耗和碳排放。第四，分布式光伏发电系统具有优异的负荷调峰能力。在用电高峰期，系统可以优先使用自己产生的电能，减少对电网的依赖，从而缓解电网的负荷压力；同时，系统还可以根据建筑物的实际用电需求进行灵活调整，实现电能的合理分配和利用。

3  屋顶分布式光伏发电的经济效益与社会效益

从经济效益来看，屋顶分布式光伏发电可以降低用电成本。由于光伏组件直接安装在建筑物的屋顶上，不需要占用额外的土地资源，因此可以就近获取发电量，减少电能的传输和分配损失；此外，随着光伏技术的不断进步和成本的降低，屋顶分布式光伏发电的投资回报率也在逐渐提高，使得更多的用户和企业能够享受到清洁能源带来的经济效益；同时，分布式光伏发电还可以为建筑物提供备用电源，在电网故障或停电的情况下，光伏发电系统可以继续为建筑物提供电力，保障关键设施的正常运行，避免经济损失。

从社会效益来看，屋顶分布式光伏发电的推广有助于促进能源消费结构的转型，减少化石能源的消耗，降低温室气体排放，从而减缓全球气候变化的影响；此外，这种发电方式还可以提高能源供应的安全性和可靠性，减少对外部能源的依赖，保障国家能源安全；同时，分布式光伏发电的普及还可以创造就业机会，促进经济发展，在光伏组件的生产、安装、维护等环节都需要大量的劳动力参与，因此可以为当地创造更多的就业机会，带动相关产业的发展。

4  屋顶分布式光伏发电未来前景展望

2020年9月，中国向世界宣布了力争于2030年前实现二氧化碳排放达到峰值、2060年前实现碳中和的“双碳”目标。这一目标的实现需要全社会各行业、各部门的共同努力，其中电力系统的转型是关键环节之一。屋顶分布式光伏发电以其灵活的安装方式、较低的投资成本、可再生的能源特性等特点，成为电力系统转型中的重要组成部分。在“双碳”目标的推动下，屋顶分布式光伏发电的快速发展成为必然趋势，国家陆续出台了一系列支持分布式光伏发电发展的政策，包括补贴政策、税收优惠政策、并网政策等，为分布式光伏发电的快速发展提供了有力保障。同时，随着技术的不断进步和成本的持续降低，分布式光伏发电的市场前景也将更加广阔。

当然，屋顶分布式光伏发电技术也面临着一些挑战。首先是成本问题，光伏发电的初始设备投资相对较高，包括光伏组件、逆变器、支架、电缆等硬件成本，以及设计、安装、调试等软性成本。这些投资需要在较长的运营周期内逐渐回收。除了初始投资，还有维护、修理、保险等持续性的运营成本。当然，随着技术的进步和规模效应的实现，这些成本有望在未来逐渐降低。其次是技术问题，主要体现在光伏电池效率和系统的稳定性与可靠性方面。虽然目前光伏电池的效率已经得到了显著提升，但仍有进一步提升的空间，科研机构和企业正在不断研发新材料、新工艺，以提高光伏电池的转换效率。另外，屋顶分布式光伏发电系统的稳定性与可靠性对于其长期运行至关重要。在这方面，需要关注设备的耐候性、抗腐蚀性、电气安全等问题，并通过优化设计和选用高质量的设备来提高系统的稳定性和可靠性，包括光伏电池的效率提升、发电系统的稳定性和可靠性等方面的持续改进。最后是政策问题。目前许多国家和地区已经出台了针对光伏发电的补贴政策，以降低用户的投资成本，然而随着光伏发电技术的成熟和成本的降低，这些补贴正在逐渐减少或取消，这可能对光伏发电的推广产生一定影响。制定和完善光伏发电相关的法规和标准对于规范市场秩序、保障投资回报具有重要意义，政府和相关机构应积极推动法规标准的制定和实施，为光伏发电的发展提供有力保障。屋顶分布式光伏发电的接入电网和电价政策也是影响其发展的关键因素，政府应制定合理的电网接入政策，简化接入流程，降低接入成本，同时也要制定合理的电价政策，保障光伏发电的经济效益。