房地产项目中分布式太阳能光伏发电系统设计及成本分析

具体来讲，分布式光伏是一种具有广阔发展前景的新型发电和能源综合利用方式，它区别于传统的集中式发电（火力发电等），倡导“就近发电、就近并网、就近转换、就近使用”的原则，不仅能够有效提供同等规模系统发电量，同时还能有效解决电力在升压或长途运输中的损耗问题。

根据CPIA（中国光伏协会）数据显示，2020 年我国大型集中式电站占比为67.8%，分布式电站占比为32.2%。但随着光伏在建筑等多领域的融合发展，叠加用户的应用规模，屋顶分布式光伏将加速发展，预计未来分布式光伏电站占比也将提升，成为今后的发展主流。

我国是太阳能资源相当丰富的国家，绝大多数地区年平均日辐射量在4kWh/m2.d以上，与同纬度的其它国家相比，和美国类似，比欧洲、日本优越得多。一、二、三类地区约占全国总面积的九成以上，年太阳辐射总量高于5000MJ/m2，年日照时数大于2000h，具有利用太阳能的良好条件。

太阳能资源是以太阳总辐射量表示的，一个国家或一个地区的太阳总辐射量主要取决所处纬度、海拔高度和天空的云量。根据《太阳能资源评估方法》（QX/T89-2008），太阳能资源丰富程度等级划带分布如下图所示。以太阳能年总辐射量为指标，对太阳能的丰富程度划分为4个等级，如下表所示。

一类地区：为中国太阳能资源最丰富的地区，日辐射量>5.1 KWh/m2。这些地区包括宁夏北部、甘肃北部、新疆东部、青海西部和西藏西部等地。尤以西藏西部最为丰富，最高达日辐射量 6.4KWh/㎡，居世界第二位，仅次于撒哈拉大沙漠。 

二类地区：为中国太阳能资源较丰富地区，日辐射量 4.1～5.1 KWh/m2。这些地区包括河北西北部、山西北部、内蒙古南部、宁夏南部、甘肃中部、青海东部、西藏东南部和新疆南部等地。 

三类地区：为中国太阳能资源中等类型地区，日辐射量 3.3～4.1 KWh/m2。主要包括山东、河南、河北东南部、山西南部、新疆北部、吉林、辽宁、云南、陕西北部、甘肃东南部、广东南部、福建南部、苏北、皖北、台湾西南部等地。 

四类地区：是中国太阳能资源较差地区，日辐射量<3.1KWh/m2。这些地区包括湖南、湖北、广西、江西、浙江、福建北部、广东北部、陕西南部、江苏北部、安徽南部以及黑龙江、台湾东北部等地。四川、贵州两省，是中国太阳能资源最少的地区，日辐射量只有2.5～3.2 KWh/m2。

目前，技术相对成熟的光伏组件主要包括晶体硅光伏组件、薄膜光伏组件以及高倍聚光型光伏组件三种。晶体硅光伏组件的代表性产品主要有单晶硅光伏组件（Mono-Si）和多晶硅光伏组件（Poly-Si）；目前的工程应用中，晶体硅光伏组件占主导地位。各光伏组件的性能见下表：

晶硅光伏组件应用较多的类型是多晶硅光伏组件及单晶硅光伏组件，两种组件的电性能、寿命等重要指标相差不大，执行的标准也相同，在工程实际应用过程中，无论单晶硅还是多晶硅电池都可以选用。在同样的布置场地面积下，单晶硅组件比多晶硅组件容量多约5%。

太阳能光伏组件，它的核心组成是电池片，组件的制作过程就是用封装材料对排版好的电池片方阵进行组装的过程。电池片用焊带进行串联排列成方阵，封装材料主要有背板、EVA、透光玻璃、铝边框和接线盒等。

目前光伏组件通常分为两种板型，60片串联(6片*10片)和72片串联(6片*12片)，组件短边都为6片电池，长边有10片和12片两种。这也就是为什么60片型组件与72片宽度都在991mm左右，而长度分为1650mm和1956mm左右。60片型组件单块面积约1.635平米，72片型组件单块面积约1.938平米。从重量上来看，通常常规背板60片组件在16kg~19kg，72片组件在23kg~26.5kg。

同时，相同功率组件，面积越大转换效率越低，比如某厂家60片单晶硅295W组件转换效率18%，而72片单晶硅335W组件虽然功率更大，但转换效率只有17.3%。

单晶硅光伏组件的功率规格较多，从5Wp到365Wp均有厂商生产，产品应用较为广泛。光伏组件的可靠性对整个电站的运行效益影响较大。需符合UL、IEC61215、TU-V及其他相关标准，保证光伏组件的质量。

（1）运行方式选择

光伏阵列的运行方式主要有固定式、单轴跟踪式和双轴跟踪式，光伏阵列运行方式不同，其建设成本及年发电量也不同。其中固定式的建设成本最低，受场地限制，固定式支架更适用于屋顶光伏项目。

（2）安装方位角和安装倾角

1）钢筋混凝土屋顶

对于钢筋混凝土建筑屋顶，结合建筑特点，以获取最大发电量为设计原则，光伏阵列推荐采用固定倾角方式安装。

（3）光伏支架选择

方阵支架设计应结合工程实际，合理选用材料、结构方案和构造措施，保证结构在运输、安装和使用过程中满足强度、稳定性和刚度要求，符合抗震、抗风和防腐等要求。布置于钢筋混凝土屋顶的光伏组件拟采用支墩式光伏支架系统，即型钢支架、混凝土支墩组合的安装方式，光伏组件通过螺栓固定于光伏支架之上，光伏支架通过螺栓固定于混凝土支墩上，光伏组件安装倾角为6度。

（4）光伏组件串联数量

光伏组件串的串联数主要是根据光伏组件参数、逆变器参数以及系统容量选取。主要按以下原则设计：

1）在运行环境下，光伏组件串的最大开路电压应小于光伏逆变器允许的最大直流输入电压；

2）在运行环境下，光伏组件串的最大工作电压应小于光伏逆变器MPPT电压最大值；

3）在运行环境下，光伏组件串的最小工作电压应大于光伏逆变器MPPT电压最小值。

光伏方阵中同一光伏组件串中各光伏组件的电性能参数宜保持一致，光伏组件串的串联数应满足以下两个公式：

由上述两个公式计算得到：23≤S≤24，由于组件串联电压越高，逆变器启动时间越长，且较高的电压可降低逆变器及电缆的损耗，因此，应在合理范围内尽量提高组件的串联数目。

目前国内外比较成熟的并网型逆变器规格分别为10kW、20kW、36kW、50kW、80kW、100kW、250kW、300kW、336kW、500kW、636kW、800kW、1000kW并网逆变器。

市场上主流的光伏并网逆变器类型有集中式逆变和组串式逆变。集中式解决方案目前广泛应用在大型地面电中，此类电站装机容量多在1MW以上大型电站。

组串型式并网逆变器解决方案目前广泛应用在分布式电站和小型地面电站中。

考虑组件安全性和既有建筑安全性时，风荷载取值参考规范《建筑结构荷载规范》（GB50009-2012），并考虑拟建光伏电站厂房建筑原设计风荷载为0.7kN/m2。

在建设投资费用上，光伏组件、汇流箱、逆变器、变配电等设备的费用较高，但这些设备设施是光伏电站的核心部件，不可或缺。

屋顶光伏发电系统单价约为每瓦5.5-8.5元，安装1千瓦的光伏面板约占面积8平方米，投资资金为5500元-8500元。大部分地区1千瓦的光伏发电系统每天约可发电4度，每年发电量约为1460度。

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