淺談某辦公樓離網(wǎng)式光伏儲(chǔ)能發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)

孫建鵬

（上海電氣電站環(huán)保工程有限公司，上海 201199）

光伏發(fā)電技術(shù)以能源的清潔性、建設(shè)的便利性，目前，得到了廣泛的發(fā)展與應(yīng)用。在光伏發(fā)電技術(shù)中，多數(shù)以并入電網(wǎng)的形式運(yùn)行，包括大型光伏電站，利用建筑物屋頂或外立面的光伏發(fā)電。根據(jù)光伏發(fā)電容量，以不同的電壓等級(jí)并入電網(wǎng)，提高了用電的可靠性。

在部分偏遠(yuǎn)地區(qū)，電網(wǎng)的接入較困難。光伏發(fā)電多以離網(wǎng)方式（不并入電網(wǎng)）運(yùn)行，對(duì)可靠性有較高要求的用戶，多采用光伏+儲(chǔ)能形式運(yùn)行。

1 工程背景

某辦公樓位于上海市松江區(qū)，建筑物尺寸為38.5m×15.6m×18.5m，為6 層辦公建筑。本次做屋頂花園改造，規(guī)劃在屋頂塔樓設(shè)置具有示范作用的光伏發(fā)電系統(tǒng)，為屋頂花園用電設(shè)備供電。

該辦公樓（編號(hào)為B 樓），配電間位于于1 樓，電源為380V/50Hz，引自同園區(qū)A 樓，與電網(wǎng)結(jié)算電量的電能計(jì)量表計(jì)設(shè)在A 樓。

因B 樓供電系統(tǒng)與其他建筑連接，且沒有獨(dú)立的電能計(jì)量表戶號(hào)，按照目前規(guī)定，不能辦理設(shè)置并網(wǎng)式光伏發(fā)電系統(tǒng)。因此，設(shè)置離網(wǎng)式光伏儲(chǔ)能發(fā)電系統(tǒng)是比較好的選擇。

2 離網(wǎng)式光伏儲(chǔ)能發(fā)電系統(tǒng)

2.1 系統(tǒng)構(gòu)成

如圖1 所示，離網(wǎng)式光伏儲(chǔ)能發(fā)電系統(tǒng)由光伏發(fā)電組件、控制器、蓄電池、逆變器和交流負(fù)載組成。

光伏組件吸收太陽能，轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟娔埽?jīng)逆變器轉(zhuǎn)換為交流電，供交流用電負(fù)荷使用。蓄電池作為儲(chǔ)能元件，在光照良好時(shí)，儲(chǔ)存電能；在光照不足時(shí)，放電供負(fù)載使用，提高了供電可靠性?？刂破鞅O(jiān)測(cè)并調(diào)整系統(tǒng)運(yùn)行工況。

2.2 用電負(fù)荷

本項(xiàng)目用電負(fù)荷為屋頂花園觀光走廊內(nèi)空調(diào)。多聯(lián)機(jī)空調(diào)，設(shè)備功率為2.7kW/臺(tái)，共2 臺(tái)?？傆秒姽β蕿?.4kW。

2.3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

（1）裝機(jī)容量計(jì)算。根據(jù)各地太陽能資源條件和建設(shè)成本，我國分為三類太陽能資源區(qū)，如表1 所示。根據(jù)表1可知，上海為III 類資源區(qū)，年等效利用小時(shí)數(shù)按照1200小時(shí)考慮。

圖1 離網(wǎng)式光伏發(fā)電系統(tǒng)原理圖

按照用電負(fù)荷每天工作8 小時(shí)考慮，每天需要用電5.4×8=43.2kWh，則與用電負(fù)荷配套的光伏系統(tǒng)裝機(jī)容量為：

選用高效單晶硅340wp 光伏組件，需39 塊光伏板，39×340=13.26kW 裝機(jī)容量Pz=13.26kWp。

如圖2 所示，光伏組件布置于東側(cè)塔樓頂部。

圖2 光伏組件布置圖

（2）蓄電池選型。目前，在光伏儲(chǔ)能系統(tǒng)中，多使用鉛酸蓄電池，具有較高的性價(jià)比。本項(xiàng)目選用12V/200AH膠體鉛酸蓄電池30臺(tái)。充滿后可放電：12×200÷1000×30×0.714=51.408kWh，可以滿足用電負(fù)荷的使用。

（3）控制器及逆變器選型。最大功率點(diǎn)跟蹤控制器MPPT（Maximum Power Point Tracking）太陽能控制器，能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)太陽能板的發(fā)電電壓，并追蹤最高電壓電流值，使系統(tǒng)以最大功率輸出對(duì)蓄電池充電。

本項(xiàng)目控制器選用DC120V/120A，最大太陽能輸入功率14.4kW 的MPPT 太陽能控制器。

逆變器選用離網(wǎng)型光伏逆變器， 功率15kW，380V/50Hz，效率為93%。

如圖3 所示，蓄電池、控制器、逆變器放置于6 層的蓄電池室。12V/200AH 鉛酸蓄電池尺寸約522×240×216mm（L×W×H），放置于電池架上。電池架每層放置10 塊蓄電池，共布置3 層，尺寸約1450×1150×900mm（L×W×H）?？刂破鳌⒛孀兤骱团潆娤鋻靿Σ贾?。

圖3 蓄電池室布置圖

（4）匯流箱和配電箱。光伏組件13 個(gè)一串，共3 串，以光伏專用直流電纜，接入?yún)R流箱，經(jīng)匯流箱再接入逆變器整流為380V、50HZ 交流電。然后，經(jīng)交流電力電纜，接入配電箱，為用電負(fù)荷提供電力。匯流箱布置于光伏組件下方，配電箱在蓄電池室內(nèi)掛墻布置。

（5）電纜及線槽。本項(xiàng)目直流電纜采用光伏專用PV1-F4mm2直流電纜；逆變器到配電箱的交流電纜采用ZR-YJV-0.6/1kV-4×16mm2， 配 電 箱 饋 線 采 用ZR-YJV-0.6/1kV-4×4mm2。屋面電纜敷設(shè)采用100×100mm 熱鍍鋅線槽。

表1 太陽能資源區(qū)劃分表

（6）防雷接地。本項(xiàng)目防雷接地利用建筑物原有防雷。

接地系統(tǒng)，并在陣列周邊敷設(shè)一圈25×4mm 熱鍍鋅扁鋼作為防雷接地網(wǎng)，與建筑原有防雷接地系統(tǒng)可靠焊接。光伏組件之間采用6mm2BVR 導(dǎo)線連接后，采用螺栓與接地扁鋼可靠連接。橋架、匯流箱外殼、光伏組件支架均與防雷接地網(wǎng)可靠連接。

蓄電池室內(nèi)設(shè)40×4mm 熱鍍鋅扁鋼作為接地干線，與建筑物接地系統(tǒng)連接?？刂破?、逆變器、蓄電池支架、配電箱外殼均可靠連接于室內(nèi)接地干線。匯流箱、逆變器、控制器、配電箱內(nèi)設(shè)置浪涌保護(hù)器。

（7）支架安裝。本項(xiàng)目光伏組件支架，采用底部整體連接方案。在支架底部設(shè)置通長連接桿，使單排支架成為整體，并在通長連接桿的兩側(cè)，采用化學(xué)錨固螺栓，固定與兩側(cè)的女兒墻上，增加支架的穩(wěn)固性。

（8）其他需說明的問題。①12V/200AH 鉛酸蓄電池每塊重量約55kg，蓄電池架安放處的樓面荷載約為：55×30×9.8/1.45×1.15=9.7kN/m2，根據(jù)GB50009-2001《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》表4.1.1 規(guī)定，民用建筑樓面均布活荷載標(biāo)準(zhǔn)值為2.0kN/m2。蓄電池架安放處的樓面荷載超標(biāo)，因此，需采取蓄電池架安放處局部樓面結(jié)構(gòu)的加固措施，如補(bǔ)充鋼梁支撐。②蓄電池室應(yīng)通風(fēng)防火措施。可配置排風(fēng)扇、火警探測(cè)器及干粉滅火器。蓄電池室應(yīng)進(jìn)行例行巡視。③鉛酸蓄電池壽命一般為3 ～5 年，使用中若發(fā)現(xiàn)蓄電池性能明顯衰耗，需要進(jìn)行更換。

3 工程量清單

本項(xiàng)目工程量清單如表2。

表2 工程量清單

4 經(jīng)濟(jì)效益分析

本項(xiàng)目全年可發(fā)電：13.26×(1200 ～1600)=15912 ～21216kWh，按照上海市非居民用戶電價(jià)0.636 元/kWh 計(jì)算，每年可節(jié)約的電費(fèi)為：0.636×（15912 ～21216）=10120～13493 元。

5 結(jié)語

本文闡述了某辦公樓離網(wǎng)式光伏儲(chǔ)能發(fā)電系統(tǒng)的工程設(shè)計(jì)內(nèi)容。從項(xiàng)目特點(diǎn)、系統(tǒng)構(gòu)成、裝機(jī)容量計(jì)算、主要設(shè)備選型、設(shè)備布置安裝、需注意的相關(guān)問題、工程量及項(xiàng)目效益等方面進(jìn)行了論述，給出了較完善的解決方案，希望能對(duì)遇到類似工程設(shè)計(jì)的同仁提供參考。

光伏發(fā)電當(dāng)前應(yīng)用比較廣泛。工程應(yīng)用主要集中于幾個(gè)方面：（1）大型光伏發(fā)電站，在太陽能資源豐富地區(qū)，建設(shè)大規(guī)模光伏發(fā)電，并結(jié)合特高壓電網(wǎng)傳輸電能，逐漸成為當(dāng)今電力系統(tǒng)重要組成部分；（2）居民用戶屋頂光伏發(fā)電，滿足居民自家用電的基礎(chǔ)上，余電上網(wǎng)，還能發(fā)電經(jīng)濟(jì)收益，也成為越來越多居民的選擇；（3）離網(wǎng)型光伏儲(chǔ)能發(fā)電系統(tǒng)，在電網(wǎng)引入不便的偏遠(yuǎn)地區(qū)及并網(wǎng)政策不允許的條件下，離網(wǎng)型光伏儲(chǔ)能發(fā)電系統(tǒng)，可以為用戶的電力使用需求提供很好的選擇。隨著蓄電池技術(shù)及光伏組件技術(shù)的發(fā)展，離網(wǎng)型光伏儲(chǔ)能發(fā)電系統(tǒng)的可靠性、效率和經(jīng)濟(jì)性，必將得到進(jìn)一步的提高。