屋頂分布式光伏發(fā)電技術(shù)應(yīng)用分析
——以海南省洋浦地區(qū)為例

◇中石化新星（北京）新能源研究院有限公司鄭州分公司 方偉 賈艷雨 李宏武 韓裕棟

海南省光照資源豐富，光伏發(fā)電小時(shí)數(shù)位居全國前列，較適宜開發(fā)建設(shè)光伏電站。相對于集中式光伏電站，屋頂分布式光伏電站具有不占用土地、屋頂所在企業(yè)就地并網(wǎng)及消納等優(yōu)點(diǎn)，近年來被廣泛推廣應(yīng)用。本文在分析海南省洋浦太陽能資源及光伏發(fā)展條件的基礎(chǔ)上，提出光伏發(fā)電主要設(shè)備選型方案，分析了分布式光伏發(fā)電項(xiàng)目效益及應(yīng)用情況，為開發(fā)建設(shè)屋頂分布式光伏電站應(yīng)用具有指導(dǎo)意義。

1 海南省太陽能資源及光伏發(fā)展條件

（1）太陽能資源分布情況。海南省光照時(shí)間長、強(qiáng)度高、空氣清潔度好，陽光穿透性強(qiáng)。由于海南省處于我國最南部，地理緯度低，太陽總輻射量大，大部分地區(qū)太陽能資源屬B類，局部可達(dá)到A類，全省除中部山區(qū)因云霧而日照較少（約1750h）外，西部、南部地區(qū)達(dá)2400-2600h，其他大部分地區(qū)年日照時(shí)數(shù)均大于2000h。海南省各地以直接太陽光輻射為主，直接輻射比大于0.5，直射輻射量大（見圖1）。據(jù)估算，全省光伏總儲(chǔ)量約4.76x104GWh/年，可開發(fā)量約0.3565×104GWh。

圖1 海南省年太陽總輻射分布

洋浦經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)地處海南省西北部，根據(jù)Meteonorm軟件提供的工程代表年太陽輻射資料，可以得出太陽輻射量年內(nèi)變化情況（見圖2）。太陽輻射的年內(nèi)變化較大，其數(shù)值在324MJ/m2～637.2MJ/m2之間，月總輻射從3月開始增加，7月達(dá)全年最高值，數(shù)值為637.2M J/m2，12月為全年最小值，數(shù)值為324M J/m2。

圖2 海南省洋浦地區(qū)Meteonorm工程代表年太陽月平均輻射量變化

（2）光伏發(fā)電項(xiàng)目發(fā)展條件。集中式光伏電站和分布式光伏電站是光伏發(fā)電項(xiàng)目的兩種重要類型。集中式光伏電站開發(fā)主要受規(guī)劃指標(biāo)、土地條件、政策條件、電力接入條件的影響，分布式光伏建設(shè)主要受屋頂資源、自發(fā)自用消納比例等因素的影響，而且分布式光伏開發(fā)方面主要是積極鼓勵(lì)利用產(chǎn)業(yè)園區(qū)、集中連片建筑屋頂?shù)冉ㄔO(shè)分布式光伏項(xiàng)目。海南省規(guī)模以上工業(yè)企業(yè)絕大部分位于洋浦經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)，其屋頂資源豐富，企業(yè)用電量普遍較大。據(jù)調(diào)查，至2025年洋浦地區(qū)工業(yè)廠房屋頂裝機(jī)分布式光伏潛力預(yù)計(jì)達(dá)60MW以上，2030年可實(shí)現(xiàn)裝機(jī)分布式光伏潛力預(yù)計(jì)達(dá)200MW以上，可供應(yīng)2.4億千瓦時(shí)清潔電力。目前洋浦地區(qū)企業(yè)建設(shè)屋頂分布式光伏電站較少，屋頂處于閑置狀態(tài)，無法產(chǎn)生效益，同時(shí)受碳減排壓力較大，因此因地制宜發(fā)展屋頂分布式光伏項(xiàng)目成為洋浦地區(qū)工業(yè)企業(yè)的首選。

2 光伏發(fā)電主要設(shè)備選型

（1）光伏組件。目前市場光伏組件主要是晶體硅組件。由于屋頂面積的限制，為最大限度擴(kuò)大裝機(jī)規(guī)模，提高發(fā)電量，優(yōu)先選擇單位面積功率大的光伏組件，同時(shí)也可減少施工量及電纜等相關(guān)材料的用量，系統(tǒng)的整體損耗將降低，同時(shí)也可降低項(xiàng)目整體建設(shè)費(fèi)用。由于光伏發(fā)電半片技術(shù)具有降低組件內(nèi)部電流傳輸損耗的特性，輻照越高電池串電流越高，半片技術(shù)降低的發(fā)電損失就越多。再者，光伏發(fā)電半片組件具有有效抵御陰影遮擋及內(nèi)部的熱損耗的能力，發(fā)生熱斑現(xiàn)象的概率變的相對更小，因此目前分布式光伏項(xiàng)目通常選用半片光伏組件。自2019年以來，光伏發(fā)電組件半片技術(shù)越來越成熟，采用半片技術(shù)的組件市場占有率越來越高。

（2）逆變器。光伏逆變器是將光伏太陽能板產(chǎn)生的可變直流電壓轉(zhuǎn)換為市電頻率交流電的逆變器，可以反饋回商用輸電系統(tǒng)，或是供離網(wǎng)的電網(wǎng)使用。屋頂光伏發(fā)電一般采用組串式逆變器和集中式逆變器兩種光伏逆變器。組串式逆變器采用支架明裝方式，無需逆變器室，既省去子方陣逆變器室或箱體基礎(chǔ)的土建費(fèi)用，又大大降低了施工難度，提高了施工進(jìn)度。組串式逆變器具有多路MPPT，可減少降低組串不匹配問題，提高運(yùn)行效率。組串式逆變器維修方便，維修時(shí)相對集中式逆變器涉及的組串?dāng)?shù)較少，且電量損失較少，對于屋面較分散的光伏項(xiàng)目推薦使用組串式逆變器。集中式逆變器集成度高，功率密度大，成本相對較低，安全性較高，而且集中式逆變器數(shù)量少，便于管理，若并網(wǎng)項(xiàng)目采用10KV并網(wǎng)，則逆變器推薦采用逆變升壓一體化機(jī)，穩(wěn)定性好且費(fèi)用較低。因此，屋面較集中的屋頂光伏項(xiàng)目逆變器推薦采用集中式逆變器。

3 光伏發(fā)電項(xiàng)目應(yīng)用

中石化新星（北京）新能源研究院有限公司在全國各地陸續(xù)開發(fā)大量的光伏發(fā)電項(xiàng)目，其中海南省洋浦地區(qū)開發(fā)的系列屋頂分布式光伏發(fā)電項(xiàng)目始于2020年，下面以X1和X2代表在洋浦地區(qū)開發(fā)的系列屋頂分布式光伏發(fā)電的兩個(gè)項(xiàng)目來說明光伏發(fā)電應(yīng)用情況。

（1）X1大型制造企業(yè)光伏發(fā)電項(xiàng)目。該光伏發(fā)電項(xiàng)目利用該新建廠房4萬平方米屋頂建設(shè)4MWp光伏電站（見圖3），采用自發(fā)自用、余電上網(wǎng)模式運(yùn)營，光伏組件采用445Wp單晶半片組件，10KV并網(wǎng)發(fā)電，逆變器采用2臺2000KW逆變升壓一體機(jī)。項(xiàng)目建成并網(wǎng)后，發(fā)電效率較高，前5個(gè)月發(fā)電量215萬度，超可研預(yù)測電量6%以上，達(dá)到設(shè)計(jì)要求。該項(xiàng)目平均每年可節(jié)約標(biāo)煤1466噸，相應(yīng)每年可減少多種大氣污染物的排放，其中減少二氧化碳約3880噸，二氧化硫約9.5噸，氮氧化合物約9噸，有效降低的碳排放量，同時(shí)也為企業(yè)進(jìn)行了電費(fèi)優(yōu)惠，降低了企業(yè)成本支出。

圖3 光伏組件現(xiàn)場鋪設(shè)

（2）X2石油公司光伏發(fā)電項(xiàng)目。該光伏發(fā)電項(xiàng)目利用該公司廠房3千平方米辦公樓等屋頂建設(shè)0.32MWp光伏電站，所發(fā)電量全部自用。光伏組件采用545Wp單晶半片組件，380V低壓并網(wǎng)發(fā)電，逆變器采用30及60KW組串式。項(xiàng)目已建成并網(wǎng)后，發(fā)電量滿足設(shè)計(jì)要求。該項(xiàng)目年均發(fā)電量41萬度，每年可節(jié)約標(biāo)煤125噸，減少二氧化碳約312噸，二氧化硫0.1噸，氮氧化合物約0.1t，對減輕環(huán)境污染有一定的促進(jìn)作用。

4 結(jié)束語

綜上，屋頂分布式光伏發(fā)電項(xiàng)目相對于集中式光伏電站具有不占用土地、無污染排放、綠色環(huán)保、發(fā)展?jié)摿Υ蟮葍?yōu)點(diǎn)，具有廣闊的發(fā)展前景。屋頂分布式光伏項(xiàng)目充分利用企業(yè)屋頂進(jìn)行光伏發(fā)電就地并網(wǎng)及消納，同時(shí)光伏發(fā)電項(xiàng)目電價(jià)由投資方和屋頂產(chǎn)權(quán)方協(xié)商確定，通常低于國家電網(wǎng)價(jià)格，能夠減輕用電企業(yè)的負(fù)擔(dān)。海南全省光照資源豐富，開發(fā)建設(shè)分布式光伏項(xiàng)目具有獨(dú)特天然優(yōu)勢，光伏發(fā)電是實(shí)現(xiàn)海南綠色低碳發(fā)展的重要途徑，是積極響應(yīng)國家提出“雙碳”目標(biāo)的有力措施。