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有屋顶的地方就能光伏发电

????????来源: 恒宇新能源科技 吴海燕
我国是世界上能源消耗最大的国家之一,对传统能源过度依赖,同时新能源发展的速度相对不足,能源安全形势也越来越严峻。为此,近年来国家大力推动可再生能源,尤其是分布式发电的广泛应用。
国家发改委于2013年7月18日以发改能源[2013]1381号文件发布《分布式发电管理暂行办法》,并对分布式发电做了定义:本办法定义了分布式发电,是指在用户所在场地或附近建设安装、运行方式以用户端自发自用为主、多余电量上网,且在配电网系统平衡调节为特征的发电设施或有电力输出的能量综合梯级利用多联供设施。包括:风能、太阳能、生物质能、海洋能、地热能等新能源发电。分布式光伏发电特指采用光伏组件,将太阳能直接转换为电能的分布式发电系统。
在分布式太阳能光伏发电应用方面,国家2009年启动“金太阳示范工程 ”开始试点光伏装机补贴,2013年国务院发布《关于促进光伏产业健康发展的若干意见》(国发[2013]24号),正式开启了光伏大规模应用的市场。来自国家能源局的数据显示,截止2017 年底,分布式光伏新增装机19.44GW,是前五年装机量的总和,较之2016年增长3.7倍之多,其中浙江、山东、河北三省的分布式光伏新增装机占全国的45.7%,发展尤其迅猛。以下就涉及分布式光伏发电的几个问题进行简要浅析。
一、关于政策支持:
1、 国家补贴政策
2017年12月,国家发展改革委印发《关于2018年光伏发电项目价格政策的通知》,明确2018集中式和全额上网分布式标杆电价下调0.1元/千瓦时,自发自用余量上网分布式的度电补贴标准下调至每千瓦时0.37元(含税,下同),连续补贴20年,通过可再生能源发展基金予以支付,由电网企业转付;其中,分布式光伏发电系统自用有余上网的电量,由电网企业按照当地燃煤机组标杆上网电价收购。
2、 浙江省补贴政策
2013年9月,浙江省出台了《关于进一步明确光伏发电价格政策等事项的通知》,明确规定光伏发电项目所发电量,实行按照电量补贴的政策,补贴标准在国家规定的基础上,省再补贴0.1元/千瓦时。
二、 关于分布式光伏主要应用
1. 工业领域厂房
特别是在用电量比较大、通常厂房屋顶面积很大,适合安装光伏阵列;由于用电负荷较大,分布式光伏并网系统可以做到就地消纳,从而节省用户的电费。


2、市政等公共建筑物。
由于管理规范统一,用户负荷和商业行为相对可靠,安装积极性高,市政等公共建筑物也适合分布式光伏的集中连片式建设。


3、农业设施。
农村有大量的可用屋顶,包括自有住宅屋顶、蔬菜大棚、鱼塘等,农村往往处在公共电网的末梢,在农村建设分布式光伏系统可提高用电保障和电能质量。


4、工业园区的作用效果类似,由于园区建筑的特点,更有利于与安装光伏阵列,但是项目的实施中,往


往对建筑美观性有要求,按照商厦、写字楼、酒店、会议中心、度假村等服务业的特点,用户符合特性
一般表现为白天较高夜间较低,能够较好匹配光伏发电的特性。
5、光伏与建筑有机结合(BAPV)
所谓BAPV就是把光伏组件附着在建筑物表面上,以支架等形式固定安装在原有建筑的表面上。此类建筑一般采用晶体硅或非晶硅等太阳能电池为标准组件,通过预埋前置件、后置件在不破坏原有建筑的整体风格和建筑结构的情况下,安装在建筑的屋面上,实现发电功能。

??????????????? 图BAPV示意图
6、边缘海岛
沿海岛屿还有无数缺乏电力供应的人口,离网型光伏系统或与其他能源互补微网发电系统对于传统供电电力设施不到位的地方能够有良好的弥补。
三、 舟山开展与推广分布式光伏电站的太阳能资源优势
舟山市地处亚热带南缘,属东亚季风区,冬夏季风交替,四季分明,气温适中,雨水丰沛,日照充足,具有春湿、夏热、秋燥、冬冷的特点,因地处中纬度,夏令湿热多雨的天气比冬季干冷的天气短得多。年平均气温16.3摄氏度。年平均降水量1390毫米。年平均日照1987.9小时。由于光照丰富,从地理位置而言,舟山地区对太阳能的利用就变得更加充分。
美国NASA能源网 的数据表明,舟山气候10年平均值如下:
表1.2-2? 舟山市太阳辐射量10年平均值数据

从表1.2-2中可以看出,舟山市一年中总辐照量最少时段在冬季的11~3月份,辐射量在75.3.~102.0kWh/m2之间。最多的时段是在夏秋季节的5~8月份,日照辐射量在127.2~188.8kWh/m2之间,极大值出现在7月份,年有效日照时间为1430.9小时,平均每天的有效日照时间为3.92小时。
根据行业标准《太阳能资源评估方法》(QX/T89-2008)划定的等级,可知舟山市属于太阳能资源较丰富地区,适合开发太阳能的利用,日照辐射量满足光伏系统设计要求,发展与推广区域性光伏电站具有光照资源很丰富的较大优势。
四、关于屋顶分布式光伏发电系统的组成:
工商业光伏发电系统和普通户用的光伏系统类似,它是由组件、支架、汇流箱、配电柜以及并网逆变器等设备组成,其工作原理是在有太阳辐射的条件下,光伏发电系统的太阳能电池组件阵列将太阳能转换输出的电能,经过直流汇流箱集中送入直流配电柜,由并网逆变器逆变成交流电供给建筑自身负载,多余的电量可以并入电网。

工厂屋顶分布式光伏供电系统图
五、关于屋顶分布式光伏发电系统的投资方式:
业主可以采取全部自己出资、银行融资或者合同能源管理等方式安装光伏电站。近两年,随着国家支持政策不断出台,各地银行对光伏行业的态度也发生了根本性转变,最明显的特征就是越来越多的地方银行推出了针对光伏的“光伏贷”。
有数据表明,目前国内一共有41家银行推出了“光伏贷”,有了光伏贷之后,困扰工商业主的初始投资额太大的问题便可迎刃而解。
六、屋顶分布式光伏发电系统的静态投资回收期:
一般安装家用光伏电站,即使选择全额上网模式,7-8年也可以回收成本,年收益率超15%;对于用电大户的工商业来说,自发自用余电上网模式最划算,因为工商业用电价格普遍较高,基本在0.6-1元之间,远远超过光伏发电的度电成本,4-6年可以回收成本,年收益率甚至超过18%。
七、屋顶分布式光伏发电系统的收益来源及案例分析:
那么对于安装了光伏电站的工商业主来说,收益从哪里来?
主要源于如下三方面:
1、节省的电费
采用自发自用余电上网模式可以帮助企业省下更多的钱,降低企业运营成本。
2、国家补贴
分布式光伏电站每发一度电都可以获得国家的补贴,例如:项目能在2018年底前并网,则享受到的标准为0.37元/度,补贴20年。除了国家补贴,各地区也出台了相应补贴政策,比如浙江省的地方补贴标准为0.1元/度,补贴20年。
3、收益案例:
我们以舟山市北蝉工业区海力生为例来计算一下建立光伏电站的收益:
自发自用部分收益(节约的电费+补贴)=正常电价+国家补贴+浙江省补贴=0.8+0.42(海力生已于2017年12月完成并网,国家补贴为0.42元/瓦)+0.1=1.32元/度。
余额上网部分收益=燃煤标杆电价+国家补贴+浙江省补贴=0.4153+0.42+0.1=0.9353元/度。
显然是全部自用更加划算。
海力生安装4.1兆瓦的光伏电站,平均每天的有效日照时间为3.92小时,光伏并网系统效率为80%,首年的发电量达到450万千瓦时左右,全部自用的年收益将接近600余万元!

八、工业屋顶光伏发电的七大优势:
1、一些生产性企业屋顶少则几千平多则几万平,在工商业屋顶安装光伏后这些大面积闲置的场地变成了宝贵的资源,盘活了企业的固定资产,为企业增加更多收益。
2、为企业节省峰值电费(白天峰值发电最多),余电部分可以上网出售。
3、降低工厂内部温度,增加工作舒适性和夏天降温的成本。
4、可以较好的完成政府规定的节能减排指标。
5、不受资源分布地域的限制,利用建筑屋面的优势安全可靠,无噪声,无污染。
6、采用就近用户侧接入,不必远距离运输,避免长距离输电线路的损失。
7、太阳能发电系统建设周期短,获取能源花费的时间短方便灵活,可以根据负荷的增减,任意添加或减少太阳能方阵,避免浪费。
因为这些方面的优势,工商业光伏发电系统受到越来越多的关注,当下也成为一项趋势,对于业主、政府单位来说都是一举多得地好事。
九、冷库建筑进行安装光伏发电系统的可行性分析。
因为舟山特殊的地域性质,在工商业光伏运用中,我们现在以冷库建筑为例,进行安装光伏发电系统的可行性分析。
一直以来,舟山市的冷库建设发展十分迅速,高度、面积及规模也不断扩大。冷库的屋顶一般较平整且无较少附属物。冷库主要建设在空旷地带,周边无遮挡。比较适合安装光伏发电系统,更重要的是冷库的负荷曲线与光伏发电系统的发电曲线基本相近,安装光伏发电系统能有效地削峰。但是因为冷库的建筑特性,安装光伏发电系统时也应进行针对性的方案设计和施工组织。
从几个不同的角度分析冷库安装光伏发电系统的优缺点,及如何在设计、施工中避免对冷库的损害。
1、冷库安装光伏发电系统的优点
(1)隔离热能照射,减少建筑受热,降低能耗
冷库建筑需要极好的隔热性能,安装光伏组件后能有效隔离热能传递和辐射,有效降低建筑内部温度。
加州大学圣地亚哥分校(UCSD)的一项研究成果显示,光伏组件可为建筑物提供显着的降温效果。与暴露在外的屋顶相比,装配有光伏组件的建筑物天花板的温度要比没有安装光伏组件的区域低2.8摄氏度。

图1、加州大学圣地亚哥分校光伏建筑安装区域与温度对比图
光伏组件是将太阳辐射转换为电能的设备,一般光伏组件的转换效率为17%左右,也就是说每100份的太阳辐射有17份被转换成了电能。同时,光伏组件的玻璃及电池片具有极好的减反射功能,除了17份被转换成电能外,其余的太阳辐射基本上转化为内能,也就是光伏组件的温度升高,如果是倾斜安装的光伏组件,保持良好的通风散热条件,此热量可以有效地散发到空气中。

图2、光伏组件对建筑物的保温隔热作用
(2)与冷库用电负荷曲线相匹配,基本能够全额消纳,收益较高
光伏发电系统是依靠阳光照射来发电的。早上太阳刚升起是辐射量较低,发电量也低。中午太阳辐射量最好,发电量也最高。下午随着太阳辐射量的逐渐降低,发电量也在降低。因此光伏的发电曲线为如下图所示的抛物线。而冷库的用电负荷曲线基本上也是抛物线形状的。
目前光伏有两种并网方式,一种是全额上网,一种是自发自用余电上网。按照国家发改委的文件,冷库用电执行工业用电价格,电价较高,因此采用自发自用余电上网方式收益较高,因为消纳比例较大。

图3、光伏发电曲线与建筑物用电曲线图
2、冷库安装光伏发电系统需注意的事项
(1)消防安全
由于冷库内大量采用易燃、可燃材料做保温隔热材料,造成火灾负荷不断加大,由于制冷采用氨制冷工艺造成火灾爆炸危险不断加大,由于低温储存造成初期火灾不能及时发现从而引发大火。
光伏系统虽然安全性较一般电气设备高很多,但是为避免隐患,一定要选择高质量的光伏组件,并且严格按照《光伏发电站施工规范》GB50794-2012的标准施工工艺进行施工。
(2)屋面防水
对于水泥屋面,光伏组件安装在建筑物上一般有两种方式,一种是破坏建筑屋面的防水层,将光伏支架系统与建筑物主体结构连接在一起,此种安装方式漏水隐患较大。图4为水泥屋面破坏防水层的安装方式

另一种安装方式是采用配重方式,此种安装方式不破坏屋面防水层,但对屋面的荷载要求较高,需要对建筑物的荷载进行核验。

图5、水泥屋面配置式安装方式
对于金属屋面,一般采用夹具方式安装。此种安装方式基本上不影响屋面防水,但施工不当也会破坏金属屋面的防护层。

图6金属屋面夹具式安装方式
无论何种屋面,施工前都要根据《光伏发电工程施工组织设计规范》GB/T50795-2012进行合理的施工组织设计,并严格按照设计方案及《光伏发电站施工规范》GB50794-2012的要求进行施工,以防止破坏建筑物的防水结构。
3、假设西码头惠群冷库安装光伏电站,根据现有冷库屋顶可用面积3000平米,可计算光伏安装容量为378KW,则首年发电量约42万千瓦时,年收益约为53万左右,(备注:0.37元/度(国家补贴),0.10元/度(浙江省补贴),0.8元/度(舟山企业用电价)),5年左右即可收回投资成本,25年累计收益可达1200万,具有良好的经济效益。
十、 总结
综上所述,有屋顶的地方就能大力发展光伏发电。
分布式光伏发电具有良好的经济收益,不仅是国家推广的新能源产业模式,同时也有助于企业完成节能降耗指标,创造清洁能源和提升经济收益,具有较高可行性,也符合国家节能减排发展新能源的政策,有利于保护舟山市优良的生态环境,调整能源消费结构,对新能源产业发展和完成“十二五”节能减排目标任务具有积极的意义。
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