彩鋼板屋面光伏組件不同布置方式方案比較分析

寧波甬慈能源開發(fā)投資有限公司 ■ 晁小芳

彩鋼板屋面光伏組件不同布置方式方案比較分析

寧波甬慈能源開發(fā)投資有限公司 ■ 晁小芳

首先選取了不同緯度的3個工業(yè)發(fā)達地區(qū)，通過PVsyst V6.05軟件對彩鋼板屋面光伏組件不同布置方式下所對應(yīng)的各月份發(fā)電量和年總發(fā)電量對比；其次根據(jù)寧波某廠區(qū)2015年一整年的監(jiān)控數(shù)據(jù)，計算在不同布置方式下的發(fā)電量和投資收益率；最后通過比較分析，總結(jié)在彩鋼板屋面上安裝最佳傾角的可行性。

光伏電站；彩鋼板；布置方式；平鋪；最佳傾角；發(fā)電量；投資收益

0　引言

目前，屋面分布式光伏電站可以分為砼結(jié)構(gòu)廠房屋面和彩鋼板廠房屋面。彩鋼板因其重量輕、施工成本低、施工快速方便等優(yōu)點，被廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)廠房。安裝在彩鋼板屋面的光伏組件普遍采用平鋪的方式，即通過鋁合金夾具將支架與彩鋼板連接［1］。

在光伏電站中，發(fā)電量的多少主要取決于光伏組件擺放的角度，不同形式的布置方式會影響發(fā)電量和收益。光伏組件傾斜角應(yīng)選擇在最佳傾斜角±5°范圍內(nèi)，偏離越大，發(fā)電量損失越大［2］。一般廠房彩鋼板屋面傾角約為5°，不同緯度下各地光伏電站的最佳傾角存在差別，如果項目地的最佳傾角接近彩鋼板本身的屋面傾角，對電站發(fā)電量的影響不大，但反之會有很大影響。本文通過對不同工業(yè)地區(qū)彩鋼板上光伏組件5°傾角和最佳傾角布置方式下光伏電站的發(fā)電量，以及寧波某廠區(qū)一整年發(fā)電量和投資收益比較分析，探討在彩鋼板上安裝角度支架的可行性。

1　不同光伏組件布置方式發(fā)電數(shù)據(jù)對比

以安裝容量為1 MWp的彩鋼板屋面并網(wǎng)光伏系統(tǒng)為例，選取北京39.90°N、寧波29.90°N和廣州23.10°N這3個不同緯度的工業(yè)發(fā)達地區(qū)作為研究對象，采用平鋪(5°)和最佳傾角兩種不同的布置方式，比較3個地區(qū)彩鋼板屋面光伏組件各月份的發(fā)電量和年總發(fā)電量。

1.1計算原理

本文采用PVsyst V6.05軟件對3個地區(qū)的研究對象分別進行數(shù)據(jù)分析。計算3個地區(qū)各月發(fā)電量的公式為：

式中，P為裝機容量，kW；R為每月輻射量，kWh/(m2?d)；D為每月的天數(shù)，d；η為彩鋼板系統(tǒng)總效率，包括光伏陣列效率、逆變器轉(zhuǎn)換效率、并網(wǎng)效率和線損［3］，折算η=75%。

1.2計算結(jié)果對比

通過PVsyst V6.05軟件計算出北京、寧波、廣州3個地區(qū)的太陽輻射量，選擇在全年中獲得太陽輻射量最大的傾角為最佳傾角［4］，根據(jù)PVsyst V6.05軟件得出這3個地區(qū)的最佳傾角分別為33°、24°和18°，結(jié)合式(1)計算出每月發(fā)電量及年總發(fā)電量，如表1所示。

表1　兩種不同布置方式下各地彩鋼板屋面的輻射量和發(fā)電量

通過表1可以看出，這3個地區(qū)在彩鋼板屋面安裝最佳傾角的布置方式全年發(fā)電量可提高3%～14%，最佳傾角越大，該提高率越明顯；可以進一步證實離最佳傾角偏離越大，發(fā)電量差異越顯著的論斷。為了便于比較分析，對表1的數(shù)據(jù)進行作圖處理，結(jié)果如圖1～圖3所示。

圖1　北京地區(qū)不同水平傾角光伏電站全年各月份發(fā)電量曲線圖

圖2　寧波地區(qū)不同水平傾角光伏電站全年各月份發(fā)電量曲線圖

圖3　廣州地區(qū)不同水平傾角光伏電站全年各月份發(fā)電量曲線圖

2　關(guān)于寧波某廠區(qū)405kWp項目分析

2.1項目背景

該項目為寧波市某高科技工業(yè)園區(qū)內(nèi)某廠區(qū)405 kWp分布式屋面光伏電站(180 kWp砼結(jié)構(gòu)屋面和225 kWp彩鋼板屋面)，屋面于2014年7月竣工。光伏電站于2014年12月底并網(wǎng)發(fā)電，光伏方位角(光伏方陣的垂直面與正面方向的夾角，向東偏設(shè)定為負角度，向西偏設(shè)定為正角度)為南偏西7°，彩鋼瓦屋面傾角±3°，周邊無任何遮擋。利用PVsyst V6.05軟件計算出當(dāng)?shù)剌椛錀l件下最佳傾角為24°，該角度光伏組件安裝于砼結(jié)構(gòu)屋面，彩鋼板屋面采用平鋪的方式。

2.2光伏設(shè)備技術(shù)參數(shù)

光伏組件為額定功率250 W的多晶硅組件，逆變器為額定功率15 kW的組串式逆變器，砼結(jié)構(gòu)屋面與彩鋼板屋面組件所對應(yīng)的逆變器無共用現(xiàn)象。

該項目采用一套完整的監(jiān)控系統(tǒng)，24 h實時監(jiān)控光伏電站運行，擁有每臺逆變器和并網(wǎng)柜年、月、日發(fā)電量數(shù)據(jù)，以及實時瞬時功率曲線。本文研究的電站已完成2015年一整年的監(jiān)控。

2.3數(shù)據(jù)結(jié)果分析

本文首先與供電局的電表數(shù)據(jù)進行了比較，以確認監(jiān)控數(shù)據(jù)的準確性。因此，文中月發(fā)電量計算與供電局結(jié)算時間同步，即從上月26日至本月25日為一個月周期。經(jīng)確認，并網(wǎng)柜發(fā)電量數(shù)據(jù)與供電局電表結(jié)算數(shù)據(jù)差別不超過1%，可以采納。

對該項目27臺逆變器(12臺對應(yīng)砼結(jié)構(gòu)屋面組件，15臺對應(yīng)彩鋼板屋面組件)月發(fā)電量進行計算，為了更好地比較分析，計算彩鋼板屋面和砼結(jié)構(gòu)屋面月發(fā)電量的容量調(diào)整為1 MWp。通過計算可以看出，同容量下，砼結(jié)構(gòu)屋面(最佳傾角布置方式)光伏電站發(fā)電量要明顯高于彩鋼板屋面(平鋪布置方式)，結(jié)果如表2所示，比較結(jié)果如圖4所示(采用逆變器數(shù)據(jù))。

表2　1 MWp砼結(jié)構(gòu)屋面和彩鋼板屋面兩種不同布置方式下的發(fā)電量

圖4　彩鋼板與砼結(jié)構(gòu)屋面兩種不同布置方式2015年各月份的發(fā)電量比值曲線圖

2.4投資收益分析

該項目采用“自發(fā)自用、余量上網(wǎng)”的用電模式，根據(jù)供電局結(jié)算單計算出廠區(qū)自用電/總用電各月份比例高于80%。

相比于燃煤機組標桿上網(wǎng)電價，分布式屋面光伏發(fā)電還有電價補助。就寧波地區(qū)而言，主要有以下幾個方面的電價補貼：國家電價補貼標準0.42元/kWh；浙江省補貼0.10元/kWh，補貼年限20年；在國家、省補貼的基礎(chǔ)上，寧波市再補貼0.10元/kWh，補貼年限5年；即項目前5年的電價補貼為0.62元/kWh。該地區(qū)的上網(wǎng)電價約為0.45元/kWh，自用電部分以同時段電網(wǎng)電價的90%賣給用電企業(yè)，折后的平均電價約為0.68元/kWh。

假設(shè)項目的容量為1 MWp，共運行25年，自用電/總用電的比例為80%，即前5年電費收入約1.25元/kWh，以后15年約為1.15元/ kWh，最后5年約為0.63元/kWh。

光伏組件的衰減第1年、第2年依次取3%、1%，從第3年開始以每年0.7%遞減，逆變器至供電局電表的線損為4%。以前3年為例，計算電站兩種不同布置方式發(fā)電量和收益，如表3所示(所有數(shù)據(jù)以2015年該廠區(qū)逆變器的發(fā)電量為依據(jù))。

表3　前3年兩種不同布置方式發(fā)電量和收益的比較

通過表3分析，該地區(qū)在彩鋼板上安裝最佳傾角的電站收益率比平鋪的布置方式有明顯提高。若彩鋼板角度支架采用鋁合金輕型材質(zhì)，造價約為0.1元/W，即總造價約10萬元，角度支架的安裝費用取0.02元/W，項目的投資收益率為55%，投資回收期為18個月，而該地區(qū)分布式光伏電站的回收期一般為8～10年。

3　總結(jié)

根據(jù)北京、寧波、廣州3個地區(qū)5° 傾角和最佳傾角發(fā)電量的比較分析，總結(jié)得出最佳傾角可獲得較大年發(fā)電量。實例結(jié)果顯示，在彩鋼板上安裝角度支架的內(nèi)部財務(wù)收益率和投資回報率高、回收期短。除發(fā)電量和投資回報率高外，具有較大角度的光伏組件甚至可以更好地的自清積灰、積雪及粉塵，在一定程度上減少了運維費用，使得該布置方式具有更加實際的應(yīng)用意義和經(jīng)濟價值。

但彩鋼板屋面相對于砼結(jié)構(gòu)屋面而言，抗風(fēng)能力較弱，在選擇角度的過程中也要根據(jù)實際情況而定，如在臺風(fēng)比較頻發(fā)的區(qū)域，安裝最佳傾角的布置方式不一定能夠達到抗風(fēng)要求。以文中臺風(fēng)頻發(fā)的寧波地區(qū)為例，一般根據(jù)抗風(fēng)要求，彩鋼板屋面安裝角度選擇在10°～18°之間更為合理；而低緯度地區(qū)最佳傾角比較接近彩鋼板本身的屋面傾角，對電站發(fā)電量的影響不大。

綜上所述，在彩鋼板上安裝最佳傾角的布置方式相對于平鋪而言，發(fā)電量會有所提高，尤其是最佳傾角較大的地區(qū)；但就安全性和經(jīng)濟性而言，選擇何種角度安裝還需結(jié)合當(dāng)?shù)氐膶嶋H情況，以產(chǎn)出/投入比最佳為上。

［1］ 潘甲龍, 蘭洋, 白榮麗. 常見彩鋼板屋面光伏支架夾具的應(yīng)用［J］. 太陽能, 2014, (9)∶ 50－51.

［2］ 王帥杰. 光伏組件傾斜角對并網(wǎng)發(fā)電影響的研究［J］. 沈陽工程學(xué)院學(xué)報(自然科學(xué)版), 2014, 10(4)∶ 302－304.

［3］ 范忠瑤. 不同光伏組件布置方式下發(fā)電量比較［J］. 中國電力教育, 2013, (36)∶ 217－218.

［4］ 孫韻琳, 杜曉榮, 王小楊, 等. 固定式并網(wǎng)光伏陣列的輻射量計算與傾角優(yōu)化［J］. 太陽能學(xué)報, 2009, 30(12)∶ 1597－1601.

2016-01-05

晁小芳(1985—)，女，碩士，主要從事光伏項目的開發(fā)和研究。chaoxiaofang2013@163.com