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屋顶光伏电站的若干技术问题及解决方案

摘要：并网光伏电站是太阳能利用的主要形式之一，可分为屋顶光伏电站和地面光伏电站。从技术角度来说，屋顶光伏电站的优势是显而易见的:并网点靠近用户端，可以实现即开即用，避免了长距离传输的损耗和电网建设的问题；电站使用的场地是闲置的屋顶，不占用额外的土地资源；电站建设规模相对较小且分散，其不稳定性对电网的影响相对较小；光伏发电的时间基本上就是电网的用电高峰时间，可以起到很好的“削峰填谷”的作用，有助于减轻电网的负担。

关键词：屋顶光伏电站；光伏发电；太阳能

引言

随着全球能源危机和生态环境的恶化，风能、太阳能、水电等清洁和可再生能源正在迅速发展。与其他能源相比，太阳能广泛被采用，安全和强大的可持续性优势，可以转化为电能和热能，以满足人们的各种供暖需求。绿色建筑是近年来建筑领域兴起的新的建筑概念。采用环保节能作为技术手段，为用户提供安全舒适健康的生活环境是未来建筑发展的主要方向，将光伏电站应用于绿色建筑，可以充分利用太阳能资源，降低建筑能耗，满足绿色建筑的发展需求，实现节能减排目标。

1光伏发电

太阳能发电分为光热发电和光伏发电。光热发电是指通过大规模镜阵反射聚光，将盐溶质加热，再通过换热装置推动汽轮机发电。而光伏发电是指利用太阳能光伏组件吸收光电子，直接产生电势差，正负极连接后便形成了直流电，再通过电力电子设备将直流电逆变为交流电。并网逆变器是光伏发电系统中的核心设备，也是最容易出现故障的设备。并网逆变器主要由升压斩波器、滤波单元构成，输出的直流电经过交流EMI滤波单元后逆变为可正常使用的交流电，输出的电压可以是220V，也可以是380V，甚至是800V。光伏发电根据安装地点可以分为地面光伏、屋顶光伏、水面光伏、山地光伏；根据规模可以分为集中式光伏、分布式光伏、户用型光伏。

2屋顶光伏与集中光伏相比具有调节和成本优势

除了安装空间以外，光伏系统发展面临的另一重要瓶颈是有效消纳。光伏的发电量由天气决定，不可调控。而光伏的发电与用电需求并不一致，如何协调电源与电负荷的关系，从而有效消纳光电是目前光电发展的关键。当全面实现电气化以后，带有蓄电池的负载（包括电动车、电动拖拉机等）将占总用电功率的70%以上，可以实现灵活的用电和储电；另一方面，生产、农副产品加工等大多数流程都可以实现“需求侧响应”的用电模式，即有光伏发电时运行，无光伏发电时停运。在出现连阴天、发电量不足时，对大部分负载采用停运模式，保证最低用电负荷，并不会对正常生产生活产生过大的冲击。除可以实现灵活调节和需求侧响应模式以外，屋顶光伏也是初投资最低的光伏发电系统。随着光伏技术的迭代发展和规模化生产应用，光伏板的成本仍将加速下降，很快将降至1元/Wp。在光伏系统中，光伏器件的成本只占到初投资的35%~45%，其他投入包括逆变器、保护装置、支架、安装费等。随着光伏板价格的不断下降，光伏支架和安装的成本逐渐成为影响光伏发电系统总成本的重要因素。而屋顶光伏的支架在各类光伏发电支架中成本最低，因此屋顶光伏系统的总成本整体低于其他光伏发电系统。采用“优先自用”的模式，直接将发电接入终端配电系统，避免了交/直流转换、升/降压的装置成本和转换损失，因而能够进一步降低系统成本。

3屋顶光伏电站的问题及解决方式

3.1智能监控调度

屋顶光伏电站的建设规模相对较小且分散。如何实时监控分散式光伏电站系统的运行状态，并及时处理可能出现的缺陷，已成为光伏电站监控管理的一项重要任务。建立安全智能的绿色能源调度管理系统，并实现分布式能源系统的集中调度管理和智能监控，对光伏电站的安全可靠运行具有重要的现实意义。智能监控调度系统与节能环保中心在线监控系统联网，可远程直接监控光伏电站的运行状态和发电量。智能监控和调度系统的构建通过广泛的地理分布降低了电厂的维护成本。如果发电厂发生故障，监控系统的上位计算机可以直接查找故障，从而缩短故障排除时间。调度系统存储长期和实时的开发和天气预报数据，此类原始数据的收集和统计分析可以为系统设计的改进和优化提供依据。

3.2设计方面

屋顶分布式光伏应当按照“就近接入、就地消纳”的原则，在用电负荷高、电网承载能力强的区域优先布局。分布式光伏接入低压配电网后，原本无源的低压网络变成了有源网络，潮流的流向由原来单纯地从电网侧流向用户侧、从高压侧流向低压侧变为双向流动，用户同时也是发电源，电能在无法就地消纳的情况下会反送回电网，在低压网络无法就地消纳时会反送至高压网络，如此一来，对电网的一些继电保护设置、系统电压维持、短路特性等产生影响，当电网的运行电压越限时，可能引起继电保护装置动作。在电网发生故障的极端情况下，部分区域发生停电时，分布式光伏发电如继续运行，会导致停电区域的部分线路仍保持带电状态，从而形成电力孤岛效应。符合电网需求的屋顶分布式光伏项目