屋顶光伏发电系统.pdf

屋顶光伏发电系统设计[摘要]介绍太阳能光伏并网系统及屋顶太阳能利用目前的状况、主要技术特点、设计原则、技术参数，以山东大学千佛山校区电气实验楼为例，设计了一个屋顶太阳能光伏发电系统。【关键词】太阳能；光伏；并网发电；逆变器；山东大学；电气楼太阳能是一种清洁、可再生能源，太阳能光伏发电实现了直接将太阳能转化为电能。我国人口众多，人均能源资源量较低，发展可再生能源是我国的必然选择，其中太阳能发电是最有前景的技术之一，从环境保护和能源战略上都具有重大意义。在人们对能源需求急剧增加，而化石能源日益匮乏的背景下，开发和利用太阳能等可再生能源越来越受到重视。世界各国政府纷纷把充分开发利用太阳能作为可持续发展的能源战略决策，其中光伏发电最受瞩目。太阳能光伏发电是新能源的重要组成部分，被认为是当前世界上最有发展前景的新能源技术，各发达国家均投入巨额资金竞相研究开发，并积极推进产业化进程，大力开拓市场应用。新世纪伊始，众多国家纷纷制定雄心勃勃的发展规划，推动光伏技术和产业的发展。各国可再生能源法的颁布、快速发展的光伏屋顶计划、各种减免税收政策和补贴政策以及逐渐成熟的绿色电力价格，为光伏市场的发展提供了良好的基础。近几年光伏发电快速发展，光伏市场开始由边远农村和特殊应用向并网发电和与建筑结合供电的发展，光伏发电已由补充能源向替代能源过渡。根据国际权威机构的预测，到21世纪60年代，即2060年，全球直接利用太阳能的比例将会发展到占世界能源构成的13～15％，成为人类的基础能源之一。利用太阳能的必然性：能源是人类经济社会发展的前提条件。自工业革命以来，在以石油、煤炭为代表的常规能源的大力推动下，人类社会得到空前发展。然而，常规能源的逐渐枯竭和自然环境的不断恶化已成为当今人类社会不可回避的现实难题。单纯依靠“节能减排”来缓解能源紧张的局面不能解决根本性的问题，必须要大力调整能源结构，用新能源、核能来逐步取代传统的一次能源。表1．1是中国一次能源消费结构简表：从表1—1中可以看出，煤炭占能源消费总量的比重至少在66％以上，1990更是高达76．2％，煤炭所占比重过大。2008年何祚庥院士在《物理学和调整能源结构》一文中指出，我国己不能再用石油、天然气取代煤，而是必须转向新能源、转向核能、转向不排放碳或低排放碳的可再生能源。鉴于能源需求日趋紧张的形势，一个逻辑的必然结论：我国必须从现在起转向大力开发可再生能源。胡锦涛在2005年国际可再生能源大会的致辞中指出：加强可再生能源开发利用，是应对日益严重的能源和环境问题的必由之路，也是人类实现可持续发展的必由之路。很难精确估计到年，我国15亿人口的未来能源需求。一个国家处于工业化前期和中期时，能源消费通常经历一段快速增长期，能源消费上升速度和国民经济增长速度之比，或又称为能源消费弹性系数～般大于1；到了工业化后期或后工业化时期，能源消费弹性系数才有可能小于1。然而很难估计这～转折何时到来!但如果我国未来人均需求10吨标准煤(注：这是美国现有消费的水平)，这将是150亿吨；如果我国未来电力装机是人均3．3千瓦(注：这也是美国现有消费水准)，这将是50亿千瓦。已知2007年我国一次能源消费量是27亿吨标准煤，2007年电力装机量是7．2亿千瓦。下面是我国已知各种可再生能源的技术可开发的资源数量简表：将上述太阳能以外的所有可再生能源的资源总量加起来，显然并不能满足我国未来对能源的需要!所以，要满足我国未来能源需求，就必须利用太阳能。将太阳能光伏发电技术应用于大型民用建筑项目，国内目前尚缺少先例。将太阳能光伏发电应用于建筑物时，与建在边远地区、荒漠地区的独立电站有很多不同点，深入研究这些特点才能设计出经济、合理、高效、可靠的电力配电系统。光伏发电的优点：安全可靠、无噪音、无振动、无污染、无需消耗燃料，无需架设输电线路即可就地发电供电，建设周期短、可靠性高、维护简便，对于缓解常规能源的短缺和减少环境污染具有重要的意义。山东大学是我国历史悠久的著名大学，中国一流大学，是一所学科最为齐全、学术实力雄厚、办学特色鲜明，在海内外具有重要影响力的教育部直属老牌重点综合性大学，是首批进入国家“211工程”和“985工程”重点建设的高水平大学之一。本光伏发电系统是针对坐落于山东大学千佛山校区的电气工程学院办公楼（实验楼）设计的。实验楼鸟瞰图————————谷歌地球（卫星）20米/50英尺光照及工程设计可用面积：长46.5米，宽12.2米。总面积567.3平方米。光伏系统的地理位置与该地的气象参数对系统很重要。下图为地理位置及气象参数：阵列角度选择根据当地纬度36°40'(36．7°)可以得到当地的冬至日太阳高度角。A--90°一(L+23°27’)，L——地球纬度。A--90°-(36．7°+23．45°)=29．85°。计算评估各种