摘要：新能源利用是我国七大战略性新兴产业之一，太阳能光伏发电是新能源利用的重要领域，小型屋顶发电系统的设计程序及其运用前景，为小型光伏发电系统策划提供了全套解决方案。此方案落实屋顶光伏发电系统为后续大型光伏发电系统的器械研制、挂网试验提供有力技术支持，同时也为巨型广场电站策划提供实践经验。
关键词：屋顶；太阳能；光伏发电；策略
太阳能光伏发电作为国家重点扶持推广的节能技术，在近几年取得迅速发展，太阳能光伏发电系统分：离网光伏发电系统和并网电光伏系统，而离网光伏发电系统通常用于边远地区的村落供电、微波中继站电源、太阳能路灯系统等独立电源场，同时配有蓄电池，可以确保供电的连续性。并网光伏发电系统是指可并网应用的光伏发电系统，包含待续电池、不待蓄电池两种模式，带蓄电池的并网发电系统具有可调度性，通常使用在民用建筑上，不待续电池的并网发电系统是不具备可调度性的，一般用于大型发电系统。根据对后续大型光伏发电系统设计、应用提供技术支持和试验条件支撑，文章中的光伏发电系统设计使用了离网与并网相融合的形式，可以根据实际工作需求进行转化。
一、屋顶光伏发电系统的组成
“家庭电站”是屋顶光伏系统的别名，同时也是一种小型太阳能光伏发电系统简称，隶属于分布式光伏发电系统。屋顶光伏发电系统一般利于自己房屋屋顶、空闲土地或是取得有关许可的公共场地作为建设场所，系统主要组成部分分为：太阳能光伏板组件、逆变器、配电箱、汇流箱等，经过接入公共电网，向公共电网输送电能，获取电费和专项补贴，实现其经济效益。同时家庭电站可以根据用户意愿采取“自发自用、余额上网”两种运行方式。屋顶光伏发电对强化能源构造、推进节能减排、实现经济可持续发展具有重要意义和作用。与此同时，屋顶光伏组件的输出电流经过汇流箱、并网柜、逆变器后，可以直接作为电源驱动负荷，进行转化到外部三相电网，实现小型光伏并网系统的运行，为确保系统安全顺利运行，还需要综合设计防雷系统、保护系统、监测系统等配套设备，进行及时监控、有效掌控的运用体系。
二、太阳能光伏发电系统设计
光伏组件按电池材料不同可以分为：“晶硅组件、薄膜组件、聚光组件”，其一：晶硅组件又分为：“单晶组件、多晶组件、高效多晶组件”等，其光电能量转换速度在15%-20%之间，综合整体性价比比较高，是当今运用最广泛的太阳能光电转换材料。其二：薄膜组件在实际生成中具有成本低、利于大面积连续生产，并可以制作成柔性蜷曲形状等特点，当今，已经能够产业化大规模生产薄膜太阳能电池主要有硅基薄膜电池，薄膜电池转换率一般在6%-8%之间，变换率不高是制约薄膜电池组件发展的技术瓶颈。其三：聚光组件的优势在于其采用廉价的光学材料来替代昂贵的硅电池材料，并且变换效率可以控制在40%，远远高于普通太阳能电池，其自身存在的问题是该电池组件需要冷却装置，聚光镜体积比较大，综合价格比较高。其四：是单晶组件，整体讲单晶组件价格最昂贵，多为高效多晶组件。
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三、重视设计防雷系统，保护及监控系统配置
雷电主要分为：“直击雷和感应雷”两种，直击雷是指直接落到太阳能电池阵列、电器设备上或是就近的雷击，同时防直击雷主要依托避雷针，此系统位于屋顶四周墙面下方，策划采用将光伏系统的所有钢结构与屋顶防雷系统相连接，已达到防止雷直击的目的。而“感应雷”是指由电磁感应或静电现象产生，感应雷发出的电磁浪涌会严重损坏电气设备或是引起火灾等，依据SJ/T1127的有关规定，此系统通过在直流接口设备、并网逆变器、交流配电柜的各输入端口构造浪涌保护器来防护侵入系统的感应雷电。通过设计采用逆变器的RS232/RS485，以及太网通信功能，系统电流、电压、发电量等参数，可以通过通信方式实时获取相关信息，此逆变器还具有对系统直流、交流两侧开关的手动和遥控分段保护功能，又或是先进的孤岛效应检测和预防功能。逆变器保护范围以外，例如汇流箱的输入开关、并网变压器开关等设备，设计中也配备了断路保护器、状态监视器等设施，进而有效确保了全系统的安全稳定运行。与此同时，在安装防雷设备时请保证处于室内或是防水箱内，同时防雷系统避免装置在剧烈震动场所，要确保防雷器可靠接地，并且阻低于四欧姆，采用35mm导轨组装，在产品接连完成后，及时检查接线是否正确、牢固，待一切进入正常后，即可通电投入运行。
四、有效确定光伏阵列的最佳角度
并网光伏发电过程中，最佳倾角所指是获取全年最大光辐射量的组角倾角，经过调整组件的放置支架得到最后的吸光效果。光伏组件支架可以转变倾角和固定倾角，可变倾角通常用于大型光伏发电系统，固定倾角支架相对比较简单，一般通过获取全年最大辐射量和组件放置角度来制定，此种设计规模比较小，主要用于光伏发电系统的研究与验证，主要采用固定倾角方式支架。据实践调查表明，南京地区正南山坡面的月份总辐射最佳倾角的平局值为26.4°，将此角度设定为放置光伏组件支架的水平倾角。同时，光伏组件阵列布置在实际设计中可供布置光伏发电系统的楼顶有效面积为7500m²，长度为60m，宽度为15m，综合思考光伏组件外观及间距，可以从南向北并排放置5行组件，每行组件为50片，总共可以放置250片，实际功率为225W的多晶光伏组，总功率约为56kW。组件布置策划时，要重视考虑屋面承重、放水，组件抗风、防雷击等相关问题。此设计采用不锈钢支架将所有组件连接为一个整体，固定在屋面的承重梁上，架体分段与屋面防雷带相通，处理了承重、放水、防雷、抗风等问题。
结束语：
在实际工作操作中按建设的屋顶太阳能发电系统已经正式运营使用，每月平均发电量为6000kW.h，系统负荷转换正常，系统有关防雷、保护、电器测量等指标均可达到预期设计要求，为建筑内蓄电组合照明用电提供了环保、清洁能源的作用。该屋顶发电系统的构建实施，为日后大型太阳能并网发电系统的探究、设计积累了经验，同时也为太阳能光伏系统有关的计量、掌控、防护装置挂网运行提供了方便、快捷条件，在防雷抗击系统设计、支架设计等有关方面获取了珍贵的实践经验。
参考文献：
[1]赵星竹. 屋顶并网光伏发电系统优化设计与验证[D].沈阳工程学院,2019.
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[3]贾涵冰. 基于太阳能光伏供电模式的苹果冷藏库能耗研究[D].西安建筑科技大学,2018.
作者简介：龚再华（1987-11-22），男，汉族，籍贯：湖南益阳，当前职务：电力设计、施工、安装，当前职称：中级，学历：本科
论文作者:龚再华1,曹正兰2
论文发表刊物:《电力设备》2019年第22期
论文发表时间:2020/4/13
标签：光伏论文; 系统论文; 组件论文; 屋顶论文; 倾角论文; 太阳能论文; 防雷论文; 《电力设备》2019年第22期论文;