浅谈太阳能光伏发电在工业厂房屋顶上的应用

浅谈太阳能光伏发电在工业厂房屋顶上的应用

程煜

陕西龙门钢铁有限责任公司， 陕西 西安 715405

摘要：伴随着我国工业的快速发展，能源消耗和环境压力持续增加。在这样的背景下，太阳能光伏发电作为一种清洁、绿色的能源，越来越受到关注。工业厂房屋顶具有较大的空间面积，利用这些空间搭建光伏发电系统，可以为企业节约能源、降低运营成本，同时减轻环境压力。本文将对光伏发电系统进行简要介绍，探讨在工业厂房屋顶上实施太阳能光伏发电系统设计方案的关键环节，旨在为相关企业提供参考和借鉴。

关键词：太阳能；光伏发电；工业厂房屋顶；应用

引言：随着全球气候变化的加剧，可再生能源的开发和应用已成为世界各国共同关注的重要议题。太阳能作为一种清洁、可再生的能源，具有广泛的应用前景。此外，钢铁行业是除能源以外碳排放量最大的工业行业，绿色低碳发展已经成为钢铁行业转型发展的核心命题，也是钢铁行业实现高质量发展的必由之路，推动我国钢铁行业低碳转型示范，刻不容缓,对于实现可持续发展具有重要意义。

一、光伏发电系统简介

光伏发电系统是一种利用太阳能直接转换为电能的技术，该技术主要依靠光伏组件，即太阳能电池板，通过光电效应实现能量的转换。光伏发电系统具有清洁、可再生、无污染、低运维成本等优点，已经成为全球可持续能源发展的重要组成部分。光伏发电系统主要分为两类：独立式光伏发电系统（离网系统）和并网式光伏发电系统。独立式光伏发电系统主要应用于偏远地区或电网覆盖不到的地方，系统内设有蓄电池储存发电量，以满足用户用电需求。并网式光伏发电系统则将光伏发电与公共电网相结合，实现双向互补，既可为用户提供电能，还可以将多余电能输送至电网，实现经济效益和环保效益的最大化。

二、课题背景及必要性

陕西龙门钢铁有限责任公司作为陕西首家AAAA级景区，建设屋顶分布式光伏项目，不仅能够在一定程度上优化龙钢厂内能源和用能结构，还降低了企业用电成本，提升了企业形象。通过充分利用厂区内现有屋顶区域有效利用面积安装分布式光伏发电，可以采取“自发自用，全额消纳”方式进行建设。目前所用厂房为钢结构屋面和混凝土，为了尽量不对原有屋面结构带来附加影响，彩钢板厂房屋顶光伏组件按照“顺坡就势”的方式，沿着屋面本身的坡度布置，混凝土厂房屋顶光伏组件按照最佳倾角固定式安装，具备课题研究及实施的条件。

三、太阳能光伏发电系统设计方案实施

（一）太阳能光伏系统的组成

    典型的太阳能光伏系统主要由以下几个部分组成：光伏组件、支架结构、逆变器、电池储能装置、监控与保护设备以及配电系统。光伏组件是系统的核心部件，负责将太阳光转化为直流电能；支架结构为光伏组件提供安全稳定的支撑，并确保其以合适的方位角和倾角接收太阳光；逆变器将来自光伏组件的直流电转换为交流电，以便于并网使用或储能；电池储能装置在光伏发电量不足或需求较高时提供电能补充，保证系统的稳定运行；监控与保护设备用于实时监测系统的运行状况，发现并及时处理潜在问题，确保系统安全；配电系统将发电量输送至各负荷设备，实现电能的有效利用。在设计太阳能光伏发电系统时，需要充分考虑各组成部分的性能、规格和相互配合，以实现最佳的发电效果和系统稳定性。

（二）设备选型

    太阳能光伏发电系统其设计的主要目的是为了能够真正实现绿色、高效的进行能源转换。因此，为了推动能源转换效率，务必要选择最优的设备。在设备选型的过程中，需充分考虑各设备的性能、品质、成本及其在系统中的兼容性。首先，光伏组件的选型要求关注转换效率、品质保证以及适应性，以确保其在不同环境下的稳定输出性能。其次，支架结构的选型需要考虑材料、强度和耐候性，以保证在各种气候条件下的安全稳定。逆变器的选型则需关注转换效率、稳定性、保护功能以及与电网的兼容性。电池储能装置的选型应考虑能量密度、循环寿命和安全性，以确保其在系统中的持久性能。对于监控与保护设备，应选择具备实时监测、故障预警及远程控制功能的设备，以实现系统的智能管理和安全保障。最后，配电系统的选型应关注电气性能、安全性和可靠性，以保证电能的高效输送和利用。

（三）光伏组件的布置

    在太阳能光伏发电系统的设计实施过程中，光伏组件的合理布置对于提高发电效率与确保系统安全具有至关重要的作用。首要任务是优化组件的方位角和倾角，使之尽可能直面太阳，从而捕获更多的太阳能。其次，合理规划组件间距，避免相互遮挡造成的阴影影响，同时保证组件间的散热和日常维护的便利性。此外，尽量减小周边建筑物、树木等对光伏组件的遮挡影响，如有必要，可通过调整组件位置或安装高度来降低阴影对发电效率的影响。在布置过程中，还需充分考虑屋顶结构和承重能力，确保屋顶可以稳定支撑整个发电系统。同时，预留适当的通道空间，便于安装、维护和检修工作，满足消防和安全通行的要求。最后，考虑到系统未来的扩展性，应预留一定的空间和接口。通过综合考虑这些因素，优化光伏组件的布置，有助于提高太阳能光伏发电系统的发电效率，降低维护成本，同时确保其安全稳定运行。

（四）并网接入点的选择

    在太阳能光伏发电系统的设计实施过程中，选择合适的并网接入点对于提高系统效率、降低能量损耗和确保安全运行具有重要意义。其一，接入点应尽量靠近光伏发电系统，以减少输电线路的长度，降低线路损耗。其二，选择具有足够容量和稳定性的电网节点，以保证光伏发电系统并入电网后的稳定运行。其三，需考虑电网的短路容量、电压等级和保护设备配置，确保光伏发电系统与电网的兼容性和安全性。在选择并网接入点时，还需关注现有电网设施的利用和改造，避免对电网造成过大的改动，降低改造成本。同时，需要与电力部门密切沟通，确保并网接入点符合相关法规和技术标准，满足政策要求。其四，应考虑系统未来的扩展性，在选择并网接入点时预留一定的接入容量。

（五）防雷接地

    在太阳能光伏发电系统的设计实施过程中，防雷接地是保障系统安全稳定运行的重要措施。合理的防雷接地设计应综合考虑以下几个方面：第一，依据地区的雷电活动特点和系统所处环境，评估雷电风险等级，确定合适的防雷保护等级。第二，设置雷电避雷器，用于引导雷电流迅速安全地泄放至地面，降低雷击对光伏组件、逆变器等设备的损害。第三，对于光伏组件、逆变器、支架结构等关键设备，应进行有效的接地处理，以确保设备在遭受雷击时能够迅速泄露电流，减轻设备损坏程度。在防雷接地设计中，还需关注信号线、电源线和通信线等电缆的防雷保护，采用合适的过电压保护器件，防止雷电感应电压对设备造成损害。

（六）监测系统

在太阳能光伏发电系统的设计实施过程中，建立完善的监测系统对于确保系统高效运行、实时排查故障及降低运维成本具有重要意义。一个高效的监测系统应包括以下几个方面：首先，采用先进的传感器和数据采集设备，实时监测光伏组件的发电功率、电压、电流等关键参数，以及环境温度、日照强度等环境因素。其次，通过远程通信技术将数据传送至监控中心，方便系统运行人员实时了解系统运行状况，及时发现并处理潜在问题。最后，利用数据分析和故障诊断技术，对收集到的数据进行深入挖掘，提取关键信息，为系统优化和故障排查提供支持。同时，监测系统应具备报警功能，对异常数据进行实时预警，提醒运维人员及时处理，确保系统安全稳定运行。

结束语：

    综上所述，太阳能光伏发电在工业厂房屋顶上的应用具有巨大的潜力和优势。通过合理的设计方案实施，如设备选型、光伏组件布置、并网接入点选择、防雷接地和监测系统等方面的细致规划，可以充分发挥太阳能光伏发电系统的发电效益，为工业企业节能降耗、降低运营成本，同时为可持续发展和环境保护做出贡献。

参考文献：

[1]任荣. 太阳能光伏发电在工业厂房屋顶上的应用[J]. 魅力中国,2021(46):406-407.

[2]董华展. 太阳能光伏发电发展趋势探析[J]. 现代工业经济和信息化,2023,13(4):282-284.