齐鲁工业大学5MW光伏屋顶并网电站的设计

徐剑

摘 要 齐鲁工业大学5MW光伏屋顶电站项目于2013年12月建成，是国内高校中迄今为止安装容量最大的光伏屋顶并网电站。

关键词 光伏发电 分布式电源 光伏建筑一体化

传统的化石能源日益减少，所有人的目光不约而同的转向了新能源，维持世界长远发展。而在城市中，开发楼体建筑可利用屋顶建设光伏发电站，使之成为光伏建筑一体化，又成为光伏发电利用的新途径。

一、齐鲁工业大学5MW光伏屋顶并网电站的总体设计

齐鲁工业大学校园内，共有53个单独楼体，在校园内47个楼体安装光伏组件，共计铺设19608块255Wp光伏组件，安装容量达5000040Wp，利用校区原有的楼体屋顶面积约56000m2，全年系统发电量为550万度，是国内高校中迄今为止安装容量最大的光伏屋顶并网电站。

齐鲁工业大学5MW光伏屋顶并网电站项目的光伏组件方阵采用固定倾角安装方案，电力接入方案采用用户侧接入，自发自用、余电上网的模式。光伏电站所发电能主要供校区使用，多余电量输送至电网，电能计量采用双向计量方式，电力接入按照电网接入规范，电力运行遵守当地调度指令。

二、齐鲁工业大学5MW光伏屋顶并网电站的电气设计

由于齐鲁工业大学校区面积大，楼体布局分散，不能使用集中式并网方式，而是采用分布式并网方式，根据校区楼体不同屋顶结构或安装不同区域的光伏阵列，将结构相似或距离相近的楼体屋顶安装的光伏阵列通过单台逆变器集中并网发电，从而实现多台逆变器分布式并网发电。本系统采用10kV电压等级并网，光伏组件发电通过汇流、逆变、升压后，直接接入校区内10kV开关站内，并入长清大学城团轻线输电线路。根据设计要求，光伏组件安装可分为五个大區域。

1号区域，使用630KW箱式逆变器两台。经过1台箱式高效10KV双分裂升压变压器接入10KV输电线路，箱变逆变器室安置在校区2号配电室旁。

2号区域，使用500KW箱式逆变器两台。经过1台箱式高效10KV双分裂升压变压器接入10KV输电线路，箱变逆变器室安置在8号配电室旁。

3号区域，使用500KW逆变器两台，经过1台高效10KV双分裂升压变压器接入10KV输电线路，逆变器室安置在图书馆配电室内。

4号区域，使用500KW逆变器一台，经过1台10KV升压变压器，接入10KV输电线路，逆变器室安置在4号教学楼配电室旁。

5号区域，使用630KW逆变器两台，经过1台高效10KV升压变压器接入10KV输电线路，逆变器室安置在1号配电室旁。

三、齐鲁工业大学5MW光伏屋顶并网电站的结构设计

由于齐鲁工业大学5MW光伏屋顶并网电站是在已有建筑楼体屋顶建设，并且楼梯屋顶上面有很多美观造型，光伏组件的安装既要满足结构的完整性、安全性、最大安装容量要求，还要不能破坏原有楼体屋顶的建筑结构，保持原有屋顶造型结构的美观。

根据齐鲁工业大学楼体屋顶的特点，将楼体屋顶分为四类。

第一类为学生宿舍公寓，屋顶结构为南北方向双坡屋顶。此类屋顶，可将光伏组件直接铺设到屋顶南坡面，这种屋顶也是屋顶面积利用率最高的。对于在坡屋顶中间有天台的学生宿舍，屋顶中间天台直接搭建与两侧坡度一样的钢结构支架，致使组件安装后与两侧坡屋顶平齐。

第二类为平屋顶楼体，如行政楼、图书馆等，屋顶结构为平屋顶，无其他建筑造型。此类屋顶，可以直接在屋顶防水层面上浇铸混凝土基础，在基础上面预埋U型螺栓，用来固定光伏组件支架，是较容易进行施工及安装工作。

第三类为花架造型屋顶楼体，如公教楼、第三食堂等，屋顶建有花架造型结构。此类屋顶，可以直接在花架造型上安装膨胀螺丝，用来固定三角连接件，在三角连接件上在安装光伏组件支架。

第四类为带有立柱造型屋顶楼体，如第一教学楼、第三教学楼等，屋顶南北两侧建有多个3米高立柱造型结构。在计算风荷载及负重后，屋顶需要在南北两侧立柱上使用H型钢及角钢搭建钢结构平面，再在钢结构平面上安装檩条，安装光伏组件。此类屋顶，是四类楼体屋顶中设计、安装最为复杂的。

四、齐鲁工业大学5MW光伏屋顶并网电站项目实施意义

光伏并网发电电站的生产过程是将当地的太阳能转变为电能的过程，在整个流程中，不需要消耗其他常规能源，不产生大气、液体、固体废弃物等方面的污染物，也不会产生大的噪声污染。齐鲁工业大学5MW光伏屋顶并网电站项目所发电量相当有于全年节约了1943吨标准煤，同时减少污染排放429吨灰渣、4291吨二氧化碳（CO2）、42吨二氧化硫 （SO2）、98吨氮氧化物（NOX）。

齐鲁工业大学5MW光伏屋顶并网电站监控系统接入齐鲁工业大学校园节能监管系统，形成一个庞大的校园节能监管系统工程体系。利用校园节能监管系统平台方便的深入到建筑物内各个区域，实现对能源消耗全过程、全参数在线监测；系统专用软件可再对各种监测数据进行统计和分析，并生成各类报表和违规报警；系统还可以根据各监测点监测数据变化情况对能耗设备进行自动控制。本项目为校园能耗监测、节能运行管理和自动控制的综合解决方案提供了强而有力的保障。

可见，齐鲁工业大学5MW光伏屋顶并网电站不仅可以减少化石资源的消耗，有利于缓解环境保护压力，实现经济与环境的协调发展，节能和环保的双赢，同时也成为高校中“节约型校园”的典范！

参考文献：

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[3]沈辉.太阳能光伏发电技术[M].北京：化学工业出版社，2009.

[4]徐建中，隋军，金红光.分布式能源系统现状及趋势[J].太阳能， 2004（4）：14- 16.