屋顶光伏发电与储能的设计

屋顶光伏发电与储能的设计

韦麟

身份证号码： 45212419910606****

摘要：现阶段，随着能源的不断消耗以及由此所产生的环境污染的日益严峻，加强对清洁能源的开发利用已是势在必行。在此背景之下，本文将简要介绍屋顶光伏发电与储能系统设计的相关内容，以期能够帮助相关人员更好地利用太阳能这种清洁能源。

关键词：屋顶；光伏发电；储能

引 言

由于传统能源所具有的不可再生以及污染严重等特性，其在现阶段已经逐渐无法满足社会的发展需求。因此，加强对各种可再生的清洁能源的开发与利用，使其可以取代传统能源已经逐渐成为了新时代的重要发展趋势。而太阳能是现阶段众多清洁能源中最常用的一种，人们对于太阳能的利用主要是通过光伏发电装置，将其转换为电能，以此来为各种设备提供运行所需的电能。其中，屋顶光伏发电是最为常用的太阳能发电技术之一，但是在实际应用过程中尚存在一些不足之处。因此，本文将简要阐述屋顶光伏发电与储能的特点和优点以及设计要点，以期能够借此帮助相关设计人员加深对其的理解，从而更好地应用屋顶光伏发电与储能技术。

1、屋顶光伏发电与储能系统的应用优势

1.1 屋顶光伏的优点

在建筑屋顶区域修建光伏发电与储能系统的优势如下：（1）经济性高。发电站距离建筑用户的距离较为接近，这样大幅度地降低了电能在传输过程中的不必要损耗，从而提升了电能的利用效率。同时随着输电距离的降低，各种电网输配电设备的建设数量也随之减少，这样可以有效地降低电网运行时的经济成本以及后期维护检修时的人工、时间以及经济成本。（2）减少土地资源的利用。屋顶光伏发电与储存系统可以充分地利用建筑物屋顶区域，这样既提升了屋顶区域建筑面积的利用率，同时也减少了发电站的能够场所的修建量，减少了对宝贵的土地资源的需求。（3）节能环保。屋顶光伏发电与储存系统是利用光伏发电装置，将太阳能转换为电能，与传统的火力发电的不同之处在于，屋顶光伏发电与储存系统在运行过程中不会产生污染物的排放，也无需消耗各种化石燃料，具有绿色环保概念。同时该发电系统在运行过程中不仅不会产生噪音，从而形成噪音污染，同时还能够降低屋顶的温升，从而使得建筑内部的用户减少空调等大功率电器的使用，这样在发电的同时，也能在一定程度上减少建筑内部用户的用电量。

1.2 储能系统的作用与组成

在电力行业中应用储能系统的优势在于以下几个方面：

（1）在电力系统发电过程中，春呢个系统可以迅速吸收系统运行时所产生的不平衡功率流，使得发电设备可以免受这些因素的干扰，从而提升其稳定性。

（2）而在电力系统进行输配电时，其可以实现电力能源的灵活配置与供应，这样可显著提高电路的运行质量，减少峰值的出现概率以及其对于电力系统的运行损耗。

1.3 屋顶光伏发电与储能系统的应用优势

基于上述内容可以发现，在屋顶光伏发电系统中引入储能系统，可以有效地降低太阳能发电时所存在的劣势对于电力系统的影响，如保证了电网的稳定性，同时也提高了屋顶光伏发电的效率。

2、屋顶光伏发电与储能系统设计要点

2.1 收集地理和气象参数

太阳能这种清洁能源虽然具有各种应用优势，但是其也存在一定的限制，其中最大的限制便是地理条件以及气象条件的限制。所以为了确保屋顶光伏发电与储能系统可以正常发挥作用，设计人员在正式设计前，首先应当通过当地的气象站的气象统计资料或是地面气象资料数据库来查询当地的气象条件，以此来确定屋顶光伏发电与储能系统的相关基础设计参数。

2.2 分析日照时长以及阴影产生原因

除了当地的气候条件外，每天以及每年的日照时长也会影响到屋顶光伏发电与储能系统的运行效果，所以在设计时，设计人员应当充分考虑不同建筑的建设场地及其周围建筑物的分布情况，判断系统在实际运行过程中，是否会因为周围的建筑所产生的阴影遮挡物而影响其运行，然后以此为基础，分析发电系统的全年日照情况，并进一步确定相关设计参数。

2.3 光伏组件方阵的放置形式

现阶段，在进行屋顶光伏发电与储能系统设计时，光伏组件方阵的放置形式也是设计人员应当重点考虑的内容之一。通常光伏组件方阵的放置形式分为固定式和跟踪式，其中跟踪式方阵可进一步细分为单轴以及双轴跟踪。方阵的不同放置形式会直接影响到系统的安装角度，进而影响到系统的整体运行效果。选用固定式方阵形式时，设计人员需要确保阵列处于全面太阳辐射量最大状态，该方式的优势在于造价成本低，安装技术应用成熟；而跟踪式光伏系统可以让其跟随太阳的运行轨迹而不断调整照射夹角，从而使整体处于最佳照射状态。这种安装方式的优势在于发电量更高，但是造价也会随之增加，且支架每日都需频繁调整，若是长时间处于恶劣环境下，容易为后期的维修带来更大的工作量，因此该方案应用范围会受到一定限制。

2.4 屋顶承载力

由于屋顶光伏发电与储能系统修建于建筑的屋顶区域，因此在实际设计时，设计人员还需要充分地考虑到建筑屋顶的承载力，并以此为基础，确定系统的装机容量。通常情况下，屋顶光伏发电与储能系统中光伏组件以及支架的自重约为0.15KN/㎡，同时由于在实际安装时会涉及到水泥墩或管桩基础的设计与安装，因此在实际设计时，应当将设计荷载余量控制在0.5kN/㎡及以上。若是建筑内部用电量较大，则设计人员可以根据当地的气象条件以及建筑实际用电量，适当地增设屋顶光伏发电与储能系统的设计荷载余量。

2.5 其他因素影响

在设计以及安装屋顶光伏发电与储能系统时，设计人员还应当考虑并做好以下几个方面的影响因素及其应对措施。

（1）降雨、降雪影响分析。由于屋顶长时间处于裸露状态，其必然会受到降雨、降雪等特殊天气的影响，且若是降雨、降雪强度过大，在短时间内还将会在屋顶区域形成一定深度的堆积，尤其是在冬季，容易出现较高深度的积雪堆积。为了避免这些影响因素对屋顶光伏发电与储能系统正常运行的影响，设计人员就需要做好相应的防范措施的设计。

（2）动物破坏影响分析。处于室外的各种设备或多或少地都会受到动物的破坏，屋顶光伏发电与储能系统自然也不例外。其所受到的动物破坏主要是来自各种小型鸟类的破坏。对此，设计人员就需要做好相应的防范措施，如在安全区域加装铁丝网、在其表面涂抹含有动物厌恶气味或物质的涂料。

（3）雷暴影响分析。屋顶光伏发电与储能系统在雷雨天气下，容易受到雷暴气候的影响。一旦屋顶光伏发电与储能系统受到雷击，不仅会导致整个系统无法正常运行，严重时还可能会引发整个系统的爆炸，从而对建筑内部居民的人身以及财产安全产生影响。为了避免这种情况的出现，设计人员还应当以建筑所在区域的地理情况为基础，充分考虑屋顶光伏发电与储能系统的组件安装位置以及运行方式，做好防雷接地系统的设计。

总结

在大力发展新能源的当下，加强对太阳能及其他清洁能源的开发与利用势在必行。而屋顶光伏发电与储能系统是太阳能开发利用领域中已经具有一定成效的太阳能利用装置，加强对该系统开发与利用，可以进一步提升对太阳能这种清洁能源的利用成效。基于此，本文简要阐述了屋顶光伏发电与储能系统的应有优势以及在实际设计时各个环节的设计要点，希望能够帮助相关设计人员加深对屋顶光伏发电与储能系统的理解与应用。

参考文献    

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[2]林阿依. 屋顶光伏与储能一体化发电系统设计研究[D].华北电力大学,2015.

[3]申翔. 建筑屋顶光伏发电系统的研究与应用[D].广西大学,2021.