屋顶分布式光伏发电设计与维护

俎龙

河北省 邯郸市 056900

摘要：屋顶分布式光伏发电是光伏发电当中重要的发电形式之一，根据建筑屋顶的结构对屋顶分布式光伏发电系统进行设计和维护，这对于优化能源的结构、保障能源安全等工作有着很大的发展价值。工作人员在运用屋顶分布式光伏发电设计的时候，要合理的去选择光伏发电的发电功率，这样可以有效地提高屋顶分布式光伏发电设备对于清洁资源的利用效率。因此，本文基于屋顶分布式光伏发电设计与维护进行有效的研究，仅供参考。

关键词：屋顶分布式；光伏发电设计；维护；

前言：太阳能是一种清洁能源，具有清洁、安全、高效等特点，越来越受到人们的重视。在面对环保问题日益凸显，对清洁能源需求加大的情况下，我国光伏装机不断刷新纪录，然而西部却出现了“弃光限电”问题，电网经营单位往往以光伏系统发出不稳定的电源为由拒绝光伏系统的电网接入，或限制光电不能全力运行。而分布式光伏发电就可以克服这些问题，可以就近发电、就近使用，其将在光伏应用中扮演重要角色。屋顶分布式光伏发电是分布式光伏发电的主要形式之一，其利用建筑屋顶设计分布式光伏发电系统，对优化能源结构、保障能源安全、改善生态环境具有重大战略意义。合理选择分布式光伏组件的功率，根据具体房屋条件选择分布式发电的系统参数，可以提高系统对太阳能资源的利用效率。

一、概述

屋顶分布式光伏发电通常是会运用光伏组件吸收能源进行发电，将太阳能转换成电能，只要将光伏组件与电能输配网络进行连接之后，就能为就近的企业提供电能。这种发电技术会逐步降低因为火力发电或是水利发电所产生的资源浪费情况，还可以减少电力在运输过程中所产生的损失，可以缓减部分地方存在的供电紧缺的问题。光伏发电系统通常分为离网、并网这两种形态，离网光伏发电系统通常都会利用蓄电池进行充能，而利用光伏技术的发电阵列、蓄电池组以及电子电力交换器，可以构成一种具备整体性的离网光伏发电组。在把蓄电池中的电能蓄好了以后，就能将其运用到各种不同的设施当中，由此可以看出，离网光伏发电系统具备简单灵活的特性。而并网光伏发电则是屋顶分布式的网络结构光伏发电体系，通过利用光伏技术的发电阵列将能量加以转换，并利用电力电子交换器、网络化进行转化之后，将并网光伏发电与外部电网进行连接，让附近的企业能够直接运用电能。这个系统最大的特点就是系统性的造价比较低，电网的规模会更大，企业使用起来也更加方便。可这个系统有一个缺点，就是并网光伏发电当中的技术性内容比较多，具有很多的不确定问题。

二、屋顶分布式光伏发电设计与维护

分布式光伏发电系统主要是对安装场地的选择、光伏阵列朝向和倾角、前后间距等因素的设计。光伏发电系统分为独立发电系统和并网发电系统两大类。户用分布式光伏系统主要采用并网发电系统，便于余电上网，其主要包括光伏组件、逆变器、控制器、数据采集器、防雷接地系统等几大部分组成。因此，对这些设备的选型和优化也是重要的设计内容之一。在对屋顶光伏发电进行设计与维的过程当中，设计人员在对光伏电池进行设计的时候，不仅要对屋顶分布式光伏发电系统有相应的研究，还要掌握其中的数据，要根据系统运作的数据对电池进行改进，这样也能够帮助光伏电池有效地发挥出自己的作用。（1）光伏组件及其他设备的选型。目前技术比较成熟且性能比较稳定的光伏组件主要是单晶硅和多晶硅这两种类型。前者的单体光电转换效率相对较高，但是建设成本也相对较高，经济效益并不明显。多晶硅光伏组件的单体光电转换效率相对单晶要稍低一些，但其生产成本优势比较显著，所以综合经济效益更为可观，因此得到大量使用。其他设备，如逆变器、控制器、数据采集器，根据装机容量和企业需要进行筛选。（2）光伏阵列朝向和倾角计算。分布式光伏系统采用固定的光伏方阵从成本上较为经济。根据安装地点的气象数据，计算出不同倾斜面的太阳辐射量，优化出太阳能光伏阵列最佳安装倾角。（3）并网运行光伏系统需保证向交流负载提供的电能质量始终受控。在与公共电网在低压端并接时，光伏系统自控装置对公共电网的电压、相位、频率等参数进行采样，并以采样值实时调整逆变器的输出，保证并网光伏发电系统与公共电网的同步运行。一般确定间距的原则是冬至的早上九时至下午三时前后的方阵不被遮挡。其间距的具体数据按照有关数学模型来计算。

并网微型逆变器微型逆变器是直接将太阳能组件发出来的直流电转化为交流电的设备，安装在太阳能组件下面。该微型逆变器具有最大功率点追踪功能，可以很好的跟踪太阳光强度的变化而控制不同的输出功率，有效地捕捉与收集阳光。该逆变器采用了优先将电力传输供给负载的技术，多余电量再向电网传输。 监控系统采用分布式结构。PC 端采用无线 wifi 方式／ RS232 串口对数据进行采集，可实时控制逆变器的开关，调整功率。数据采集器采用电力线载波信号采集微型逆变器的实时数据，传输到 PC／手机等设备，对发电数据进行管理。它是逆变器及 PC 间的通讯桥梁。

滤波器的功能是有效地过滤区域之间的杂乱信号，排除电力线信号相互之间的干扰。选用的通讯型滤波器可以计算通过滤波器的功率，以无线 wifi 的方式传送到 PC 端进行监控管理。对于太阳能的吸收条件来讲，屋顶是接收太阳能能源最高、遮挡物较少、吸收能源效率较高的地点。且当代的建筑物大多都是平顶的屋顶，将光伏发电设备与屋顶紧贴，会在很大程度上避免因为风力太大而对光伏发电设备造成一定的影响，也能节约一些支架制作与安装的成本，为光伏发电设备的运用得到有效帮助。一般来讲，将光伏发电设备代替屋顶材料进行覆盖，不仅可以充当一种保温材料，对屋顶的温度进行保温隔热，还能增强光伏发电设备的应用效率。工作人员在进行铺设的过程当中，要做好光伏发电设备的防水措施，并在北方地区使用的过程中要运用一些能够抵抗低温的室外温度的材料对屋顶材料进行替换。屋顶光伏发电设备的结合能够将太阳能发电进行有效的转换，使建筑物屋顶不会出现漏水、冻裂等现象。

创新技术、主动防护。（1）AI 加持直流拉弧检测，杜绝火灾隐患短路出现火灾和直流拉弧是屋顶光伏发电系统的两大隐患。采用人工智能技术，通过采用 AI 加持组成智能电弧检测方案，是解决隐患的有效途径。分布式光伏发电系统推出的直流拉弧智能检测技术（AFCI），主要利用电弧电流/电压频域，包括频点、能量、变化量等特征信息进行分析判断，提供一体化算法包，再通过不同阈值参数进行调试。AFCI 技术在源头设计逆变器即取消传统的熔丝，有效解决了传统熔丝在关掉逆变器功能时产生的持续直流拉弧短时间无法熔断的问题，而 AFCI 可在不到一秒钟即可分断，杜绝火灾发生。此外，通过 AI和深度学习技术，使得检测模型具备不断学习未知频谱的能力，有效提升噪音适应性；同时通过提升模型泛化能力，使得模型能够有效识别不同场景的电弧特征，提升场景适应性。

结束语：本系统为太阳能微逆变并网发电系统，具备模块化安装、零维护、低压安全、发电效率高、使用寿命长等特点。所选用的组件和系统设备符合国家标准，对电网安全无危害，在建成发电后无需维护，使用电脑远程监控设备运行状态，实现自动无故障运行。即使某组件出现损坏，只需要更换该组件即可，无需停止整个系统的运行，整个操作过程安全可靠，对维护人员无安全威胁。

参考文献：

［1］闫群民,穆佳豪,马永翔,王勇,孙阳阳. 分布式储能应用模式及优化配置综述[J].电力工程技术,2022,41(02):67-74.

［3］卢可，冯林魁，赵凯，等. 新能源发展下的乡村振兴［J］. 农电管理，2020，（1）：41 - 42.