分布式并网光伏发电站系统的应用

分布式并网光伏发电站系统的应用

王瑞中

（国家电投集团黄河上游水电开发有限责任公司海西分公司，青海  德令哈  817000）

摘要：随着能源短缺和环境污染问题日益严重，开发利用可再生能源已成为国际社会的共识。太阳能作为一种清洁、安全、取之不尽用之不竭的可再生能源，在建筑上应用分布式并网光伏发电系统，不仅能够有效利用建筑屋顶等空间，就地实现光伏发电，而且所产生的电能可直接并入电网，供周边区域使用。本文以青藏铁路德令哈火车站屋顶光伏项目为例，介绍了分布式并网光伏发电系统的组成及工作原理，并探讨了推广应用中存在的问题及解决对策，以期为分布式光伏发电在建筑中的推广应用提供参考。

关键词：分布式光伏；并网发电；建筑应用；推广对策

引言

在“双碳”目标的大背景下，发展绿色低碳经济已成为全社会的共识和行动。交通运输行业作为碳排放的主要来源之一，在实现碳达峰、碳中和中肩负着重要责任。火车站作为铁路交通的重要节点，日常运营能耗较大。若要实现节能减排，推进绿色低碳发展，可通过外购绿电或就地建设绿色发电项目等方式。德令哈站是青藏铁路上首个利用屋顶光伏实现“自发自用”的绿色火车站，对推动铁路系统及交通运输行业整体绿色转型具有示范意义。

一、德令哈火车站光伏项目概况

德令哈火车站位于青海省海西州，是青藏铁路的重要节点站。2023年，国家电投黄河公司在德令哈站新建站房屋顶建设了分布式光伏发电项目。该项目装机容量211.2kW，采用“自发自用”模式，所发电量全部用于站房供电，可满足37.5%的用电需求。项目每年可提供25.2万kWh绿色电力，相当于节约标煤74.15吨，减少二氧化碳排放231.37吨，环境效益显著。

二、分布式并网光伏发电系统组成与工作原理

1、系统组成

分布式并网光伏发电系统主要由光伏方阵、汇流箱、逆变器、配电柜、双向电能表等设备组成。其中，光伏方阵由多块太阳能电池组件串并联而成，用于将太阳辐射能转换为直流电能；汇流箱用于汇集各光伏串的电流；逆变器可将直流电转换为符合并网要求的交流电；配电柜对逆变器输出的交流电进行保护、计量；双向电表用于记录光伏系统发电量和用电量。

2、工作原理

在阳光照射下，光伏组件可将光能转化为电能，各组件串并联后，直流电汇集到汇流箱，经逆变器转换为交流电，与电网电源同步并网运行。当光伏发电量大于负荷用电量时，富余电量输送至电网；当光伏发电不足时，不足部分从电网购电，从而保证负荷的连续可靠供电。整个过程实现了光伏发电与市电的无缝切换。

三、分布式光伏发电推广应用中存在的问题

1、项目前期投资较大

分布式光伏发电项目推广应用中存在一些亟待解决的问题。首先，受制于建筑物荷载及屋顶面积等因素，单个建筑光伏装机规模有限，规模效益不明显，项目前期投资较大，投资回报期较长。其次，高比例分布式电源接入低压配电网，可能引起电压越限、谐波超标等电能质量问题，并网消纳存在一定难度，影响电网安全稳定运行。此外，分布式光伏项目点多面广，业主自身往往缺乏专业化的运维管理队伍，亟需建立完善的智能化运维体系。最后，现有支持政策主要针对大型地面电站，针对分布式光伏的激励政策力度仍显不足，配套体系有待进一步完善。

2、并网消纳存在难度

由于分布式光伏发电的间歇性和波动性，大量分布式电源接入配电网会对电网的安全稳定运行带来挑战。光伏发电出力受日照强度影响，存在早晚高峰时段发电量不足，而在光照充足时段又可能出现发电出力远大于负荷用电的情况。高渗透率光伏接入低压配电网，可能引起局部区域电压越限、谐波超标等电能质量问题，甚至出现逆功率潮流，给配电网运行控制带来困难。同时，分布式电源与常规电源、负荷之间缺乏有效的协调控制手段，不能根据电网实时状态灵活调节有功出力，削峰填谷能力不足。

3、运维管理能力亟待提升

随着分布式光伏的快速发展，运维管理问题日益凸显。与集中式电站不同，分布式光伏项目点多面广、系统类型多样，运维管理难度大。业主单位往往缺乏专业的光伏运维队伍和管理经验，无法及时发现和处理故障，电站运行效率难以保证。同时，传统的人工巡检模式效率低下，难以满足海量分布式电站的实时监控需求。项目全生命周期管理中，设备选型、设计优化、施工质量控制、验收移交等各环节缺乏统一标准，后期运维管理无据可依。

4、配套政策有待完善

当前，我国分布式光伏发电仍处于起步发展阶段,在推广应用中面临诸多挑战，亟需完善配套支持政策。现有鼓励政策主要针对大型地面电站，激励分布式光伏的政策力度明显不足。在项目立项、建设等环节，审批手续繁琐，涉及部门众多，缺乏简化高效的“一站式”服务机制。在电价政策方面，目前分布式光伏上网电价偏低，补贴强度有限，项目收益不确定性较大，难以调动投资者积极性。金融、税收等方面的扶持政策也尚不健全，融资渠道单一，企业资金压力大。

四、分布式并网光伏发电站系统的应用对策

1、创新投融资模式，引入社会资本参与投资

针对分布式光伏发电项目前期投资大、回报期长的问题，亟需创新投融资模式，拓宽融资渠道。一方面，可积极引入社会资本参与投资，采用“政府+企业+社会资本”的多元投资主体模式。通过政府牵头搭建投资平台，鼓励民间资本、产业基金等进入，降低企业单一投资风险。如浙江省湖州市发改委牵头成立光伏产业基金，吸引社会资本超过20亿元，重点投向分布式光伏项目。另一方面，可创新契约能源管理、融资租赁等商业模式，盘活存量资产，缓解企业初始投资压力。同时，还应积极争取国家和地方财政资金支持，通过无偿资助、贷款贴息等方式，降低项目资金成本，充分利用绿色信贷、绿色债券等金融工具，拓宽直接融资渠道。目前，部分省市已设立光伏产业发展专项资金，采取以奖代补等方式，对分布式光伏项目给予资金支持。未来，可进一步加大金融支持力度，鼓励金融机构开发适合分布式光伏的信贷产品，创新供应链金融、保险等增信措施，提高企业融资可得性。

2、加强源网荷储协调，提高可再生能源消纳能力

为解决分布式光伏并网消纳问题，需要加强源网荷储多方协调，提高电力系统对可再生能源的消纳能力。首先，应优化调整现有配电网架构，提高电网对高渗透率分布式电源的适应性。在分布式光伏集中接入的区域，可采用柔性交流输电、配电自动化等先进技术，提高电网的可控性和灵活性。如在浙江省金华市开展的国网配网“新三型”建设试点，通过配电自动化终端、配电物联网等技术手段，实现分布式电源与配电网的智能交互，并网接入容量得到显著提升。其次，应在配电网侧合理配置储能设施，发挥储能系统“削峰填谷”作用，提高分布式光伏消纳比例。储能装置可在光伏发电高峰时充电，在用电高峰时放电，平滑光伏出力波动，缓解电网调峰压力。如江苏省常州市在金坛区220kV朱林变电站配置了4MW/4MWh电池储能系统，与周边130MW分布式光伏电站协同优化运行，光伏就地消纳比例从30%提高到70%以上。此外，还应加强源网荷储信息共享与智慧调控。通过能量管理系统，汇集分析光伏发电预测、负荷预测、电网潮流等数据，优化制定光伏、储能、常规电源的日前、日内优化调度方案，实现分布式能源与电网的协同互动。

3、建立“云边端”一体的智慧运维平台，提升运维水平

为有效解决分布式光伏项目运维管理难题，亟需建立“云边端”一体的智慧运维平台，全面提升光伏电站的智能化运维水平。“云”指利用云计算技术搭建集中式管理平台，对分散的光伏项目进行统一监控、分析和调度；“边”是采用边缘计算技术在站点配置微型智能运维终端，实现数据就地处理和实时响应；“端”则是通过各种物联网传感器和智能设备采集光伏系统的运行数据。三者融合形成从数据采集、传输、存储到分析、控制、优化的端到端智能运维体系。以山东省烟台市为例，当地引入了博阳智能光伏云平台，对全市3000余个分布式光伏项目进行统一管理。平台汇聚了逆变器、汇流箱等设备的运行状态数据，利用大数据、人工智能等技术，对各电站发电量、故障预警、运维工单等进行可视化管理和智能分析。在智能运维终端方面，烟台还推广应用了“黑猫”智能运维机器人，可实现自主巡检、故障诊断、远程值守等功能，大幅提高了运维效率和质量。通过“云边端”协同，智慧运维平台可针对性地开展预测性维护，提前预警和处置隐患，实现精准高效运维。同时，平台积累的海量运行大数据也为优化设计、改进设备选型提供了数据支撑。

4、完善支持性政策体系，营造良好的市场环境

为加快推动分布式光伏发电的规模化应用，必须进一步完善支持性政策体系，营造良好的市场环境。首先，应简化审批手续，优化营商环境。可借鉴上海市建立“一网通办”平台的做法，将涉及发改、住建、电力等多部门的分布式光伏项目审批全流程实现“一张表单”在线申报，压缩审批时限，切实提高办事效率。同时，要赋予业主更多自主权，允许小微企业、个人等各类市场主体投资分布式项目。如浙江省出台的分布式光伏“二十条”明确提出，放开县域范围内分布式项目的建设规模限制，企业、机关事业单位可按需自建。

在电价政策方面，建议进一步提高分布式光伏的上网电价水平，完善余电上网机制。对自发自用项目应给予与工商业销售电价同等的补贴标准，调动业主投资积极性。如山东省新出台的分布式光伏扶持政策，对“自发自用、余电上网”的项目，上网电量按当地燃煤机组标杆上网电价予以全额补贴。对于纯上网项目，则可建立竞价上网机制，引导市场主体通过竞争方式确定优先发电权和电价水平。江苏、浙江等地已开展了分布式光伏平价上网试点，通过市场化交易，以较低的价格实现分布式电站与电网、售电公司的直接交易。此外，还应加大金融、税收等配套支持政策力度。

五、结语

分布式光伏发电在建筑领域的应用前景广阔。德令哈火车站光伏项目的成功实践，为铁路系统乃至整个交通运输行业的绿色低碳转型提供了有益探索和示范。在“双碳”目标引领下，应进一步总结推广德令哈站的经验做法，完善分布式光伏支持政策，创新商业模式，加强电网协同，提升智慧运维水平，加快推动分布式光伏在城乡建筑中的规模化应用，助力交通运输行业绿色高质量发展，为建设美丽中国贡献力量。

参考文献

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[2]王芳. 分布式光伏发电站的并网控制技术与系统设计[D].河北科技大学,2021.

[3]刘纬钊. 分布式并网光伏发电站系统设计分析[D].厦门大学,2022.

作者简介：王瑞中（1996.11-），男，汉，青海西宁，本科，学士，助理工程师，主要研究方向：新能源发电项目前期管理与开发。