智新振
浙江商业职业技术学院，浙江 杭州 310053
[摘要]近些年国家持续扩大高校招生计划，在校生人数逐年增加，校园建筑规模逐渐增大。水电气消耗量显著增长，特别是电能消耗成本。本项目旨在利用光伏发电技术在环保性、节能性、经济性等方面的优势，利用PVsyst软件模拟光伏建筑系统的逐月发电量，计算电力贡献率和投资回收期。
[关键词]光伏发电；光伏阵列；PVsyst；低碳生活
一、引言
随着社会的进步，能源与环境的压力将越来越大，节能减排的呼声也越来越高，可再生能源的发展必然称为人类的选择。[1]每年太阳辐射到地球的能源是地球自身能量消耗的1200倍，太阳能资源合理的开发是解决问题的关键。[2]
本项目旨在利用光伏发电系统在绿色和节能方面的作用，以学校即将建设的产教融合大楼工程为对象展开模拟分析。应用太阳能光伏发电技术，对校园倡导绿色建筑、低碳生活具有很大的经济价值和环境效益。
二、杭州地区太阳能资源分布情况
杭州地处长江三角洲南沿和钱塘江流域，地理坐标为东经118°21′-120°30′，北纬29°11′-30°33′。处于亚热带季风区，属于亚热带季风气候，全面平均气温17.8℃，年日照小时数1765小时，日照条件较为充足，在我国属于太阳能资源较丰富地区。
三、拟建产教融合大楼项目概况
本次拟建设的产教融合大楼位于主校区东南角，风雨操场以南，南临滨文路，东临火炬大道。包括主楼与裙楼二部分。项目位置处于滨江高教园区东向西入口处,地理位置优越，应用光伏发电系统可以大大提升园区关于节能减排的引领示范作用。初步估计产教融合大楼屋顶面积约为6498㎡，所处位置东面、西面、南面没有高层建筑光线遮挡，结合Ecotect软件日照、投影与阴影遮挡分析功能计算全年太阳高度角最低值冬至日9:00~15:00时间段的屋顶光伏系统有效面积为3202㎡。
四、模拟计算发电量
根据PVsyst软件模拟杭州滨江区光伏阵列发电的最佳方位和倾斜角。在屋顶平台安装100㎡透气性多晶硅光伏阵列模拟一个标准气象年不同方位角（-35°~35°）和倾斜角（0°~45°）的发电量。模拟结果如表1所示。
倾斜角
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通过对模拟结果数据分析，滨江区光伏阵列倾斜角20°~30°，方位角-15°~15°时，发电量比较集中，进一步调整数值精确模拟，可以发现当光伏电池组正向朝南，倾斜角22.5°，能获得最大太阳能辐射量。将方位角0°，最佳倾斜角22.5°输入PVsyst软件，以冬至日9时至15时光伏阵列无阴影遮挡为前提，计算光伏电池板面积与屋顶有效面积的比值。
通过PVsyst软件操作界面设置全部参数，完成以后选择result，软件会自动模拟计算出逐月发电量和年发电量计算结果如图1所示。
图1 光伏阵列逐月发电量及年发电量
由以上模拟数据分析可知，屋顶光伏首年发电量505584KWh,光伏系统按照0.8%的衰减率计算在25年全命命周期内总发电量为：
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五、屋顶光伏系统的电力贡献率分析
浙江商业职业技术学院滨江校区2018~2020近三年用电量及电费统计如下表2.
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通过对学校近三年用电量数据分析，发现用电量基本呈现稳步上升的趋势。用电量的增长受到两个因素影响，其一，学校响应国家高职院校扩招100万计划，2019年起逐步扩大招生计划，全日制在校生人数逐年稳步增加；其二，2019年学校人文艺术教学实训楼开工建设，施工用电引自学校4#高压配电室。由于2020年初爆发新冠疫情，全校师生推迟到5月中旬才逐步有序恢复工作和学习，该时间段用电量较往年明显偏少。因此计算光伏系统对全校的电力贡献率选择2019年用电量为参考对象。计算分析结果如图2所示。
图2 光伏系统电力贡献率
六、投资回收期
光伏发电系统的成本主要由组件、逆变器、支架、工程建设等成本构成，其中组件和逆变器成本最高，近几年随着技术进步、原材料降价等因素的推动，组件及逆变器的价格和安装成本降低了一半以上，一套完整的解决方案价格在3Wp/元左右。
依据PVsyst软件模拟出来的结果，产教融合大楼屋顶光伏系统项目装机总量484KWp。估算投资回收期N，需要计算光伏系统总投资V和年节省电费Y（杭州市滨江区当前电价0.538KWh/元）。
年节省电费：Y=当前电价*年均用电量
=0.538元/KWh*459898KWh=24.74万元
总投资：V=装机总量*系统单价
=484KWp*3Wp/元=145.2万元
投资回收期：N=V/Y=145.2/24.74=5.86年
七、结语
低碳经济、绿色节能的理念逐渐深入人心，开展高校光伏建筑一体化应用研究，充分利用学校闲置的大量屋顶资源，针对自身学校所处的地理位置特点，有计划实施，对高校在高教园区倡导节能减排方面起到引领示范作用。
[参 考 文 献]
[1]董春利.绿色住宅建设的可再生能源技术[J].住宅科技,2008,5(11):42-46.
[2]韩利,艾芊.光伏技术在节能建筑的应用[J].低压电器, 2009,11(2):4-8.