关连军
中国石油天然气股份有限公司浙江金华销售分公司 321017
摘要：光伏发电技术已日趋成熟，但在实际应用过程中，这种小、散模式还没有被广泛推广，加油站上光伏发电项目更不多见，本文通过阐述光伏发电原理、在加油站应用的可行性以及经济效益分析几个方面论证，对加油站投资光伏发电给予了积极肯定，这也是一项利国、利民、利企的好事。
关健词： 光伏发电 加油站 应用 研究
引言：全球变暖是人类行为造成地球气候变化的结果，我国随着《大气污染防治法》开始实施，在经济增长和能源需求增加的同时，持续削减煤炭发电，大力开发和运用风电、水电、核电、太阳能发电，实现清洁能源代替火力发电，并向世界率先承诺二氧化碳排放力争在2030年前达到峰值，努力争取2060年前实现碳中和。
太阳能提供了一种极具吸引力的发电方案，在世界的一些主要国家中，尤其是德国、美国和法国，政府机构纷纷以退税、税收抵免和其他激励措施向太阳能产品的最终用户、经销商、制造商提供补贴和经济激励，以促进太阳能的使用，降低对其他能源的依赖。
我国财政部也制定了《关于加快推进太阳能光电建筑应用的实施意见》和《太阳能光电建筑应用财政补助资金管理暂行办法》。浙江省要求在碳达峰、碳中和工作全国要走在前列，号召全省厂矿企业在建筑屋顶采用光伏发电方式综合利用清洁能源、减少碳排放。
加油站利用罩棚、站房屋顶安装太阳能发电板符合国家产业政策和新能源发展规划，对推进光伏发电项目建设，加快太阳能资源利用，发展清洁能源具有积极作用。
正文：
1光伏发电当前的发展态势
太阳能光伏效应，简称光伏，又称为光生伏特效应，是指光照时不均匀半导体或半导体与金属组合的部位间产生电位差的现象。光伏被定义为射线能量的直接转换，在实际应用中通常指太阳能向电能的转换，即太阳能光伏。它的实现方式主要是通过利用硅等半导体材料所制成的太阳能电板，利用光照产生直流电，比如我们日常生活中随处可见的太阳能电池。
光伏技术具备很多优势：比如没有任何机械运转部件；除了日照外，不需其它任何"燃料"，在太阳光直射和斜射情况下都可以工作；而且从站址的选择来说，也十分方便灵活，城市中的楼顶、空地都可以被应用。自1958年以来，太阳能光伏效应以太阳能电池的形式在空间卫星的供能领域首次得到应用。时至今日，小至自动停车计费器的供能、屋顶太阳能板，大至面积广阔的太阳能发电中心，其在发电领域的应用已经遍及全球。
2光伏发电在加油站的应用
加油站主要用电设备为：潜油泵、油气回收泵、加油机、尿素加注机、罩棚灯、照明灯、电脑、冰箱冰柜，空调等。
2.1建设规模
总装机容量为27.69kWp、分布式光伏发电项目，选用355Wp多晶硅组件78块，采用自发自用，余电上网方式。
2.2地理位置
要求站址交通便利，屋顶开阔、平坦，周围无高大建筑和遮挡物，非常适合安装光伏发电系统。
2.3系统主要组成
本系统主要由光伏组件及其支架逆变器、并网柜、计量柜、附柜、防雷接地、交直流电缆、土建等基础以及其他相关辅材。
2.4光伏组件选型
因晶硅类太阳能电池制造技术成熟、产品性能稳定、使用寿命长、光电转化效率相对较高的特点，综合考虑技术、效率、成本等因素，本方案采用355Wp单晶硅组件。
2.5光伏支架
为了使整个光伏发电系统得到最大功率输出，结合建设地点的地理、气候及太阳能资源条件，将太阳能组件以一定的朝向，排列方式及间距固定住的支撑结构，采用水泥屋面支架安装光伏组件，支架选用材质较为轻便的Al6005-T5表面阳极氧化铝合金。
2.6逆变器选型
本工程选用1台25kWp组串式逆变器，该逆变器配置了电网电压过、欠压保护，电网频率过、欠频保护，防孤岛效应保护，逆变器过载、过热保护，逆变器对地漏电保护，逆变器防反放电保护，防反接保护，防过压保护，防浪涌保护，低电压穿越等功能；具有智能、高效、安全、可靠等特点。
2.7组串设计原则
（1）太阳电池组件串联形成的组串，其输出端电压的变化范围必须与逆变器的输入电压范围相符合。太阳电池组串的最高输出电压必须小于逆变器允许的最高输入电压，太阳电池组串的最低输出电压必须大于逆变器允许的最低输入电压。
逆变器能承受的太阳电池组串最高输出电压是在温度较低时的开路电压。在本工程设计中，确定阳光辐射在1000 W/㎡、环境温度为-20.6 ℃时的开路电压为太阳电池组件的最高输出电压，计算得到最高开路电压和最高工作电压。
逆变器工作所需的太阳电池组串最低输出电压发生在辐照度最大（极端工作温度）、太阳电池组串产生最大峰值功率时。在本工程设计中，确定阳光辐射在1000W/㎡、环境温度为41 ℃、太阳电池组件产生最大峰值功率时的输出电压为太阳电池组件的最低开路电压，计算得到最低开路电压和最低工作电压。
（2）并联连接的全部太阳电池组串的总功率应稍大于逆变器的额定功率。
（3）太阳电池组件串联形成光伏组串后，光伏组串的最高输出电压不允许超过太阳电池组件自身要求的最高允许系统电压。
2.8太阳电池组件的组串设计
逆变器的最高允许输入电压为1000V，满载工作范围为200～800V。
根据如下公式，并根据户用光伏需电量，确定本工程的组件串联数为22块组件串联而成一个组串。
2.9组串方阵设计
在每个站房屋顶，将每串晶硅太阳电池组件每块（横向/纵向）放置，排成规则的组串，期间预留维护通道。采用光伏组件形成一个子阵列，作为一个安装多元，整个屋面由多个子阵列组成，阵列及阵列之间预留通道，便于后期维护，具体根据屋面情况而定。
2.10并网接入设备
低压0.4kV接入设备主要为并网柜、计量柜，选用GGD柜，并网柜、计量柜内配置计量装置及电量采集装置，用于采集用户光伏发电量相关数据，柜内安装闸刀、并网开关。此外企业进线柜关口计量表更换为双向计量表，用于采集用户上下网电量。
3工程投资概算
工程总投资19.02万元，其中光伏组件9.51万元，逆变器1.902万元，线缆和辅材3.804万元，安装和运输3.804万元。
4上网电量估算
按接受太阳能辐射量的大小，浙江省全年日照时数为12500～22000小时，辐射量在419～502x104kJ／cm2?a。相当于140～170kg标准煤燃烧所发出的热量。
由于光伏组件在使用过程中有衰减，并且不同组件的衰减率随着时间的变化而变化。为方便计算，综合考虑浙江地区光照条件和组件衰减率作出以下估算说明，后续相关数据计算也是以此为依据进行。
不考虑组件品牌、每瓦每年发1°电、连续20年发电保持不变、第20—25年每年发电量变为之前的80%。
该项目装机容量为：27.69kWp；每年可产生27690度电，节约标准煤8445Kg，减排二氧化碳22540Kg，减排硫氧化物172Kg，减排氮化物58Kg。
5综合效益分析
（1）在加油站站房和辅房顶安装太阳能光伏发电站，两房顶面积共300㎡。太阳能光伏发电站总装机容量27.69kWp，设计使用寿命25年，采用自发自用，余电上网方式（上网电价0.415元/kWh）。
（2）根据加油站营运的数据分析，发电站每日发电量50-144kWh（极端天气除外），加油站自用电20-40kWh，上网电量30-104kWh；加油站每日平均电量消耗为139kWh。
（3）根据加油站销量（20吨/日）测算：加油站所需电费约3.5万元，其中白班与夜班电费比例约为7:3，即夜班电费1.05万元，白班电费约2.45万元，折算电量为33000kWh（电价0.74元/kWh）。而发电站年发电量为27690度，按照自发电60%为自用（销量越高自用比例越高），自用电量16600kWh，上网电量11090kWh。
安装太阳能光伏电站后，加油站年用电费用：
（33000-16600）*0.74+1.05-11090*0.415=1.8万元
年节约电费：3.5万元-1.8万元=1.7万元
投资回收期：19.02万元÷1.7万元/年=11.18年
投资收益：1.7*（20-11.8）+1.7*80%*5=20.74万元
结论：加油站根据现有建筑屋顶面积，积极响应国家节能减排号召，大力发展光伏发电项目，不仅企业产生了一定的经济效益，也在一定程度上对光伏发电的市场应用起到示范作用，本文希望能对新建、改扩建加油站上马光伏发电有所启迪。
参考文献：
1、GB 50797-2012《光伏发电站设计规范》〔S〕
2、GB/T 19964-2012《光伏发电站接入电力系统技术规定》〔S〕
3、GB/T 29319-2012《光伏发电系统接入配电网技术规定》〔S〕
4、GB/T 50865-2013《光伏发电接入配电网设计规范》〔S〕
5、GB 50053-2013《20kV及以下变电所设计规范》〔S〕
6、GB 50054-2011《低压配电设计规范》〔S〕
7、GB 50217-2007《电力工程电缆设计规范》〔S〕
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9、〔2015〕489号《浙电关于进一步加强光伏发电并网管理相关工作的实施意见》〔S〕