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水處理行業(yè)中光伏發(fā)電系統(tǒng)的運用分析的論文
正文：
1.引言
太陽能作為一種取之不盡、用之不竭的可再生綠色能源，以其獨有的優(yōu)勢而具有廣闊的應(yīng)用領(lǐng)域和良好的發(fā)展前景。太陽能光伏發(fā)電作為對太陽能的諸多開發(fā)利用中的一種，具有無污染、可再生、機動靈活、可存儲等特點。隨著我國近年來對分布式光伏發(fā)展的大力支持，開啟了光伏應(yīng)用市場化的新階段。光伏發(fā)電系統(tǒng)目前已在道路照明、住宅建筑等領(lǐng)域有了實際的應(yīng)用。而水處理行業(yè)以其獨特的行業(yè)特點，同樣也適合于光伏發(fā)電系統(tǒng)的應(yīng)用。
2.光伏發(fā)電系統(tǒng)的基本原理及組成
光伏發(fā)電系統(tǒng)一般由光伏電池組件、控制器、逆變器及蓄電池組組成。光伏電池組件是利用太陽光照射在其上后，在其半導(dǎo)體P-N結(jié)上形成電極性相反的電子-空穴對。在電場的作用下，空穴由N區(qū)流向P區(qū)，電子由P區(qū)流向N區(qū)，接通外電路后形成電流，從而獲得電能。太陽能光伏電池組件按照基體材料可以分為單晶硅太陽能光伏電池組件、多晶硅太陽能光伏電池組件、薄膜太陽電池三大類。
控制器在光伏發(fā)電系統(tǒng)中主要是用于對蓄電池的充、放電加以控制，使得在任意氣候、溫度及日照條件下，系統(tǒng)都能有一個最優(yōu)化的功率輸出。光伏控制器的類型主要可分為串聯(lián)型、并聯(lián)型、PWM調(diào)制型、智能型及最大功率跟蹤型控制器。
由于光伏電池組件和蓄電池組所輸出的都是直流電源，而在我們?nèi)粘Ｉ罴八幚硇袠I(yè)中絕大多數(shù)負載均是交流負載，因此，逆變器在光伏發(fā)電系統(tǒng)中也是一個不可或缺的組成部分。
最后一項蓄電池組，則是系統(tǒng)中的儲能部分。當(dāng)光照條件好，并且光伏電池所發(fā)電量大于負載需求時，由系統(tǒng)向蓄電池組充電，儲存電能。當(dāng)遇到光照條件不好，光伏電池所發(fā)電量不能滿足負載需求時，可由蓄電池釋放電能以滿足負載需求。
3.光伏發(fā)電系統(tǒng)在水處理行業(yè)中的應(yīng)用優(yōu)勢
光伏發(fā)電系統(tǒng)在水處理行業(yè)應(yīng)用中有如下優(yōu)勢：
（1）周圍無高大建筑遮擋
水處理廠多處于工業(yè)企業(yè)相對集中，位置較為偏遠的地區(qū)，周邊建筑物多為工業(yè)廠房等層高較低的建筑物，對于水處理廠中光伏發(fā)電系統(tǒng)遮擋較少。同時，由于水處理廠本身建筑條件要求，其各構(gòu)、建筑物單體本身高度較低且布局較為稀疏，亦不易造成遮擋，因此具有較好的光照條件。
（2）可安裝屋頂面積較大
水處理廠由于工藝流程的需要，多具有面積較大的建、構(gòu)筑物，如生反池、二沉池、鼓風(fēng)機房等等，此類構(gòu)建筑物上方具有較大的光伏系統(tǒng)安裝空間。此外，水處理廠光伏發(fā)電系統(tǒng)多屬于屋頂式分布式光伏系統(tǒng)，不涉及新增土地，不改變土地用途，不影響文物保護要求，不新增建筑面積和不改變建筑結(jié)構(gòu)。
（3）提高工藝處理效果
水處理廠光伏發(fā)電系統(tǒng)的合理布置與設(shè)計，可以減少池水的蒸發(fā)量，增加水的處理量，減少污水蒸發(fā)對環(huán)境的影響，同時，還能起到降低水池上方風(fēng)速，改善局部小環(huán)境，提高池水溫度，增強微生物生長活性，改善污水處理效果，最終達到提高水處理能力和項目綜合經(jīng)濟效益的目的。
（4）水處理廠用電量大且穩(wěn)定
水處理廠負荷包括鼓風(fēng)機、潛污泵等大功率負荷，同時也含有如閘門、格柵、潛水推流器等小功率負荷，其計算功率往往較大。并且，由于水量較為均衡，各工藝設(shè)備運行情況較為穩(wěn)定，負荷特性穩(wěn)定，便于光伏發(fā)電系統(tǒng)的設(shè)計。
（5）光伏電能可就地消納
由于水處理廠的負荷用電量大，且變化較小，對光伏系統(tǒng)的合理設(shè)計可以使光伏電能得到充分應(yīng)用，避免光伏系統(tǒng)的電能浪費，降低棄光率。
（6）融資條件好
水處理廠通常運行周期長，經(jīng)營有保證，效益穩(wěn)定，其自發(fā)自用比例較高，投資回報率較高，因而可以避免融資難的問題。
（7）維護成本低
光伏系統(tǒng)建成后，其運營成本除不可抗因素導(dǎo)致的設(shè)備損壞外，主要是清洗用水等維護成本。污水處理廠的出水或者中水清潔程度即可滿足光伏組件的清洗需要，同時清洗后水源還可就地直接收集進入污水處理流程中，因此可以節(jié)約用水，降低維護成本。
4.光伏發(fā)電系統(tǒng)在水處理行業(yè)中設(shè)計要點
1）光伏發(fā)電系統(tǒng)的設(shè)立應(yīng)因地制宜
我國太陽能資源豐富，太陽能年均輻射總量位居世界各國前列，但對于光伏發(fā)電系統(tǒng)的設(shè)立，仍要因地制宜，根據(jù)當(dāng)?shù)氐奶柲苜Y源情況考慮是否適宜設(shè)立光伏系統(tǒng)。
我國太陽能資源分布情況如下圖所示。
根據(jù)太陽能資源的強弱，可以分為豐富區(qū)、較豐富區(qū)、可利用區(qū)與貧乏區(qū)，如下表所示。
對于太陽能資源的豐富區(qū)、較豐富區(qū)及可利用區(qū)，一般都適宜建設(shè)太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)。對于太陽能資源的貧乏區(qū)則不建議設(shè)立。
2）光伏發(fā)電容量的設(shè)計
對于光伏發(fā)電容量的設(shè)計，涉及到太陽能電池板的最佳位置布置、最佳安裝方位角及傾角設(shè)計等因素，同時需要對工程當(dāng)?shù)氐奶柟馊州椛洹⒙瓷洹囟燃帮L(fēng)速等氣象條件有足夠的數(shù)據(jù)支撐，通常需要借助專業(yè)光伏計算軟件來加以設(shè)計。這里，我們以專業(yè)光伏計算軟件PVsyst為例，加以簡單的介紹。
PVsyst軟件是當(dāng)前國際知名的專業(yè)光伏系統(tǒng)仿真計算軟件，被廣泛應(yīng)用于太陽能光伏系統(tǒng)設(shè)計、工程和學(xué)術(shù)研究中。PVsyst具有友好的用戶界面以及完善的數(shù)據(jù)庫和環(huán)境建模功能，可以對不同地點、不同環(huán)境下的光伏系統(tǒng)進行計算。通過PVsyst軟件，可以根據(jù)光伏系統(tǒng)的具體設(shè)計參數(shù)，計算光伏系統(tǒng)年發(fā)電量、損耗等等，并進行經(jīng)濟效益分析，從而用于對光伏系統(tǒng)設(shè)計方案進行驗證、分析與優(yōu)化。
PVsyst集成了專業(yè)氣象軟件Meteonorm,可以方便地獲取工程地點的氣象數(shù)據(jù)。借助于PVsyst軟件，我們可以通過對工程當(dāng)?shù)氐闹車匦渭罢趽跷镞M行建模，分析光伏電池組件安裝在不同位置時所受的遮擋情況，從而選取最優(yōu)的安裝地點。
上圖中，上方黃域為工程某地的太陽移動軌跡，下方紅色曲線為光伏電池組件安裝地點周圍的遮擋物，而兩者重合的區(qū)域，便是陽光被遮擋的區(qū)段。
對于水處理廠，我們可以選取生反池、二沉池等大面積構(gòu)筑物以及大型廠房所在的區(qū)域進行分析，來選取電池組件的安裝區(qū)域。
此外，PVsyst還能計算光伏電池組件在不同方位角及傾角下的太陽能輻射能，從而選取電池板的最優(yōu)方位角及傾角，并計算出在最優(yōu)方位角及傾角下的系統(tǒng)容量。
3）系統(tǒng)硬件的選型設(shè)計
系統(tǒng)硬件的選型設(shè)計包括光伏電池組件的選型、逆變器的選擇、防雷及配電系統(tǒng)設(shè)計等。
不同類型的光伏電池組件各有其優(yōu)、缺點，可根據(jù)工程的實際情況進行選擇，在此不再贅述。
對于配電系統(tǒng)的設(shè)計需結(jié)合水處理廠廠區(qū)的配電設(shè)計。通常，光伏發(fā)電系統(tǒng)分為獨立發(fā)電系統(tǒng)與并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)，對于并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)，還可考慮余電是否饋入公共電網(wǎng)。由于水處理行業(yè)通常都含有鼓風(fēng)機、潛污泵等大功率負荷，一般計算容量較大，并且考慮到水處理廠負荷等級對于供電可靠性的要求，光伏發(fā)電獨立系統(tǒng)不適用于本行業(yè)。因此，對于水處理行業(yè)，我們可選擇光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)，光伏發(fā)電所產(chǎn)生的電能自發(fā)自用，余電不上網(wǎng)。
5.結(jié)束語
本文通過介紹光伏發(fā)電系統(tǒng)的基本原理及組成，分析了光伏發(fā)電應(yīng)用在水處理行業(yè)的可行性及優(yōu)勢，并進一步探討了光伏發(fā)電系統(tǒng)的一些設(shè)計要點及設(shè)計方法，供后續(xù)工程參考。
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