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水處理行業(yè)中光伏發(fā)電系統(tǒng)的運(yùn)用分析的論文
正文：
1.引言
太陽(yáng)能作為一種取之不盡、用之不竭的可再生綠色能源，以其獨(dú)有的優(yōu)勢(shì)而具有廣闊的應(yīng)用領(lǐng)域和良好的發(fā)展前景。太陽(yáng)能光伏發(fā)電作為對(duì)太陽(yáng)能的諸多開發(fā)利用中的一種，具有無(wú)污染、可再生、機(jī)動(dòng)靈活、可存儲(chǔ)等特點(diǎn)。隨著我國(guó)近年來對(duì)分布式光伏發(fā)展的大力支持，開啟了光伏應(yīng)用市場(chǎng)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(shí)際的應(yīng)用。而水處理行業(yè)以其獨(dú)特的行業(yè)特點(diǎn)，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(yáng)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(duì)。在電場(chǎng)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(yáng)能光伏電池組件按照基體材料可以分為單晶硅太陽(yáng)能光伏電池組件、多晶硅太陽(yáng)能光伏電池組件、薄膜太陽(yáng)電池三大類。
控制器在光伏發(fā)電系統(tǒng)中主要是用于對(duì)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(gè)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(fù)載均是交流負(fù)載，因此，逆變器在光伏發(fā)電系統(tǒng)中也是一個(gè)不可或缺的組成部分。
最后一項(xiàng)蓄電池組，則是系統(tǒng)中的儲(chǔ)能部分。當(dāng)光照條件好，并且光伏電池所發(fā)電量大于負(fù)載需求時(shí)，由系統(tǒng)向蓄電池組充電，儲(chǔ)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(fù)載需求時(shí)，可由蓄電池釋放電能以滿足負(fù)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(shì)
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(shì)：
（1）周圍無(wú)高大建筑遮擋
水處理廠多處于工業(yè)企業(yè)相對(duì)集中，位置較為偏遠(yuǎn)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(duì)于水處理廠中光伏發(fā)電系統(tǒng)遮擋較少。同時(shí)，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(jī)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(hù)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(jì)，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(duì)環(huán)境的影響，同時(shí)，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(qiáng)微生物生長(zhǎng)活性，改善污水處理效果，最終達(dá)到提高水處理能力和項(xiàng)目綜合經(jīng)濟(jì)效益的目的。
�。�4）水處理廠用電量大且穩(wěn)定
水處理廠負(fù)荷包括鼓風(fēng)機(jī)、潛污泵等大功率負(fù)荷，同時(shí)也含有如閘門、格柵、潛水推流器等小功率負(fù)荷，其計(jì)算功率往往較大。并且，由于水量較為均衡，各工藝設(shè)備運(yùn)行情況較為穩(wěn)定，負(fù)荷特性穩(wěn)定，便于光伏發(fā)電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。
（5）光伏電能可就地消納
由于水處理廠的負(fù)荷用電量大，且變化較小，對(duì)光伏系統(tǒng)的合理設(shè)計(jì)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(fèi)，降低棄光率。
�。�6）融資條件好
水處理廠通常運(yùn)行周期長(zhǎng)，經(jīng)營(yíng)有保證，效益穩(wěn)定，其自發(fā)自用比例較高，投資回報(bào)率較高，因而可以避免融資難的問題。
（7）維護(hù)成本低
光伏系統(tǒng)建成后，其運(yùn)營(yíng)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(hù)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(shí)清洗后水源還可就地直接收集進(jìn)入污水處理流程中，因此可以節(jié)約用水，降低維護(hù)成本。
4.光伏發(fā)電系統(tǒng)在水處理行業(yè)中設(shè)計(jì)要點(diǎn)
1）光伏發(fā)電系統(tǒng)的設(shè)立應(yīng)因地制宜
我國(guó)太陽(yáng)能資源豐富，太陽(yáng)能年均輻射總量位居世界各國(guó)前列，但對(duì)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?yáng)能資源情況考慮是否適宜設(shè)立光伏系統(tǒng)。
我國(guó)太陽(yáng)能資源分布情況如下圖所示。
根據(jù)太陽(yáng)能資源的強(qiáng)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(duì)于太陽(yáng)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(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)。對(duì)于太陽(yáng)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(jì)
對(duì)于光伏發(fā)電容量的設(shè)計(jì)，涉及到太陽(yáng)能電池板的最佳位置布置、最佳安裝方位角及傾角設(shè)計(jì)等因素，同時(shí)需要對(duì)工程當(dāng)?shù)氐奶?yáng)光全局輻射、漫反射、溫度及風(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(jì)算軟件來加以設(shè)計(jì)。這里，我們以專業(yè)光伏計(jì)算軟件PVsyst為例，加以簡(jiǎn)單的介紹。
PVsyst軟件是當(dāng)前國(guó)際知名的專業(yè)光伏系統(tǒng)仿真計(jì)算軟件，被廣泛應(yīng)用于太陽(yáng)能光伏系統(tǒng)設(shè)計(jì)、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(kù)和環(huán)境建模功能，可以對(duì)不同地點(diǎn)、不同環(huán)境下的光伏系統(tǒng)進(jìn)行計(jì)算。通過PVsyst軟件，可以根據(jù)光伏系統(tǒng)的具體設(shè)計(jì)參數(shù)，計(jì)算光伏系統(tǒng)年發(fā)電量、損耗等等，并進(jìn)行經(jīng)濟(jì)效益分析，從而用于對(duì)光伏系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行驗(yàn)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(diǎn)的氣象數(shù)據(jù)。借助于PVsyst軟件，我們可以通過對(duì)工程當(dāng)?shù)氐闹車匦渭罢趽跷镞M(jìn)行建模，分析光伏電池組件安裝在不同位置時(shí)所受的遮擋情況，從而選取最優(yōu)的安裝地點(diǎn)。
上圖中，上方黃域?yàn)楣こ棠车氐奶?yáng)移動(dòng)軌跡，下方紅色曲線為光伏電池組件安裝地點(diǎn)周圍的遮擋物，而兩者重合的區(qū)域，便是陽(yáng)光被遮擋的區(qū)段。
對(duì)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(jìn)行分析，來選取電池組件的安裝區(qū)域。
此外，PVsyst還能計(jì)算光伏電池組件在不同方位角及傾角下的太陽(yáng)能輻射能，從而選取電池板的最優(yōu)方位角及傾角，并計(jì)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(jì)
系統(tǒng)硬件的選型設(shè)計(jì)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(jì)等。
不同類型的光伏電池組件各有其優(yōu)、缺點(diǎn)，可根據(jù)工程的實(shí)際情況進(jìn)行選擇，在此不再贅述。
對(duì)于配電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)需結(jié)合水處理廠廠區(qū)的配電設(shè)計(jì)。通常，光伏發(fā)電系統(tǒng)分為獨(dú)立發(fā)電系統(tǒng)與并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)，對(duì)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(jī)、潛污泵等大功率負(fù)荷，一般計(jì)算容量較大，并且考慮到水處理廠負(fù)荷等級(jí)對(duì)于供電可靠性的要求，光伏發(fā)電獨(dú)立系統(tǒng)不適用于本行業(yè)。因此，對(duì)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(yǔ)
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(shì)，并進(jìn)一步探討了光伏發(fā)電系統(tǒng)的一些設(shè)計(jì)要點(diǎn)及設(shè)計(jì)方法，供后續(xù)工程參考。
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