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水處理行業(yè)中光伏發(fā)電系統的運用分析的論文
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，以其獨有的優(yōu)勢而具有廣闊的應用領(lǐng)域和良好的發(fā)展前景。太陽(yáng)能光伏發(fā)電作為對太陽(yáng)能的諸多開(kāi)發(fā)利用中的一種，具有無(wú)污染、可再生、機動(dòng)靈活、可存儲等特點(diǎn)。隨著(zhù)我國近年來(lái)對分布式光伏發(fā)展的大力支持，開(kāi)啟了光伏應用市場(chǎng)化的新階段。光伏發(fā)電系統目前已在道路照明、住宅建筑等領(lǐng)域有了實(shí)際的應用。而水處理行業(yè)以其獨特的行業(yè)特點(diǎn)，同樣也適合于光伏發(fā)電系統的應用。
2.光伏發(fā)電系統的基本原理及組成
光伏發(fā)電系統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，在其半導體P-N結上形成電極性相反的電子-空穴對。在電場(chǎng)的作用下，空穴由N區流向P區，電子由P區流向N區，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(lèi)。
控制器在光伏發(fā)電系統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，系統都能有一個(gè)最優(yōu)化的功率輸出。光伏控制器的類(lèi)型主要可分為串聯(lián)型、并聯(lián)型、PWM調制型、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，而在我們日常生活及水處理行業(yè)中絕大多數負載均是交流負載，因此，逆變器在光伏發(fā)電系統中也是一個(gè)不可或缺的組成部分。
最后一項蓄電池組，則是系統中的儲能部分。當光照條件好，并且光伏電池所發(fā)電量大于負載需求時(shí)，由系統向蓄電池組充電，儲存電能。當遇到光照條件不好，光伏電池所發(fā)電量不能滿(mǎn)足負載需求時(shí)，可由蓄電池釋放電能以滿(mǎn)足負載需求。
3.光伏發(fā)電系統在水處理行業(yè)中的應用優(yōu)勢
光伏發(fā)電系統在水處理行業(yè)應用中有如下優(yōu)勢：
�。�1）周?chē)鸁o(wú)高大建筑遮擋
水處理廠(chǎng)多處于工業(yè)企業(yè)相對集中，位置較為偏遠的地區，周邊建筑物多為工業(yè)廠(chǎng)房等層高較低的建筑物，對于水處理廠(chǎng)中光伏發(fā)電系統遮擋較少。同時(shí)，由于水處理廠(chǎng)本身建筑條件要求，其各構、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(chǎng)由于工藝流程的需要，多具有面積較大的建、構筑物，如生反池、二沉池、鼓風(fēng)機房等等，此類(lèi)構建筑物上方具有較大的光伏系統安裝空間。此外，水處理廠(chǎng)光伏發(fā)電系統多屬于屋頂式分布式光伏系統，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構。
�。�3）提高工藝處理效果
水處理廠(chǎng)光伏發(fā)電系統的合理布置與設計，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(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，增強微生物生長(cháng)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(chǎng)用電量大且穩定
水處理廠(chǎng)負荷包括鼓風(fēng)機、潛污泵等大功率負荷，同時(shí)也含有如閘門(mén)、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，各工藝設備運行情況較為穩定，負荷特性穩定，便于光伏發(fā)電系統的設計。
�。�5）光伏電能可就地消納
由于水處理廠(chǎng)的負荷用電量大，且變化較小，對光伏系統的合理設計可以使光伏電能得到充分應用，避免光伏系統的電能浪費，降低棄光率。
�。�6）融資條件好
水處理廠(chǎng)通常運行周期長(cháng)，經(jīng)營(yíng)有保證，效益穩定，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(wèn)題。
�。�7）維護成本低
光伏系統建成后，其運營(yíng)成本除不可抗因素導致的設備損壞外，主要是清洗用水等維護成本。污水處理廠(chǎng)的出水或者中水清潔程度即可滿(mǎn)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，因此可以節約用水，降低維護成本。
4.光伏發(fā)電系統在水處理行業(yè)中設計要點(diǎn)
1）光伏發(fā)電系統的設立應因地制宜
我國太陽(yáng)能資源豐富，太陽(yáng)能年均輻射總量位居世界各國前列，但對于光伏發(fā)電系統的設立，仍要因地制宜，根據當地的太陽(yáng)能資源情況考慮是否適宜設立光伏系統。
我國太陽(yáng)能資源分布情況如下圖所示。
根據太陽(yáng)能資源的強弱，可以分為豐富區、較豐富區、可利用區與貧乏區，如下表所示。
對于太陽(yáng)能資源的豐富區、較豐富區及可利用區，一般都適宜建設太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統。對于太陽(yáng)能資源的貧乏區則不建議設立。
2）光伏發(fā)電容量的設計
對于光伏發(fā)電容量的設計，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計等因素，同時(shí)需要對工程當地的太陽(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據支撐，通常需要借助專(zhuān)業(yè)光伏計算軟件來(lái)加以設計。這里，我們以專(zhuān)業(yè)光伏計算軟件PVsyst為例，加以簡(jiǎn)單的介紹。
PVsyst軟件是當前國際知名的專(zhuān)業(yè)光伏系統仿真計算軟件，被廣泛應用于太陽(yáng)能光伏系統設計、工程和學(xué)術(shù)研究中。PVsyst具有友好的用戶(hù)界面以及完善的數據庫和環(huán)境建模功能，可以對不同地點(diǎn)、不同環(huán)境下的光伏系統進(jìn)行計算。通過(guò)PVsyst軟件，可以根據光伏系統的具體設計參數，計算光伏系統年發(fā)電量、損耗等等，并進(jìn)行經(jīng)濟效益分析，從而用于對光伏系統設計方案進(jìn)行驗證、分析與優(yōu)化。
PVsyst集成了專(zhuān)業(yè)氣象軟件Meteonorm,可以方便地獲取工程地點(diǎn)的氣象數據。借助于PVsyst軟件，我們可以通過(guò)對工程當地的周?chē)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，上方黃域為工程某地的太陽(yáng)移動(dòng)軌跡，下方紅色曲線(xiàn)為光伏電池組件安裝地點(diǎn)周?chē)恼趽跷�，而兩者重合的區域，便是陽(yáng)光被遮擋的區段。
對于水處理廠(chǎng)，我們可以選取生反池、二沉池等大面積構筑物以及大型廠(chǎng)房所在的區域進(jìn)行分析，來(lái)選取電池組件的安裝區域。
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(yáng)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容量。
3）系統硬件的選型設計
系統硬件的選型設計包括光伏電池組件的選型、逆變器的選擇、防雷及配電系統設計等。
不同類(lèi)型的光伏電池組件各有其優(yōu)、缺點(diǎn)，可根據工程的實(shí)際情況進(jìn)行選擇，在此不再贅述。
對于配電系統的設計需結合水處理廠(chǎng)廠(chǎng)區的配電設計。通常，光伏發(fā)電系統分為獨立發(fā)電系統與并網(wǎng)發(fā)電系統，對于并網(wǎng)發(fā)電系統，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(chǎng)負荷等級對于供電可靠性的要求，光伏發(fā)電獨立系統不適用于本行業(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，光伏發(fā)電所產(chǎn)生的電能自發(fā)自用，余電不上網(wǎng)。
5.結束語(yǔ)
本文通過(guò)介紹光伏發(fā)電系統的基本原理及組成，分析了光伏發(fā)電應用在水處理行業(yè)的可行性及優(yōu)勢，并進(jìn)一步探討了光伏發(fā)電系統的一些設計要點(diǎn)及設計方法，供后續工程參考。
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