為了促進太陽能技術(shù)的商業(yè)應(yīng)用，本文根據(jù)水泥廠的特點，提出了水泥廠屋頂太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的解決方案。研究了太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的工作原理、水泥廠的電力負荷、水泥廠對太陽能光伏發(fā)電能力的評價和太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的規(guī)劃。從而為綠色清潔水泥廠的推廣應(yīng)用積累經(jīng)驗。

太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)以光生伏特效應(yīng)技術(shù)原理和方法為基礎(chǔ)，使用光伏太陽能燃料電池直接將太陽光照轉(zhuǎn)換為能源。由于無能源消耗、無溫室氣體等化學(xué)物質(zhì)的排放，太陽能光伏發(fā)電具備無噪聲、無污染的特性。加之其分布范圍也很廣，所以太陽能作為可再生能源的發(fā)電技術(shù)具備可持續(xù)發(fā)展的理想特征。

近年來，在我國的經(jīng)濟發(fā)展越來越快的背景下，各類工業(yè)化進程和交通運輸業(yè)發(fā)展加快，碳排放也相應(yīng)迅速增長。“十三五”中后期，在政策引導(dǎo)下，我國的碳排放開始逐年降低。據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，從2005年到2019年，我國降低了約48.1%的碳排放量，“十三五”目標(biāo)提前順利達成。將來由于我國經(jīng)濟不僅僅依靠高速度，而更多是要轉(zhuǎn)為高質(zhì)量發(fā)展，碳排放量的控制也變得愈加重要。

我國的能源不足問題導(dǎo)致國民經(jīng)濟發(fā)展受到了嚴(yán)重制約。在我國各工業(yè)部門的高能耗行業(yè)中，水泥工業(yè)占全國總能耗的近10%，所以解決水泥廠的能耗問題就十分必要。大部分水泥廠屋頂面積大、灰塵少，為屋頂太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的應(yīng)用提供了良好的發(fā)展機會。利用水泥廠各車間的廠房屋頂建設(shè)太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)，不僅可以節(jié)約建設(shè)太陽能光伏發(fā)電廠所需的大面積土地，還可以為廠區(qū)供電提供幫助。

1　太

1　太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的工作原理和分類

太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)中最重要的部件是太陽能電池。他們通過串聯(lián)或者并聯(lián)封裝保護形成了太陽能電池零件，并與輸出控制器等模塊結(jié)合組成了太陽能光伏發(fā)電裝置。目前太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)分為兩大類：離網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)和并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)。

（1）離網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)。通過蓄電池、控制器和太陽能電池部件組合構(gòu)成，再配置AC逆變器就可為交流負載供電。圖1顯示了典型水泥廠的離網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)。

光照條件良好時候，全廠照明與通風(fēng)等負荷由太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)供電，當(dāng)光照條件稍差的時候，太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)為照明系統(tǒng)供電，當(dāng)太陽能光伏系統(tǒng)發(fā)電功率繼續(xù)減少時，該系統(tǒng)向蓄電池供電，此時全部用電負荷由電網(wǎng)供電，待蓄電池電量充滿后切斷電網(wǎng)，由蓄電池系統(tǒng)供電。

（2）并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)。通過太陽能電池部件，將太陽能元件產(chǎn)生的直流電力轉(zhuǎn)化為滿足城市電網(wǎng)要求的交流電力，通過并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)逆變器直接連接到公共電網(wǎng)，不需要經(jīng)過蓄電池的能量儲存。例如圖2太陽能光伏發(fā)電建筑的綜合發(fā)電系統(tǒng)。

太陽能光伏發(fā)電建筑的綜合發(fā)電系統(tǒng)占地少、建設(shè)快、投資少、政策支持強的特點使其成為了目前光伏發(fā)電的主流方式。并且由于直接向電網(wǎng)輸入電力，可以免除電池的配置，節(jié)約了電池的儲存和釋放過程，這樣利用太陽能所產(chǎn)生的電力更加充分，能源損失也較少，也就控制了系統(tǒng)成本。

2　用電負荷估算

水泥廠的電氣負荷一般包括照明系統(tǒng)、空調(diào)系統(tǒng)、通風(fēng)系統(tǒng)、生產(chǎn)設(shè)備系統(tǒng)、電梯和插座系統(tǒng)。一般宿舍和食堂的照明設(shè)備不需要白天供電。白天水泥廠的用電負荷主要為除食堂、宿舍外用電負荷，約為32?000 kVA。

2.1　屋頂面積的估算

本工程中選擇的建筑為水泥生產(chǎn)線的A、B兩個分區(qū)，A區(qū)為工廠廠前區(qū)食堂、宿舍樓、辦公行政樓，建筑面積共36?242 m2，B區(qū)為工廠廠區(qū)生料庫、熟料庫、水泥庫共8座庫的屋頂和石灰石預(yù)均化堆場、混合材堆場、煤預(yù)均化堆場4座廠房的屋頂，屋頂呈圓形或拱形，展開面積約156?512 m2。經(jīng)估算屋頂可裝太陽能電池板面積約70?000 m2。太陽能電池板與屋頂平行安裝，根據(jù)工廠所在維度情況，為了高效利用太陽能，太陽能電池板與水平面呈18°角。

2.2　系統(tǒng)輸出功率估算

目前大型項目太陽能電池板的發(fā)電量為120~140 W/m2，考慮到逆變器的效率等因素，綜合效率約為90%。以太陽能電池板發(fā)電能力為130 W/m2為例，該廠太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的實際功率為8?190 kW。

3　屋頂光伏發(fā)電系統(tǒng)方案

目前市面常見的太陽能電池基本分為兩種，主要是非硅薄膜太陽能電池和晶體硅（單晶硅和多晶硅）太陽能電池。由于其技術(shù)成熟，在已執(zhí)行的各類項目中更常用的是晶體硅模塊。而其中單晶硅電池部件轉(zhuǎn)換效率高，技術(shù)成熟，可靠性高，使用壽命長。國內(nèi)工程應(yīng)用案例中的太陽能電池部件必須選擇光電轉(zhuǎn)換的優(yōu)質(zhì)部件。因此，本項目推薦使用單晶硅部件，電池模塊均固定在屋頂上，共同組成光伏陣列，然后串接進配電系統(tǒng)。

4　效益分析

（1）經(jīng)濟效益。該水泥廠一次性投資約7?000萬元，建設(shè)太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)，換算成8.55元/W，系統(tǒng)總壽命預(yù)計為25年。根據(jù)對廠區(qū)太陽輻射資源等因素的分析，本項目25年平均使用時間為1?002 h，年均發(fā)電量達852.2萬kWh。按照最新的工廠的工業(yè)電費為每千瓦時0.808?3元來計算，這樣企業(yè)每年可以節(jié)約688.8萬元。在指標(biāo)滿足要求的前提下，投資回報期大約是11年。

（2）社會效益。太陽能光伏發(fā)電項目竣工后就近供電，避免了遠距離輸電線路的電力損耗，節(jié)約了輸電成本。在工廠屋頂安裝太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)，可以有效保護工廠屋頂，降低室內(nèi)溫度。作為新型綠色再生能源，此工程建成后每年都可以減少各種大氣污染物的排放。其中，碳排放減少約4?938.04 t，NOx減少排放約73.45 t，SO2減少排放約178.65 t，粉塵減少排放約1?623.02 t。同時可節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤2?120.09 t。

5　結(jié)論

本文提出在水泥廠屋頂設(shè)置太陽能光伏發(fā)電板，建立太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)，為降低供電負荷提供解決方案。該方案是對太陽能資源開發(fā)和利用的有益嘗試，對減少環(huán)境污染，抑制二氧化碳等溫室效應(yīng)氣體排放起到了積極作用。從技術(shù)上看，太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的技術(shù)越來越成熟，取得了巨大成功，其一次性投資高、發(fā)電系統(tǒng)使用壽命長、運行維護成本低的特點，是建設(shè)創(chuàng)新型、清潔型、智慧型綠色水泥廠的極佳解決方案。

從政策上看，依照《“十四五”規(guī)劃指導(dǎo)綱要》的要求，在“十四五”期間，我國將上線一批新能源產(chǎn)業(yè)建設(shè)項目，包含水風(fēng)、核電及電網(wǎng)系統(tǒng)建設(shè)等一系列工程。水泥廠的太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)跟隨政策導(dǎo)向，為新產(chǎn)業(yè)賦能。從經(jīng)濟上看，特別是歐洲的經(jīng)驗告訴我們，將來碳排放權(quán)必然將會形成市場化交易，而且極有可能受到政策導(dǎo)向，以“總量控制，靈活分配”的原則，有效促成碳排放的管理，順利實現(xiàn)節(jié)能減排的規(guī)劃。

（Afin de promouvoir l'application commerciale de la technologie de l'énergie solaire, selon les caractéristiques de la cimenterie, cet article propose une solution pour le système de production d'énergie solaire photovolta?que sur le toit de la cimenterie. Le principe de fonctionnement du système de production d'énergie solaire photovolta?que, la charge électrique de la cimenterie, l'évaluation de la capacité de production d'énergie solaire photovolta?que de la cimenterie et la planification du système de production d'énergie solaire photovolta?que sont étudiés. Par conséquent, il a accumulé de l'expérience pour la promotion et l'application de l'usine de ciment propre verte.

Le système de production d'énergie solaire photovolta?que est basé sur le principe et la méthode de l'effet photovolta?que, qui utilise des piles à combustible photovolta?ques pour convertir directement l'éclairage solaire en énergie. En raison de l'absence de consommation d'énergie, d'émissions de gaz à effet de serre et d'autres substances chimiques, la production d'énergie solaire photovolta?que a les caractéristiques d'être exempte de bruit et de pollution. En outre, sa distribution est très large, de sorte que l'énergie solaire en tant que technologie de production d'énergie renouvelable a les caractéristiques idéales du développement durable.



Ces dernières années, dans le contexte du développement économique de plus en plus rapide de la Chine, le processus d'industrialisation et le développement de l'industrie des transports se sont accélérés et les émissions de carbone ont augmenté rapidement. Au milieu et à la fin du 13e Plan quinquennal, sous la direction des politiques, les émissions de carbone de la Chine ont commencé à diminuer d'année en année. Selon les données pertinentes, de 2005 à 2019, la Chine a réduit ses émissions de carbone d'environ 48,1%, et l'objectif du 13e Plan quinquennal a été atteint avec succès à l'avance. à l'avenir, le contr?le des émissions de carbone deviendra de plus en plus important, car notre économie ne dépend pas seulement d'une vitesse élevée, mais aussi d'un développement de haute qualité.



La pénurie d'énergie en Chine a gravement entravé le développement de l'économie nationale. L'industrie du ciment représente près de 10% de la consommation totale d'énergie de l'ensemble du pays, de sorte qu'il est nécessaire de résoudre le problème de la consommation d'énergie des cimenteries. La plupart des cimenteries ont une grande surface de toit et moins de poussière, ce qui offre de bonnes possibilités de développement pour l'application du système de production d'énergie solaire photovolta?que sur le toit. La construction d'un système de production d'énergie solaire photovolta?que à l'aide des toits des ateliers de cimenterie peut non seulement économiser une grande superficie de terrain nécessaire à la construction d'une centrale solaire photovolta?que, mais aussi fournir de l'électricité pour la zone de la centrale.



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1 Principe de fonctionnement et classification des systèmes photovolta?ques solaires

L'élément le plus important du système photovolta?que solaire est la cellule solaire. Ils forment des pièces de cellules solaires par une protection d'emballage en série ou en parallèle et se combinent avec des modules tels que le Contr?leur de sortie pour former un dispositif de production d'énergie solaire photovolta?que. à l'heure actuelle, les systèmes photovolta?ques solaires sont divisés en deux catégories: les systèmes photovolta?ques hors réseau et les systèmes photovolta?ques connectés au réseau.



Système de production d'énergie photovolta?que hors réseau. L'onduleur AC peut alimenter la charge en courant alternatif en combinant la batterie, le Contr?leur et les composants de la cellule solaire. La figure 1 montre le système photovolta?que hors réseau d'une cimenterie typique.

Lorsque les conditions d'éclairage sont bonnes, les charges d'éclairage et de ventilation de l'ensemble de l'installation sont alimentées par le système de production d'énergie photovolta?que solaire. Lorsque les conditions d'éclairage sont un peu mauvaises, le système de production d'énergie photovolta?que solaire fournit de l'énergie au système d'éclairage. Lorsque l'énergie produite par le système de production d'énergie photovolta?que solaire continue de diminuer, le système fournit de l'énergie à la batterie de stockage. à ce moment, toutes les charges d'énergie sont alimentées par le réseau électrique. Lorsque la batterie de stockage est pleine, le réseau électrique



Système de production d'énergie photovolta?que raccordé au réseau. L'énergie en courant continu générée par les cellules solaires est convertie en énergie en courant alternatif pour répondre aux exigences du réseau électrique urbain par l'intermédiaire de composants de cellules solaires, qui sont directement connectés au réseau public par l'intermédiaire d'un onduleur de réseau parallèle sans stockage d'énergie par batterie. Par exemple, la figure 2 montre un système intégré de production d'électricité pour un batiment photovolta?que solaire.



Le système intégré de production d'énergie solaire photovolta?que est devenu le principal mode de production d'énergie photovolta?que en raison de sa faible occupation des sols, de sa construction rapide, de son faible investissement et de son fort soutien politique. En raison de l'entrée directe d'énergie dans le réseau électrique, la configuration de la batterie peut être évitée et le processus de stockage et de libération de la batterie peut être économisé, de sorte que l'énergie produite par l'utilisation de l'énergie solaire est plus suffisante et la perte d'énergie est moindre, de sorte que le co?t du système est contr?lé.



2 Estimation de la charge électrique

Les charges électriques des cimenteries comprennent généralement les systèmes d'éclairage, de climatisation, de ventilation, d'équipement de production, d'ascenseur et de prise. L'éclairage des dortoirs et des cantines ordinaires n'a pas besoin d'électricité de jour. Pendant la journée, la charge électrique de l'usine de ciment est principalement la charge électrique à l'exception de la cantine et du dortoir, qui est d'environ 32? 000 kVA.



2.1 estimation de la surface du toit



Les batiments sélectionnés dans le cadre de ce projet sont les divisions a et B de la ligne de production de ciment. La zone a est la salle à manger, le dortoir et le batiment administratif de bureau dans la zone avant de l'usine, avec une superficie totale de 36? 242 m2. La zone B est le toit de 8 entrep?ts dans la zone de l'usine, y compris le silo de matières premières, le silo de clinker et le silo de ciment, et le toit de 4 ateliers dans le triage de pré - homogénéisation du calcaire, le triage de mélange et le triage de pré - homogénéisation du charbon. Le toit est en forme de cercle ou d'arc, avec une superficie d'expansion d'environ 156? 512 m2. On estime que le toit peut être équipé de panneaux solaires d'une superficie d'environ 70 000 m2. Les panneaux solaires sont installés parallèlement au toit et, selon les dimensions de l'usine, ils sont situés à un angle de 18° par rapport au plan horizontal pour une utilisation efficace de l'énergie solaire.



2.2 estimation de la puissance de sortie du système



à l'heure actuelle, la production d'énergie des panneaux solaires dans les grands projets est de 120 ~ 140 W / m2. Compte tenu de l'efficacité de l'onduleur et d'autres facteurs, l'efficacité globale est d'environ 90%. La puissance réelle du système de production d'énergie solaire photovolta?que de l'usine est de 8? 190 kW, en prenant comme exemple la capacité de production d'énergie des panneaux solaires de 130 W / m2.



3 Système de production d'énergie photovolta?que sur le toit

à l'heure actuelle, les cellules solaires courantes sur le marché sont essentiellement divisées en deux types: les cellules solaires à film mince non silicium et les cellules solaires à silicium cristallin (silicium monocristallin et polycristallin). En raison de sa maturité technique, les modules en silicium cristallin sont plus couramment utilisés dans divers projets exécutés. Parmi eux, la batterie monocristalline au silicium a une grande efficacité de conversion, une technologie mature, une grande fiabilité et une longue durée de vie. Dans les cas d'application d'ingénierie domestique, les composants de cellules solaires doivent être de haute qualité pour la conversion photoélectrique. Par conséquent, il est recommandé d'utiliser des composants en silicium monocristallin dans le cadre de ce projet, les modules de batterie étant fixés sur le toit pour former un réseau photovolta?que, puis reliés en série au système de distribution.



4 Analyse des avantages

Avantages économiques. L'investissement ponctuel de l'usine de ciment est d'environ 70 millions de RMB pour la construction d'un système de production d'énergie solaire photovolta?que, converti en RMB 8,55 / W, et la durée de vie totale du système est estimée à 25 ans. Selon l'analyse des ressources en rayonnement solaire et d'autres facteurs dans la zone de la centrale, le temps d'utilisation moyen du projet sur 25 ans est de 1? 002 H et la production annuelle moyenne d'électricité est de 8 522 000 kWh. Selon la dernière facture d'électricité industrielle de l'usine est de 0808 ? 3 yuan / kWh, de sorte que l'entreprise peut économiser 6888 millions de yuan par an. La période de retour sur investissement est d'environ 11 ans, à condition que les indicateurs répondent aux exigences.



Avantages sociaux. Après l'achèvement du projet de production d'énergie solaire photovolta?que, l'alimentation électrique à proximité a permis d'éviter la perte d'énergie des lignes de transmission à longue distance et d'économiser les co?ts de transmission. L'installation d'un système photovolta?que solaire sur le toit de l'usine peut efficacement protéger le toit de l'usine et réduire la température intérieure. En tant que nouvelle source d'énergie renouvelable verte, le projet peut réduire les émissions de divers polluants atmosphériques chaque année après son achèvement. Parmi eux, les émissions de carbone ont diminué d'environ 4? 938,04 T, les émissions de NOx d'environ 73,45 T, les émissions de SO2 d'environ 178,65 T et les émissions de poussières d'environ 1? 623,02 T. En même temps, il peut économiser 2? 120,09 t de charbon standard.



5 Conclusions

Cet article propose d'installer des panneaux solaires photovolta?ques sur le toit de la cimenterie et d'établir un système solaire photovolta?que pour réduire la charge d'alimentation. Il s'agit d'une tentative utile de mise en valeur et d'utilisation des ressources solaires et joue un r?le positif dans la réduction de la pollution de l'environnement et la réduction des émissions de gaz à effet de serre, comme le dioxyde de carbone. Du point de vue technique, la technologie du système de production d'énergie solaire photovolta?que est de plus en plus mature et a obtenu un grand succès. Il présente les caractéristiques d'un investissement ponctuel élevé, d'une longue durée de vie du système de production d'énergie et d'un faible co?t d'exploitation et d'entretien. Il s'agit d'une excellente solution pour la construction d'une cimenterie verte innovante, propre et intelligente.



D'un point de vue politique, conformément aux exigences du ? quatorzième plan quinquennal ?, au cours de la période couverte par le ? quatorzième plan quinquennal ?, la Chine lancera un certain nombre de nouveaux projets de construction de l'industrie de l'énergie, y compris une série de projets de construction d'eau, d'énergie éolienne, d'énergie nucléaire et de réseau électrique. Le système de production d'énergie solaire photovolta?que de la cimenterie suit l'orientation de la politique et permet de nouvelles industries. D'un point de vue économique, en particulier l'expérience européenne, nous dit qu'à l'avenir, les droits d'émission de carbone seront in évitablement échangés sur le marché, et il est très probable qu'ils seront guidés par des politiques visant à promouvoir efficacement la gestion des émissions de carbone et à réaliser avec succès la planification des économies d'énergie et de la réduction des émissions sur la base du principe du ? contr?le total des émissions, répartition flexible?.
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陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的工作原理和分類