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01引言

隨著我國“碳達峰、碳中和”目標(biāo)的提出，太陽能發(fā)電、風(fēng)電等零碳電力能源將逐漸成為我國主要的電力能源形式。2022年6月，工信部、發(fā)改委、財政部等六部門聯(lián)合發(fā)布《工業(yè)能效提升行動計劃》，提出支持具備條件的工業(yè)企業(yè)、工業(yè)園區(qū)建設(shè)工業(yè)綠色微電網(wǎng)，推動智能光伏創(chuàng)新升級和行業(yè)特色應(yīng)用，創(chuàng)新“光伏+”模式，推進光伏發(fā)電多元布局。與此同時，數(shù)據(jù)中心作為推動金融科技快速發(fā)展和金融行業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施和重要保障，其建設(shè)規(guī)模不斷擴大，能耗占比也越來越高，如何在算力和能耗需求逐步攀升的趨勢下兼顧“雙碳”目標(biāo)，成為金融數(shù)據(jù)中心行業(yè)需要思考的重要課題。

分布式光伏發(fā)電作為提升數(shù)據(jù)中心可再生能源電力消費、優(yōu)化調(diào)整數(shù)據(jù)中心用能結(jié)構(gòu)的重要手段之一，具有綠色環(huán)保、發(fā)電方式靈活、可就地消納等特點，探索研究應(yīng)用“光伏＋數(shù)據(jù)中心”模式可為綠色低碳算力中心發(fā)展提供節(jié)能創(chuàng)新管理新思路，在降低能耗的同時盤活現(xiàn)有固定資產(chǎn)，實現(xiàn)良好的品牌、社會、節(jié)能、降碳價值。?

02工作原理

分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)是利用光生伏特效應(yīng)原理，在用戶現(xiàn)場采用光伏組件將太陽能直接轉(zhuǎn)換為電能進行就近并網(wǎng)使用的一種發(fā)電系統(tǒng)，廣泛應(yīng)用于城市建筑物屋頂，系統(tǒng)原理如圖1 所示。該系統(tǒng)由光伏電池組件、光伏方陣支架、匯流箱、直流配電柜、并網(wǎng)逆變器、交流配電柜、供電系統(tǒng)監(jiān)控裝置以及環(huán)境監(jiān)測裝置組成。其工作原理為：在有太陽輻射的條件下，太陽能電池組件陣列將太陽能轉(zhuǎn)換為直流電能，再經(jīng)過直流匯流箱送入直流配電柜，最后由并網(wǎng)逆變器變成交流電供給建筑自身負載使用。

03關(guān)鍵設(shè)計因素考量

1）光伏組件串聯(lián)數(shù)量設(shè)計

光伏組件串中串聯(lián)光伏組件的數(shù)量影響光伏電站的總圖布置、支撐系統(tǒng)設(shè)計、容配比的選擇等。在相同裝機容量的前提下串聯(lián)更多的光伏組件，既可以節(jié)約直流電纜工程量和光伏支架及樁基的用量，又可以提高容配比及串聯(lián)后的電壓，在降低直流線損的同時提升光伏發(fā)電系統(tǒng)效率。

光伏組件串的串聯(lián)數(shù)可參照如下設(shè)計公式：

其中：Kv—光伏組件的開路電壓溫度系數(shù)；K'v —光伏組件的工作電壓溫度系數(shù)；N —光伏組件串聯(lián)數(shù)（N取整）；t—光伏組件工作條件下的極限低溫（℃）；t'—光伏組件工作條件下的極限高溫（℃）；Vdcmax —逆變器允許的最大直流輸入電壓（V）；VMPPTmin—逆變器MPPT電壓最小值（V）；VMPPTmax—逆變器MPPT電壓最大值（V）；Voc —光伏組件的開路電壓（V）；Vpm—光伏組件的工作電壓（V）。

因此，光伏方陣中光伏組件串聯(lián)數(shù)需要根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)測試條件STC下光伏組件參數(shù)、逆變器電氣參數(shù)以及項目所在地極端環(huán)境溫度下的水文氣象資料來綜合確定。同時，同一光伏組件串中各光伏組件的電性能參數(shù)宜保持一致。

2）光伏陣列傾斜角

光伏陣列傾斜角，即太陽能電池方陣平面與水平地面的夾角。當(dāng)光伏方陣按照某一角度傾斜放置時，光伏板傾斜面上的年總輻射量達到最大，該角度即為最佳傾斜角。

在實際選擇最佳傾斜角過程中，還要選擇考慮項目建設(shè)地的地理環(huán)境和自然環(huán)境等因素，如傾斜角度對積雪滑落、組件抗風(fēng)壓和抗雪壓的影響。

3）光伏陣列方位角?

光伏陣列方位角是光伏陣列實際朝向（即方陣垂直面）與正南方向之間的夾角，通常將光伏組件方陣朝向接受光照時間最長的方位角視為最佳方位角。如果要將方位角調(diào)整到在一天中負荷的峰值時刻與發(fā)電峰值時刻一致時，可參照以下公式計算：方位角α＝（一天中負荷的峰值時刻－12）×15＋（經(jīng)度－116）。

4）陰影?

對于前后放置的太陽能方陣要選擇合適的間距△d，盡量減少前面方陣的陰影對后面方陣的影響?？蓞⒖奸g距計算方式△d＝（h1-h2）·R，其中，R 為陰影的倍率，h1為方陣的上邊緣的高度，h2為下邊緣的高度。通常在排布方陣陣列時，應(yīng)分別選取每一個方陣的構(gòu)造尺寸，將其高度調(diào)整到合適值，從而利用其高度差將方陣之間的距離調(diào)整到最小。?

04供電方式選擇及施工安全保障

1）直接并網(wǎng)就近供電方式?

對數(shù)據(jù)中心來說，常用的供電方式選擇為并網(wǎng)發(fā)電，即通過并網(wǎng)逆變器將太陽能電池陣列輸出的直流電轉(zhuǎn)化成為滿足電網(wǎng)要求的交流電后直接并入公共配電網(wǎng)，可與低壓380 V、中高壓10 kV 和35 kV 并網(wǎng)，為了實現(xiàn)就近給負載供電，通常選擇在低壓側(cè)并網(wǎng)供電。因此，需要專用的并網(wǎng)逆變器來確保輸出的電能符合市電電網(wǎng)對電能相位、幅值、頻率等性能指標(biāo)的要求。并網(wǎng)逆變器具備實時監(jiān)測和同步功能， 當(dāng)現(xiàn)有交流電源穩(wěn)定且電壓、頻率相位等數(shù)據(jù)正常時，光伏系統(tǒng)開始向末端負荷并網(wǎng)供電；當(dāng)現(xiàn)有交流電源斷電或者有瞬時切換波動時， 并網(wǎng)逆變器通過自身安全裝置處于孤島保護狀態(tài)，不會并網(wǎng)供電，直至監(jiān)測到現(xiàn)有電源系統(tǒng)恢復(fù)正常并穩(wěn)定后才開始向末端負荷供電。

2）消防措施

消防設(shè)計貫徹“預(yù)防為主，防消結(jié)合”的設(shè)計原則，針對工程的具體情況，電氣設(shè)備布置全部滿足電氣及防火安全距離要求，同時在工藝設(shè)計、材料選用、平面布置中均按照《建筑內(nèi)部裝修設(shè)計防火規(guī)范》等有關(guān)消防規(guī)定執(zhí)行。

電纜敷設(shè)及防火方面，太陽能電池串聯(lián)支路電纜在太陽能電池背面電纜槽內(nèi)敷設(shè)，組串至逆變器和逆變器至交流匯流箱連接電纜采用電纜橋架敷設(shè)，在通向低壓并網(wǎng)柜盤底開孔處采取有效阻燃的封堵處理。

3）防水措施

屋頂?shù)姆浪幚硇柝灤┦┕と^程，原則上應(yīng)盡量不要破壞原屋頂?shù)姆浪畬?。即在不破壞原屋頂?shù)那闆r下，鋪設(shè)防水卷材，澆鋼筋混凝土，鋪設(shè)鋼結(jié)構(gòu)。對于屋頂走線孔洞可采用澆抗?jié)B混凝土，批結(jié)構(gòu)膠泥，澆抗?jié)B細混凝土等方法進行防水施工。

4）防雷措施

為防止由線路雷電侵入波以及雷電感應(yīng)過電壓對設(shè)備的損壞，在光伏系統(tǒng)逆變器和交流配電柜都設(shè)置了防雷模塊，可有效地防止過電壓，能夠保證整個系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。同時，由于太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)是安裝在建筑物的屋面，因此發(fā)電系統(tǒng)的防雷接地與建筑物本身的防雷接地系統(tǒng)緊密連接，并入整個建筑物的防雷接地系統(tǒng)。

05效益分析

以G行生產(chǎn)數(shù)據(jù)中心所在地北京為例，年平均太陽總輻射量為5400 MJ/㎡，年日照時數(shù)約2287小時，約6.27小時/天，折合成年峰值日照時數(shù)為1460小時，根據(jù)太陽輻射量、系統(tǒng)組件總功率、系統(tǒng)總效率等數(shù)據(jù)，可根據(jù)光伏電站年發(fā)電量計算公式：L=W·H·η預(yù)測并網(wǎng)光伏電站的年總發(fā)電量。其中，L為并網(wǎng)光伏電站年發(fā)電量，單位為kWh；W為并網(wǎng)發(fā)電裝機總量；H為年峰值日照小時數(shù)，取1460小時；η為光伏電站系統(tǒng)總效率，一般取80%。

以裝機總量90Kwp項目為例，年發(fā)電量約為10.7×104計算每年可節(jié)約電費約12.8萬元。光伏發(fā)電系統(tǒng)可高效運行約25年，因此在25年間可減少CO2排放量約為4268T，減少SO2減排量約為1164.16T，減少粉塵排放量約為128.4T，減少NOx排放量約為64.2T，所帶來的節(jié)能環(huán)保效益是顯著的。

此外，數(shù)據(jù)中心作為耗能大戶，探索研究應(yīng)用“光伏+數(shù)據(jù)中心”新模式應(yīng)用落地符合國家新型基礎(chǔ)設(shè)施綠色高質(zhì)量發(fā)展政策規(guī)劃和布局要求，在降低能耗的同時盤活現(xiàn)有固定資產(chǎn)，樹立企業(yè)良好社會形象，實現(xiàn)良好的品牌、社會、節(jié)能、降碳價值。

06分布式光伏發(fā)電在金融行業(yè)數(shù)據(jù)中心展望?

分布式太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)具有獨立自控、輸配電損耗極低、無需建配電站、建設(shè)安裝及維護費用低、調(diào)峰性能好、對周圍環(huán)境破壞小等特點，利用數(shù)據(jù)中心閑置區(qū)域發(fā)電并作為一種補充型電源就近并網(wǎng)為數(shù)據(jù)中心內(nèi)負荷供電，具有較好的經(jīng)濟效益、社會效益和環(huán)保效益。但是，金融行業(yè)數(shù)據(jù)中心作為承擔(dān)各項業(yè)務(wù)系統(tǒng)的關(guān)鍵載體和重要基礎(chǔ)設(shè)施保障，一旦故障損失難以估量。因此，為了確保數(shù)據(jù)中心供電安全性，建議根據(jù)數(shù)據(jù)中心負載對電能敏感程度區(qū)別供電，對照明負荷和空調(diào)系統(tǒng)等不敏感的負載采用光伏供電，對IT設(shè)備等敏感負載仍由外部市電供電。

同時，金融行業(yè)作為綠色金融的倡導(dǎo)者及實踐者，要積極響應(yīng)國家節(jié)能減排政策號召及落實工業(yè)綠色發(fā)展規(guī)劃，可在小范圍探索研究“光伏＋數(shù)據(jù)中心”新模式應(yīng)用落地，同時驗證其并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的安全性、可靠性及供電質(zhì)量的穩(wěn)定性，利用創(chuàng)新支持業(yè)務(wù)發(fā)展，在光伏并網(wǎng)運行、IT設(shè)備敏感類負載優(yōu)化配置、可再生能源利用等方面積累相關(guān)經(jīng)驗后進行大范圍推廣應(yīng)用，對于加快綠色金融發(fā)展、綠色低碳轉(zhuǎn)型及能源結(jié)構(gòu)優(yōu)化調(diào)整具有重要意義，從而實現(xiàn)數(shù)據(jù)中心節(jié)能、降耗、提質(zhì)、降本、增效。

原標(biāo)題：數(shù)據(jù)中心那點事之分布式光伏并網(wǎng)發(fā)電