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01引言

隨著我國(guó)“碳達(dá)峰、碳中和”目標(biāo)的提出，太陽(yáng)能發(fā)電、風(fēng)電等零碳電力能源將逐漸成為我國(guó)主要的電力能源形式。2022年6月，工信部、發(fā)改委、財(cái)政部等六部門聯(lián)合發(fā)布《工業(yè)能效提升行動(dòng)計(jì)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(dòng)智能光伏創(chuàng)新升級(jí)和行業(yè)特色應(yīng)用，創(chuàng)新“光伏+”模式，推進(jìn)光伏發(fā)電多元布局。與此同時(shí)，數(shù)據(jù)中心作為推動(dòng)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(kuò)大，能耗占比也越來(lái)越高，如何在算力和能耗需求逐步攀升的趨勢(shì)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(fèi)、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(diǎn)，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(shí)盤活現(xiàn)有固定資產(chǎn)，實(shí)現(xiàn)良好的品牌、社會(huì)、節(jié)能、降碳價(jià)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(chǎng)采用光伏組件將太陽(yáng)能直接轉(zhuǎn)換為電能進(jìn)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(cè)裝置組成。其工作原理為：在有太陽(yáng)輻射的條件下，太陽(yáng)能電池組件陣列將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換為直流電能，再經(jīng)過(guò)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(fù)載使用。

03關(guān)鍵設(shè)計(jì)因素考量

1）光伏組件串聯(lián)數(shù)量設(shè)計(jì)

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(jì)、容配比的選擇等。在相同裝機(jī)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(shí)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(jì)公式：

其中：Kv—光伏組件的開(kāi)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(kāi)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(cè)試條件STC下光伏組件參數(shù)、逆變器電氣參數(shù)以及項(xiàng)目所在地極端環(huán)境溫度下的水文氣象資料來(lái)綜合確定。同時(shí)，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(yáng)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(shí)，光伏板傾斜面上的年總輻射量達(dá)到最大，該角度即為最佳傾斜角。

在實(shí)際選擇最佳傾斜角過(guò)程中，還要選擇考慮項(xiàng)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(duì)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(shí)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(shí)間最長(zhǎng)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(fù)荷的峰值時(shí)刻與發(fā)電峰值時(shí)刻一致時(shí)，可參照以下公式計(jì)算：方位角α＝（一天中負(fù)荷的峰值時(shí)刻－12）×15＋（經(jīng)度－116）。

4）陰影?

對(duì)于前后放置的太陽(yáng)能方陣要選擇合適的間距△d，盡量減少前面方陣的陰影對(duì)后面方陣的影響?？蓞⒖奸g距計(jì)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(shí)，應(yīng)分別選取每一個(gè)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(duì)數(shù)據(jù)中心來(lái)說(shuō)，常用的供電方式選擇為并網(wǎng)發(fā)電，即通過(guò)并網(wǎng)逆變器將太陽(yáng)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(shí)現(xiàn)就近給負(fù)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(lái)確保輸出的電能符合市電電網(wǎng)對(duì)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(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)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(shí)，光伏系統(tǒng)開(kāi)始向末端負(fù)荷并網(wǎng)供電；當(dāng)現(xiàn)有交流電源斷電或者有瞬時(shí)切換波動(dòng)時(shí)， 并網(wǎng)逆變器通過(guò)自身安全裝置處于孤島保護(hù)狀態(tài)，不會(huì)并網(wǎng)供電，直至監(jiān)測(cè)到現(xiàn)有電源系統(tǒng)恢復(fù)正常并穩(wěn)定后才開(kāi)始向末端負(fù)荷供電。

2）消防措施

消防設(shè)計(jì)貫徹“預(yù)防為主，防消結(jié)合”的設(shè)計(jì)原則，針對(duì)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(shí)在工藝設(shè)計(jì)、材料選用、平面布置中均按照《建筑內(nèi)部裝修設(shè)計(jì)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(yáng)能電池串聯(lián)支路電纜在太陽(yáng)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(kāi)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^(guò)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(duì)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(xì)混凝土等方法進(jìn)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(guò)電壓對(duì)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(guò)電壓，能夠保證整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。同時(shí)，由于太陽(yáng)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(gè)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(yáng)總輻射量為5400 MJ/㎡，年日照時(shí)數(shù)約2287小時(shí)，約6.27小時(shí)/天，折合成年峰值日照時(shí)數(shù)為1460小時(shí)，根據(jù)太陽(yáng)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(jì)算公式：L=W·H·η預(yù)測(cè)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(jī)總量；H為年峰值日照小時(shí)數(shù)，取1460小時(shí)；η為光伏電站系統(tǒng)總效率，一般取80%。

以裝機(jī)總量90Kwp項(xiàng)目為例，年發(fā)電量約為10.7×104計(jì)算每年可節(jié)約電費(fèi)約12.8萬(wàn)元。光伏發(fā)電系統(tǒng)可高效運(yùn)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(lái)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(guó)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(shí)盤活現(xiàn)有固定資產(chǎn)，樹(shù)立企業(yè)良好社會(huì)形象，實(shí)現(xiàn)良好的品牌、社會(huì)、節(jié)能、降碳價(jià)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(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)具有獨(dú)立自控、輸配電損耗極低、無(wú)需建配電站、建設(shè)安裝及維護(hù)費(fèi)用低、調(diào)峰性能好、對(duì)周圍環(huán)境破壞小等特點(diǎn)，利用數(shù)據(jù)中心閑置區(qū)域發(fā)電并作為一種補(bǔ)充型電源就近并網(wǎng)為數(shù)據(jù)中心內(nèi)負(fù)荷供電，具有較好的經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)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(xiàng)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(fù)載對(duì)電能敏感程度區(qū)別供電，對(duì)照明負(fù)荷和空調(diào)系統(tǒng)等不敏感的負(fù)載采用光伏供電，對(duì)IT設(shè)備等敏感負(fù)載仍由外部市電供電。

同時(shí)，金融行業(yè)作為綠色金融的倡導(dǎo)者及實(shí)踐者，要積極響應(yīng)國(guó)家節(jié)能減排政策號(hào)召及落實(shí)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(shí)驗(yàn)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(yùn)行、IT設(shè)備敏感類負(fù)載優(yōu)化配置、可再生能源利用等方面積累相關(guān)經(jīng)驗(yàn)后進(jìn)行大范圍推廣應(yīng)用，對(duì)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(shí)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(diǎn)事之分布式光伏并網(wǎng)發(fā)電