文_袁全紅 唐聯耀 張寧 廣東科技學院機電工程學院

1 校園光伏發(fā)電的意義

1.1 建設綠色校園的需要

2017年，《國家教育事業(yè)發(fā)展“十三五”規(guī)劃》，對綠色校園建設和美麗校園建設進行了部署，確立了建設“綠色校園、智慧校園、未來校園”在教育事業(yè)發(fā)展中的戰(zhàn)略地位。2019年10月1日，國家標準《GBT51356-2019綠色校園評價標準 》正式實施生效。而廣東省地方標準《DBJ/T15-166-2019廣東省綠色校園評價標準》也于2019年12月1日起實施。

1.2 建設科技校園的需要

近年來光伏發(fā)電成本快速下降。2017年至今，光伏系統(tǒng)建造成本在三年內降低約30%，目前低至4元/W，其中組件低至2元/W。平價光伏跑步到來，必然迎來推廣應用的新高潮。2018年，教育部印發(fā)《教育信息化2.0行動計劃》，提出構建智慧校園，包括校園智慧食堂、智慧教室、智慧超市等，要實現隨時隨地智能感知，這就需要無處不在的電源保障，這為校園分布式光伏的發(fā)展提供了廣闊前景,特別是近來無線充電技術、柔性薄膜太陽能電池技術的快速發(fā)展帶來許多新機遇。

1.3 引領綠色建筑的需要

據調查，我國建筑物耗電量占電力消費總量的50%以上，因此建筑物節(jié)能是關鍵。近幾十年來，我國大學校園的建設快速增長。大學人員密集，能源消耗大，大學人均能耗可達城市平均能耗水平的3～6倍，因此，校園節(jié)能是建筑物節(jié)能的重點。為貫徹國家綠色發(fā)展戰(zhàn)略，節(jié)約資源，保護環(huán)境，規(guī)范建筑行業(yè)的高質量發(fā)展，推進可持續(xù)發(fā)展，住房和城鄉(xiāng)建設部發(fā)布國家標準《GB/T50378-2019綠色建筑評價標準》自2019年8月1日起實施。

校園建筑建設光伏發(fā)電不僅不占土地、經濟性好，而且綠色環(huán)保、節(jié)能減排。作為分布式綠色能源，光伏發(fā)電可以節(jié)省輸電線路，實現能源就地使用。有效降低校園公共建筑物對常規(guī)能源的消耗，電力消耗降幅33%～50%。光伏產品與屋頂之間形成空間緩沖層，且屋頂近20%的太陽光被用于發(fā)電，起到良好的防熱降暑作用，夏季能有效降低課室內溫度2～6℃，間接減少空調風扇的耗電量；冬季也可以減少熱量的發(fā)散，起到保溫作用。

1.4 建設美麗廣東、美麗大灣區(qū)的需要

廣東省是我國改革開放的前沿陣地，1979～2017年，按可比價格計算，地區(qū)生產總值年均增長12.6%。使廣東成為中國最具競爭活力的區(qū)域之一和世界重要的制造業(yè)基地。然而經濟的長期快速增長，卻也產生了生態(tài)欠賬、環(huán)境赤字的隱憂。廣東省委在全面深入學習貫徹習近平生態(tài)文明思想和視察廣東發(fā)表的重要講話精神，在準確把握全省生態(tài)環(huán)境保護新形勢的情況下順勢而為。2016年《廣東省環(huán)境保護“十三五”規(guī)劃》印發(fā)。2017年《南粵水更清行動（修訂本）（2017-2020年）》等印發(fā)。2018年《廣東省打贏藍天保衛(wèi)戰(zhàn)2018年工作方案》、《廣東省打好污染防治攻堅戰(zhàn)三年行動計劃（2018-2020年）》等印發(fā)。并明確提出到2020年，廣東要實現環(huán)境質量狀況、綠色發(fā)展水平、生態(tài)環(huán)境治理能力走在全國前列，在2035年基本建成美麗廣東的宏偉目標。

2019年初，中共中央、國務院印發(fā)《粵港澳大灣區(qū)發(fā)展規(guī)劃綱要》，作為我國重大發(fā)展戰(zhàn)略，粵港澳大灣區(qū)的發(fā)展舉世矚目。然而，粵港澳大灣區(qū)每1萬美元GDP用水量為214.47m3，比東京灣區(qū)高30%，單位GDP能耗是國際三大灣區(qū)的兩倍左右?；浉郯拇鬄硡^(qū)空氣質量與國際一流灣區(qū)水平差距明顯，PM2.5年均濃度是同期國際一流灣區(qū)水平的3倍左右。地表水黑臭水體占比8.9%，而國際三大灣區(qū)已不存在地表水黑臭水體問題。對標國際三大灣區(qū)，能耗大、能效低、污染重、環(huán)境差是粵港澳大灣區(qū)發(fā)展的最大短板。積極開發(fā)利用新能源，低碳環(huán)保謀發(fā)展，成為粵港澳大灣區(qū)發(fā)展的當務之急。

2 大灣區(qū)校園建設光伏發(fā)電現狀

廣東省屬于我國三類太陽能資源帶，全年日照時數為2200～3000h，熱當量相當于170～200kgce。據統(tǒng)計，廣東省可安裝光伏系統(tǒng)的建、構筑物屋頂面積 8000萬m2，每年新增可安裝光伏的建筑屋頂超過 28萬m2(按全部新增屋頂面積10%計算)。截止2015年底，廣東省分布式累計容量600MW，僅利用已有屋頂面積6%。因此，在廣東省推廣屋頂光伏發(fā)電前景廣闊，而大學校園建設光伏項目具有積極地示范推廣意義。近年來大灣區(qū)的高校在光伏電站建設方面積極行動（見表1）。實踐表明，這些光伏電站都具有良好的經濟效益、環(huán)保效益。

表1 大灣區(qū)部分校園并網光伏發(fā)電項目

3 廣東科技學院松山湖校區(qū)光伏發(fā)電項目介紹

廣東科技學院松山湖新校區(qū)6棟12層實驗大樓南北縱向排列,建筑屋頂呈L形，開闊地面積為58.1m×20.7m，高度為41.5m，采光好，日照充分。

根據完工實驗樓屋頂形狀，確定總裝機為85.7kW。如果后期的3棟實驗樓屋頂在保持建筑功能的前提下略作修改，則每棟實驗樓屋頂光伏裝機容量可達到100kWp。6套屋頂光伏電站項目總投資為187.5萬元。根據松山湖管委會發(fā)布《東莞松山湖（生態(tài)園）節(jié)能低碳專項資金管理暫行辦法》文件，對分布式光伏發(fā)電項目根據裝機容量，補貼標準為0.018元/kW，故我校557kWp光伏發(fā)電項目可獲得補貼10萬元。所以項目實際總投資為177.5萬元，平均投資低于3.2元/W。

4 光伏發(fā)電效益分析

6棟實驗樓屋頂光伏發(fā)電全部建成后，總裝機可達557kWp。年均發(fā)電為569494kWh，按照我校平均電價為0.8元/kWh計算（生活電價0.66元/kWh，商業(yè)電價1元/kWh），年均節(jié)約電費45.6萬元。約4年就可以收回投資成本。按照自發(fā)自用占比70%，余電上網占比30%，并網電壓為0.4kV低壓。

光伏發(fā)電經濟效益可觀。按照固定收益模式計算，25年總收益為1045.2萬元，年平均投資收益為41萬元，年均投資收益率為23.8%；而根據成本回收模式計算，25年總收益為1025.3萬元。

2018年全國6MW及以上電廠發(fā)電標準煤耗308克，發(fā)電效率為42.2%，燃煤發(fā)電平均綜合廠用電率為6.70%，電網線路損失率6.03%。由于校園光伏自用為主（大于60%），是終端節(jié)能，故需要從煤炭開采、運煤、發(fā)電、送電等全過程來評價節(jié)能效果。2018年采煤洗選1t原煤能量消耗約為30kgce，則效率損失率為3%，據2008年的全國電煤運輸環(huán)節(jié)能源效率損失為4.1%則從采煤到用戶終端用電1kWh，總能效為32.96%，總煤耗約372.9gce，故用電終端相對于發(fā)電端的耗煤系數為1.2倍。

根據2018年全國火電廠單位發(fā)電量排放量，用電終端相對于發(fā)電端的排放量為1.2倍，可計算校園光伏的節(jié)能發(fā)電減排量：年均節(jié)約標準煤212t，減排CO2580t，減排廢水39.3t等25年各項節(jié)能減排的社會效益達576萬元，約為其發(fā)電收益的一半以上。

松山湖新校區(qū)是理工科專業(yè)的校區(qū)，實訓大樓屋頂安裝光伏，不僅可在樓頂發(fā)電，還是樓頂實驗室。校園光伏電站綜合了發(fā)電，變電，配電，輸電等多個環(huán)節(jié)，逆變器、斷路器、配電柜等電氣設備齊全，一次回路、二次回路完整，還有WIFI無線通訊、實時控制功能，可以作為學校電氣自動化、機電工程等專業(yè)學生的參觀教學和生產實踐基地。發(fā)電站安裝有完備的環(huán)境監(jiān)測儀器（光、溫、濕、風等），通過后續(xù)適當擴充，就可以建成光伏發(fā)電實驗室，可以作為專業(yè)教師的科研基地，實現生產教學、科研、產業(yè)相結合。如華為的AI智能光伏運維平臺，能夠實現整個電站的自動監(jiān)測，診斷，通過APP終端就能夠實時監(jiān)控整個電站，通過發(fā)電站的云服務、大數據，可以打造成學校的物聯網生產實踐基地。

總之，校園建設屋頂光伏發(fā)電不占土地、經濟性好，綠色環(huán)保、節(jié)能減排，是積極建設綠色校園、共建低碳社會的體現符合綠色發(fā)展的新要求，順應全社會可持續(xù)發(fā)展的潮流，具有較好的可行性。