校园光伏发电（如何优化校园光伏发电布局）

摘要：随着可再生能源的兴起，校园光伏发电作为一种清洁能源解决方案，越来越受到重视。本文旨在探讨如何优化校园光伏发电布局以提高能源效率和降低运营成本。通过分析现有校园光伏系统的布局现状，识别了存在的问题，如光照资源不足、安装位置不合理等。提出了基于太阳能辐射角度和太阳轨迹的优化设计方法，以最大化光伏系统的能量产出。还考虑了光伏组件的选型、储能技术和智能管理系统，以实现光伏发电的高效运行。通过案例分析验证了优化策略的有效性，为校园光伏系统的可持续发展提供了理论指导和实践参考。

一、校园光伏发电的基础设施

校园光伏发电的基础设施主要包括以下部分：

太阳能板：这是光伏发电的核心部件，用于吸收太阳能并将其转化为直流电。在校园中，太阳能板通常安装在校园建筑的屋顶上，如教学楼、宿舍楼顶等，其布置需遵循一定原则，例如方阵的布置要保证当地时间上午9点到下午3点时段内前、后、左、右互不遮挡，并且沿着屋面坡面平铺布置，这样可以最大程度地接收阳光照射，提高发电效率。
逆变器：它的作用是将太阳能板产生的直流电转换成交流电，以便将电能输送到电网中，供应给周围用户。在校园光伏发电系统中，逆变器为组串式逆变器，分散布置在各项目点屋面或停车棚上，固定安装在各项目点光伏支架上。
电网连接器：主要用于连接光伏发电系统与校园电网，确保电能的顺利传输和接入。
电池（可选）：电池是用于储存电能的设备。在有储能需求的校园光伏发电系统中，太阳能电板晴天时发电，可以将电能储存在电池中，以备在阴天或夜间使用。

二、校园光伏发电的好处

（一）能源与经济方面

提供绿色能源：
- 光伏电站是一种利用太阳能发电的方式，不会产生二氧化碳和其他污染物，是一种清洁的能源形式。校园安装光伏发电系统，可以减少对传统能源的依赖，积极响应国家的碳中和目标，为环境保护做出贡献。
- 例如，上海浦东的七所学校建设光伏电站后，每年可发电221.03万度，这些绿色电能能够满足学校的部分用电需求，减少对传统化石能源发电的依赖。
节约能源费用：
- 光伏电站可以将太阳能转化为电能供学校使用，减少对电网的依赖。学校可以节约能源费用，将省下的资金用于其他教育和学生发展项目。比如，西南石油大学首个分布式光伏发电项目 - 图书馆200KW光伏电站，在2024年1月28日发电量达到1.54万度，发电收益达到6319.79元，这表明学校通过光伏发电可以产生一定的经济效益，降低用电成本。

（二）教育与实践方面

提供实践学习机会：
- 学校建设光伏电站可以为学生提供实践学习的机会。他们可以了解到太阳能发电的原理和应用，在设计、建设和维护光伏电站的过程中培养创新和解决问题的能力。例如，在黄河科技学院的100KW光储一体化项目，学院专注于新能源发电与微电网方向研究的学生们，可以在这里亲身参与到光伏发电站的运维管理中，深入了解光伏储能技术的原理和应用，这种理论与实践相结合的教学模式，大大提升了学生的专业技能，也为他们未来的职业发展打下了坚实基础。
培养生态意识：
- 校园光伏发电项目的实施，能够充分利用可再生能源，通过在闲置屋顶安装分布式光伏发电系统，并采用自发自用、余电上网的模式，有助于削峰填谷，还能引导学生树立生态意识，主动践行生态行为，让学生对新能源有更加直接的认识，激发学生研究新能源的热情。

（三）学校建设与发展方面

符合政策要求：
- 近年来，国家出台了多项政策推动校园光伏发电的发展。例如，2021年6月，国家能源局正式发布了《关于报送整县（市、区）屋顶分布式光伏开发试点方案的通知》，其中明确指出，参与试点的县（市、区）的学校建筑屋顶需确保光伏发电的安装比例不低于40%；2022年11月，苏州市人民政府关于印发《苏州市教育系统屋顶分布式光伏发电开发利用实施方案》的通知，要求全市新建和改扩建学校建筑应执行二星级及以上绿色建筑标准，除建筑屋顶规划设计有特殊用途外，应同步安装分布式光伏发电设施，要求到2025年底，全市教育系统建筑屋顶建设光伏设施，安装比例不低于可安装光伏屋顶面积的60%；2022年10月，教育部印发关于《绿色低碳发展国民教育体系建设实施方案》的通知，提到将加快推动学校建筑用能电气化和低碳化，深入推进可再生能源在学校建设领域的规模化应用。
学校运营稳定优势：
- 学校运营稳定，一般不会有较大幅度改造，几乎不存在分布式光伏电站的存续风险问题。而且学校拥有较为广阔的屋顶，结构好，用电量稳定；学校的光伏发电环境好，所处地区相对周边环境而言拥有更多的太阳能资源，日照稳定，并且学校也有足够多的教室或寝室作为储能蓄电池室和控制室，相比于一些家庭和企业来说有得天独厚的优势；学校作为政府的教育机构，有良好的信誉度，土地产权明确，融资相对容易。

三、校园光伏发电的实例

大学实例：
- 西南石油大学：其首个分布式光伏发电项目 - 图书馆200KW光伏电站于2023年12月建成，2024年1月28日发电量达到1.54万度，发电收益达到6319.79元，这表明在成都市一年中光照最差的一个月中，该光伏电站运行状态依然良好，是西南石油大学打造零碳能源示范区、构建低碳校园的重要组成部分。
- 上海电力大学：光伏装机容量为2061千瓦、光伏板遍布校园23幢建筑屋顶，总面积达到2万平方米，每小时能够发电2000度，全年发电量约49万度电。
中学实例：
- 济南回民中学：建成了30KW太阳能光伏电站，年保守发电量为4万度，所发电直接并入学校电网，供学校使用，约可承担回中总用电的百分之十。学校把电站的发电状况由安装在教学楼大厅的一块显示器实时显示，把绿色低碳的知识与技能变为师生触手可及、实时可看、无处不在，起到了潜移默化的作用。
- 南开中学：拥有屋顶光伏项目，通过光伏发电实现节能减排，为校园提供绿色能源的同时，也为学生提供了一个直观的新能源利用案例，有助于培养学生的环保意识和对新能源的认知。
小学实例：
- 南京工业大学实验小学：2024年年初其分布式光伏工程正式竣工，光伏发电不仅可供校园使用，寒暑假期间的余电还能上网，预计每年可自发自用11万度电，平均每天300度左右，阴雨天可发电100度，阳光充足的情况下能达到500多度，解决学校超一半的用电量，每年可减少二氧化碳排放82.06吨。
- 根据《海盐县整县光伏开发试点工作方案》，海盐县各镇（街道）中小学及幼儿园共计48所计划安装屋顶光伏，总装机容量达到6MW，估算年发电量达到630万度电，相当于节省标准煤1905吨，二氧化碳减排量达5241吨。