当前位置：
分布式光伏发电系统在数据中心中的应用
摘要：近年来我国数据中心行业高速发展，机架规模已经达到600万架,算力总规模排名全球第二。随着东数西算工程全面启动,数据中心为数字经济蓬勃发展提供了巨大潜能，为5G、云计算、人工智能、大数据等多个领域提供了支撑，极高程度上促进了我国数字经济领域的快速发展。随着数据中心规模的增加，其高耗能的弊端也逐渐显现，中国数据中心的年耗电总量在整个社会的用电量占比不断提高。节能减排、绿色能源在数据中心建设中的应用变得很有必要，分布式光伏发电系统除了可以提供绿色电力外，还将在数据中心屋顶形成遮挡，减少阳光直射热量对数据中心的影响，降低夏季在散热方面的空调能耗。本文从分布式光伏发电系统的组成、设计、应用以及常见问题等方面以作者现完成的项目做案例，进行论证阐述。
关键词：分布式光伏；数据中心；发电系统；应用
一、分布式光伏发电
1.系统介绍
分布式光伏发电是指一种在用电方场地就近建设的可再生能源系统，核心是利用光伏板将太阳能转换为电能。在运行模式方面，可采用自发自用结合余电上网的方式。在建设场地就近消纳，充分开发利用当地的太阳能资源。
在数据中心建设中分布式光伏发电系统的基本组成包含以下6部分。①光伏组件：发电设备，将太阳能转换为直流电能；②逆变器：直交流转换设备，将直流电转换为交流电；③监测系统：实时监测系统发电状态，具备故障报警，发电量统计功能，监测系统包含监控、风速、温湿度、辐射照度等相关仪器；④交流配电柜：配电设备，具备计量、保护、监测功能；⑤变压器：升压设备（在高压并网时需要，低压并网可以不需要 ）⑥防雷接地系统。
2.数据中心分布式光伏发电系统的建设
首先，要对建设的区域进行定位和现场勘查，了解建筑的基本情况和将要建设的分布式光伏发电系统安装条件。明确系统可建设的面积，确定分布式光伏发电系统的建设规模。根据项目所处的地区，对光照资源评估及年辐射量数据获取。
其次，根据项目情况，分析对比固定安装情况下，最佳倾角和平铺不同角度下的年发电量对比，争取收益最大化。（追光系统在往期工程中经过分析和投资受益计算，收益率较低，不推荐在数据中心分布式光伏系统建设中使用，在此不展开阐述。）
最后，进行项目的整体投资预估算，测算投资回报周期和投资收益率。
二、分布式光伏发电系统在数据中心的应用案例分析
北京某数据中心分布式光伏发电系统可安装面积约10000㎡，光伏系统建设实际占用面积约4900㎡。装机容量993.6kWp。
1.光伏组件选型
在各类光伏组件中，单晶硅技术因其悠久的发展历史和成熟的制造工艺，在商业化大规模生产的硅基光伏产品中保持着最高的转换效率记录，目前规模化生产的商用组件效率在16%～24%，多晶硅光伏组件转换效率通常在18% - 22% 之间。随着技术的不断进步，部分高效多晶硅组件的转换效率已可达到 22% 以上。
工程选用450Wp太阳能光伏组件，降低单块光伏组件的面积，避免支架倾角过高，抗风能力减弱。
2.光伏阵列运行方式和倾角
（1）运行方式
光伏阵列的运行方式根据安装方式会有所不同，具体对比情况见表1。
表1 安装方式对比分析表
（2）光伏阵列最佳倾角
安装倾角直接影响发电系统的效率，对于固定式发电系统，通常选用最佳倾角，本工程屋顶太阳电池组件方位角为2.84°（朝南方向）。
图1 光伏方阵面辐射总量模拟对比
通过PVsyst软件进行模拟（见图1），最佳安装倾角为35°。光伏方阵面上年太阳总辐射量为1372.1 kWh/m²，年度辐射量总量经对比，安装倾角为15°比最佳倾角降低约4.7%，平铺安装比最佳倾角降低约13.7%。但此时装机容量最大，为993.6kWp，寿命周期内发电量最多，为充分利用光伏资源，采用平铺的安装方式。
表2 装机容量及效益对比分析表
（3）光伏阵列设计
根据国家标准《光伏发电站设计标准》（GB50797-2012）的技术规定，光伏阵列的排布间距设计需确保全年关键时段内无阴影遮挡。具体解释为：固定式、倾角可调式布置的光伏方阵、光伏组件安装方位角宜采用正南方向，方位角东西方向偏差不宜超过15°。光伏方阵各排、列的布置间距应保证宜使每天9:00~15:00（当地真太阳时）时段内前、后、左、右，东西向、南北向互不遮挡，即冬至日当天时段内前、后、左、右互不遮挡。光伏组件排列间距D计算公式见《光伏发电站设计标准》（GB50797-2012）条文7.2.2说明；光伏组件串的串联数量N计算公式见《光伏发电站设计标准》（GB50797-2012）条文6.4.2。
光伏组串、并联的路数应考虑逆变器效率、项目所在地太阳辐射水平、温度影响因素、海拔高度以及系统损失，并结合方阵具体布置形式和项目地对光伏项目装机容量的要求综合确定。
（4）光伏并网
方阵采用串联18块、并联7/8路为一组的方式接入一台60kW逆变器，共16台逆变器，4台逆逆变器并入一台交流汇流箱内，共计4台交流汇流箱接入低压并网柜。在接入低压并网柜处设置计量装置，可根据工程要求选择是否带远传功能。
图2 光伏组件串联原理图
图3 光伏组件串联实物图
三、分布式光伏发电系统在数据中心中的常见问题
1.分布式光伏发电系统与低压配电系统的并网方式
在常规的分布式光伏发电系统中，根据系统的运营模式不同并网接入点位置也不相同。自用和余电上网的模式下并网点通常采用的方式为光伏汇聚后直接接入低压配电系统的母排；统购统销的运营模式下并网点为公共电网。
当系统为自发自用，非逆流方式，仅供本地设备消耗时，需设置防逆流控制装置，防逆流装置通常采用监测低压电网的电压、电流信号来调节逆变器的输出状态是否与电网断开。目前市面上大多数逆变器会兼备此功能，工程使用时可做适当选择。
2.分布式光伏发电系统出线与低压配电系统的对接
分布式光伏发电系统通过光伏板发电汇流后接入低压配电系统。根据电网形式不同，会出现两大类共5种不同的接线方式。
第一类光伏发电系统出线为4芯，相序分别为A/B/C/PE。此类情况与低压配电系统对接时，需注意各相序的对接情况。应在低压配电系统的总进线处做对接，即把光伏发电系统看做为电源设备与变压器出线类似，在低压配电柜处做PE和N线的区分。避免出现三相线对接母排，PE线对接低压配电柜出线端PE线的情况。
第二类光伏发电系统出线为5芯，相序分别为A/B/C/N/PE。此类情况与低压配电系统对接时，若低压配电系统为TN-S、TN-C-S则按照相序一一对应对接。若低压配电系统为TN-C系统，则出线PE和N线需同时对接至低压配电系统的PEN线上。若低压配电系统为TT系统，则PE线单独接地。
图4 逆变器接线示意图
3.怎样区分用电负载使用的是太阳能光伏电还是市电
根据电路原理，电流由高电压处流向低电压。在同一时刻，电流只能有一个方向，无法同时流出和流入同一个点。以用户侧电表为节点，光伏电流只能流向电网或电网电流向负载，不存在光伏电流和电网电流同时向负载输送电能的情况。
从负载的角度看，当光伏发电时，与电网并联的逆变器的电压始终高于电网电压，因此负载会优先使用光伏发电。以屋顶光伏系统为例，其并网逆变器位于市电变压器之后，因此首先会从并网逆变器获取电流。
四、结束语
分布式光伏发电系统技术已经十分成熟，在日常生活中随着政策的支持已经得到很大的程度上的发展，未来在数据中心行业的应用范围也会愈加宽泛。更多的新建改建数据中心对于光伏、新能源的利用已经纳入工程的实施范围中，此项技术的需求空间很大。分布式光伏发电系统在节能减排上的贡献不容小觑，未来潜力值得挖掘。
文章论点多以自己在工程中的实践经验为依托，介绍了分布式光伏在数据中心建设中实施的基本思路。随着双碳目标的时间节点越来越近，我们要稳步走在“新能源的创新应用”这条解决现实问题的正确路径上。大胆创新、精心设计才能对技术运用的更加成熟。欢迎指正纠偏。
参考文献
[1]葛鑫.分布式光伏发电建设运营模式研究[D].华北电力大学，2015.
[2]杨庆祥，张芳.光伏发电并网大电网面临的问题与对策[J].电网规划，2018（7）:18.
[3]吴振华.影响中国分布光伏发电发展的因素分析[J].通信电源技术，2019（6）:14.
[4] 《光伏发电站设计标准》（GB50797-2012）[S]. www.mohurd.gov.cn
作者简介
邵元甲，北京吉音泰达公司电气工程师，做为专业设计师主要参与天津联通京津冀数字科技产业园、联通廊坊基地、联通贵安基地、移动信息港等多个数据中心设计工作，擅长数据中心变配电，光伏太阳能绿色能源，储能方向的设计。
杨威，北京电信规划设计院有限公司建筑能源设计院副院长，中国计算机用户协会数据中心分会专家委副主任。主持北京副中心政务云计算中心、联通廊坊基地等多个数据中心设计工作。研究方向包括大型数据中心园区规划、机电系统节能、智能运维等。
本文转载自《中国优秀数据中心》2025年6月刊
转载请联系秘书处
