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樂生療養院屋頂240kW太陽光電系統之建置與首年營運

2020-02-14

曾衍彰總經理

旭能太陽光電有限公司


 

政府為推行節能減碳,大力推廣設置太陽光電的綠能設施,並要求政府所有的公有房舍帶頭示範。衛生福利部樂生療養院因此於民國一○六年盤點房舍,提出其所有兩棟九層醫療大樓屋頂公開標租設置屋頂型太陽光電系統。旭能太陽光電有限公司為響應政府的推廣綠能政策,乃參與本案在大樓屋頂建置239.835kW太陽光發電系統(參見圖一),並與台電公司簽訂躉售契約,以政府所訂定的當年優惠電價,售電二十年。本文描述此一大型屋頂電站的設計考量與建置重點,同時本項目在107年4月10日併網後,已經穩定運轉一年有餘,也將就首年的運營經驗與心得做一分析。

 

   

圖一  大型屋頂電站

 

屋頂型太陽光電系統設計上最大的挑戰是形狀不規則,且多障礙物,而醫院的管道間有很多維生系統管路,不可以被新設太陽光電設施干擾。種種限制與配套措施如下:

一、 將支撐架高度提升至四米高。(參見圖二)

二、 屋凸空間儘量利用:兩棟房屋共有七個屋凸,是遮陰最少之處,但有三座有4G機低台天線占用,一座被醫院招牌部分遮陰,所以在最大範圍使用了三個半屋凸。架設屋凸上的支撐架高度小於一米,以符合法令規定低於1.5米的要求。

三、 模組傾斜角度5度:傾斜角度應大於20度才是最佳化,惟所選用的高效單晶矽模組的弱光效應頗佳,所以模組非直射的敏感度降低,傾斜角降至5度,以增加模組的排佈量,發揮最大經濟效益。

四、 使用多數量小型變流器,以滿足多樣不規則模組排佈式樣:因屋凸與屋頂的最佳化有效利用,產生很多不規則式樣的模組排佈,為降低因日照不均勻導致電流不匹配對發電效能的影響,變流器選型乃採用25kW六只、10kW四只與20kW, 10kW, 3.6kW各一只,總共十三只(參見圖三)。這樣設計雖然設備單價較高且安裝費事,但長期高效率的運轉,將值回票價。

五、 減少使用大樓內部管道間:因醫院的管道間管路眾多且敏感,故本項目的AC至台電的責任分界點的併網線路,下到六樓就水平出到大樓外牆,另配RSG四吋管路至一樓停車場邊的台電受電場所。此設計增加了約600米四吋RSG管路的費用與數個工作天的安裝功夫,但避免我工程與營運中的衛生署三級醫院之間的干擾,順利完成建設,如期併網。
 

      

圖二  鋼結構支撐架設計與照片

 

圖三  A棟變流器掛於女兒牆

 

本項目在精準的工程管理下,開工後四十個工作天完工,並於107年4月10日與台電公司完成併網,開始售電。在開工之前,我們花了很大的力氣將業主A棟大樓屋頂之已經廢棄的空中花園予以清除並清運,總共清運了約200噸的積土與垃圾。清運之同時也對A棟大樓頂樓的天花板屋況做一次詳細檢查,標記所有漏水與天花板有水漬的房間部位,並且拍照存證,提交業主留參。此一預備動作對屋頂型太陽光設施之建置,非常重要,可以省去爾後房屋漏水時責任歸屬雙方的爭議。本項目也安裝了由AUO所開發的太陽光電監控系統,可以即時監控太陽光電系統運轉狀況,也能長期記錄變流器的各項交流與直流運轉參數,搭配模組備版溫度與現場日照數據量測,以進行系統運營績效的分析。

本系統自併網後,即穩定發電,2018年共發電260天,各個月的發電數據如圖四所示,其中綠色柱為各月分的發電量,最高為七月份的35157度而最低為十二月的14928度;每月份相應的紅色點則是當月的總日照量,是以kWh/m2單位來表示,最高也是七月的196度/平方米,最低則為十二月份的79度/平方米。所以全系統的發電效能(PR)值,可以由下式計算之:

PR = (月總發電量/系統容量239.835kW)/(月總日照量/STC日照值1kW/m2)

2018年全年之PR平均值為76.05%,而四月至十二月的累積日照量為1174度/平方米。依據資料庫的數據分析,全年的系統發電績效為每kW每日發電3.44度,遠高於一般對大台北盆地的預期值,推測是日照條件比較差的一至三月沒有列入統計之故。台電各月份的躉收電費單與發電度數列如表一,供參考對照。台電計價首年總度數筆自設監控系統約多了2800度,其原因是監控系統上線時間比台電掛表晚了五天,所以全年發電量有此誤差。長期比對監控系統與台電計價電表每月讀數後,發現監控系統的讀值比台電電錶約高2~4%,長期累積會有較大差異,必須修改監控系統的資料庫。

 

 圖四  首年系統各月份發電與日照量

 

表一  首年各月份台電計價度數與發電績效