最新30KW并网型太阳能发电系统设计建议书.docx
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最新30KW并网型太阳能发电系统设计建议书
目录
第1章太阳能光伏发电系统概述2
1.1利用新型能源（太阳能）作为供电电源的意义2
1.2太阳能光伏发电系统的应用领域3
1.3并网型太阳能光伏发电系统介绍3
第2章30kW太阳能光伏并网型发电系统设计4
2.1设计计算依据4
2.2北京地理位置及日照、气温等气象数据分析5
2.3配置方案6
2.430KW并网型太阳能发电系统的年发电量统计7
2.530KW并网型太阳能光伏发电系统的环保效果统计8
2.630KW并网型太阳能发电系统的经济效益分析8
第3章系统主要设备说明9
3.1、太阳能电池方阵9
3.2、接线箱10
3.3功率调节器11
3.4计算机数据采集装置12
第4章30kW并网型太阳能光伏发电系统实施方案14
4.1太阳电池方阵施工设计14
4.2功率调节器柜施工设计14
4.3隔离变压器施工设计14
4.4太阳能光伏发电系统显示展板及计算机通信施工设计15
4.5系统各单元间电缆施工设计15
4.6系统防雷接地等安全措施设计15
4.7系统调试、运行及维护等设计16
第5章太阳能光伏发电系统实际工程图片17
第6章太阳能部分业绩20
第1章太阳能光伏发电系统概述
1.1利用新型能源（太阳能）作为供电电源的意义
随着我国科技与经济的高速发展，能源的消费量在不断地提高，但是我国矿产资源人均占有量不到世界的一半，而单位产值能耗为世界平均水平的2倍，主要产品的能耗比发达国家高40%，70%靠火力发电。
矿产资源的储量是有限的（即不可再生），据统计按照目前我国的经济发展速度，从2000年开始我国能源的使用年限分别为：
石油15年、天然气30年、煤81年、铀50年。
由于能源问题是关系到一个国家生存与发展的一件大事，因此需要迫切寻找新类型的可再生能源，以补充矿产资源不可再生的局限性。
太阳能可再生能源由此成为许多世界发达国家首选并大力发展的能源，例如日本的“阳光计划”、德国的“百万屋顶计划”、美国的“百万屋顶计划”等等都是针对太阳能光伏发电所实施的。
1.2太阳能光伏发电系统的应用领域
太阳能光伏发电系统最初的主要应用领域为：
航空航天、通信、电力、交通、医疗、能源等，在这些领域中主要应用的设备为：
航空设备、宇宙航天器、通信主干线、发电厂通信控制设备、道路交通管理设备、医疗设备、核能控制设备、信号台或站设备等。
但随着科学技术的不断进步，太阳能光伏发电系统生产成本的不断降低，在世界乃至我国的一些公共设施及偏远地区乡镇也都迅速的开始采用可再生的、新型的太阳能光伏发电系统，为其用电负荷提供工作电源。
也就是说太阳能光伏发电产业的发展正以非常快速的脚步进行着。
太阳能光伏发电系统的优点就在于，只要将采光用的太阳电池放置在能够充分接受阳光的地方，就能够将发电系统产生的电能输出给用电设备或者储存在储能蓄电池中作为备用，因此太阳能光伏发电系统的应用地区也同样是非常广泛的。
1.3并网型太阳能光伏发电系统介绍
并网型太阳能光伏发电系统应用在有市电电网的地区，由太阳电池方阵所产生的电能送入到市电电网，且就近给工作负载提供供电电源，满足白天日常负载的正常使用。
此系统主要由太阳电池方阵、并网发电用功率调节器、市电电网、用电负荷设备及它们之间的连接电缆等组成。
有市电的正常情况下，在晴朗白天由太阳电池方阵产生电能，然后经过并网发电用功率调节器控制，首先输出给太阳能系统与市电电网并网点附近的用电负荷设备，如果当时太阳电池方阵的最大发电功率大于用电负荷设备消耗功率，则将剩余电量上送到市电电网，然后通过电网给市电电网上的其它用电负荷设备供电。
当并网点附近的用电负荷设备消耗的功率大于当时的太阳电池方阵最大发电功率，则用电负荷设备所消耗的功率由太阳电池方阵和市电同时提供，但是优先使用太阳电池方阵所产生的电能。
在无市电时，晴朗的白天太阳电池方阵产生的电能不能通过功率调节器提供给用电负荷设备。
因为此时用电负荷设备和无电的市电电网是连接在一起的，此时电网上的负荷功率将是一个无限大的用电负荷设备，而太阳电池方阵的发电量是有限的，因此，并网用功率调节器由于无法提供无限大的能量，而将关闭与市电电网连接的通道，并停止发电（即专业术语为：
孤岛效应）。
并网型太阳能光伏发电系统的示意图如下所示。
并网型太阳能光伏发电系统示意图
1.4并网型太阳能光伏发电系统的节能、环保、减排效应
太阳能发电作为一种环保能源，可以对社会做出很大的节能、环保、减排的贡献。
根据一个30kW的并网型太阳能光伏发电系统的年发电量，如果这些电是用火力发电产生的，则相应地由太阳能发电后，可以减少二氧化碳的排放量约为5.2吨、二氧化硫的排放量约为0.28吨、氮氧化物的排放量约为0.138吨。
所排放的这些气体如果用森林在一年内来吸收，则需要53公顷（1公顷≈100.5m×100.5m）面积的森林，即相当于我们一年种植了这么大面积的森林。
一个30kW的并网型太阳能光伏发电系统的年发电量，如果改用燃油来获得，则相当于得消耗7611升的燃油。
由此看来，一个30kW的并网型太阳能光伏发电系统对于环境保护方面的贡献是非常大的。
第2章30kW太阳能光伏并网型发电系统设计
2.1设计计算依据
并网型太阳能发电系统的设计计算主要依据是设备的招标文件和相关国际、国家标准和气象地地理等数据，主要有：
IEC60891对晶体硅光电器件测量特性I-V的温度修正和辐照度修正的方法；
IEC60904光电器件；
IEC61173光电功率发生系统过压保护导则；
IEC61215-1993晶体硅地表光伏电池组件设计鉴定和定型；
1ECll94建筑物的电气安装；
GB/T6495.2-1996光伏器件第2部分：
标准太阳电池的要求；
GB/T12632-1990单晶硅太阳电池总规范；
GB/T19939-2005光伏系统并网技术要求；
IEC60896-2固定式铅酸蓄电池一般要求和试验方法第2部分：
阀调节型
IEC60068-2基本环境试验第2部分：
试验；
IEC61721-1995光电模块对意外碰撞的承受能力（抗撞击试验）；
IEC61427-1999太阳光电能系统用蓄电池和电池组；
IEC60364建筑物的电气设施；
IEC60269-1低压熔断器；
DL/T637-1997阀控式密封铅酸蓄电池订货技术条件。
GB/T2297 《太阳光伏能源系统术语》
GB/T11012《太阳电池电性能测试设备检验方法》
GB/T18210（IEC61829）《晶体硅光伏（PV）方阵I-V特性的现场测量》
GB/T18479（IEC61277）《地面用光伏（PV）发电系统概述和导则》
IEC61724《光伏系统性能监测、测量、数据交换以及分析导则》
IEEE928《地面光伏系统标准》
IEEE937《光伏系统铅酸蓄电池的安装与维护》
IEEE1013《光伏系统铅酸蓄电池的设计》
IEEE1374《地面光伏发电系统安全导则》
中国国家气象局提供的北京地区的气象数据表
2.2北京地理位置及日照、气温等气象数据分析
北京地区经纬度：
北纬39.9度东经116.3度
根据所在地区日照时间的长短，可将我国划分为五类地区，北京被划归为三类地区。
三类地区全年日照时数为2200～3000小时，辐射量在502～586x104kJ／cm2·a，相当于170～200kg标准煤燃烧所发出的热量。
主要包括北京、山东、河南、河北东南部、山西南部、新疆北部、吉林、辽宁、云南、陕西北部、甘肃东南部、广东南部、福建南部、江苏北部和安徽北部等地。
太阳能资源分布图如下所示：
2.3配置方案
我公司的设计人员对太阳能发电进行系统设计时，参考了日本电池株式会社和日本京瓷公司的太阳能专家建议后，针对北京地区的实际情况（地理、气象及负荷等条件），在首先保证系统安全、可靠和满足负荷能够正常使用的前提下，使系统各部分的容量设计达到合理配置。
并网型太阳能光伏发电系统主要由以下几个部分组成：
太阳电池方阵及架台
接线箱
并网功率调节器（含逆变单元、输入输出单元、计量显示单元等）
计算机数据采集装置
室内显示装置
各部件连接电缆
其他辅助部件
2.430KW并网型太阳能发电系统的年发电量统计
在北京地区建设一个容量为30kW的太阳能并网型发电系统年发电量的统计数字如下表：
月份
日射量
发电量
（度/平方米.天）
日发电量
天数
月发电量
北京
（度/天）
（天/月）
（度/月）
35°
1
3.46
70
31
2177
2
4.20
85
28
2389
方阵容量
3
4.56
93
31
2870
29.7
4
5.00
102
30
3050
kWp
5
5.19
105
31
3266
6
4.94
100
30
3011
串联数
7
4.32
88
31
2720
15
8
4.28
87
31
2697
并联数
9
4.46
91
30
2716
11
10
4.00
81
31
2521
11
3.26
66
30
1988
12
3.04
62
31
1917
年间合计
4.23
365
31323
从以上统计的内容可以看出，一个29.7kW的太阳电池方阵平均每天发电量最少的是12月，为每天发电62度；最多的是5月，为105度；一年总的发电量为31323度。
如果针对一个具体的用电负荷容量应该选择多大容量的太阳电池方阵合适，可以根据负荷每天（24小时）的用电量和太阳电池方阵发电量进行比较，应以发电量大于或等于用电量为宜。
不同太阳电池方阵的日发电量可以根据以上的太阳电池方阵日发电量按照线性比例进行推算即可。
用电负荷容量越大所需要的太阳电池方阵容量就越大。
2.530KW并网型太阳能光伏发电系统的环保效果统计
根据一个30kW的并网型太阳能光伏发电系统的年发电量，如果这些电是用火力发电产生的，则相应地由太阳能发电后，可以减少二氧化碳的排放量约为5.2吨、二氧化硫的排放量约为0.28吨、氮氧化物的排放量约为0.138吨。
所排放的这些气体如果用森林在一年内来吸收，则需要53公顷（1公顷≈100.5m×100.5m）面积的森林，即相当于我们一年种植了这么大面积的森林。
一个30kW的并网型太阳能光伏发电系统的年发电量，如果改用燃油来获得，则相当于得消耗7611升的燃油。
由此看来，一个30kW的并网型太阳能光伏发电系统对于环境保护方面的贡献是非常大的。
2.630KW并网型太阳能发电系统的经济效益分析
随着国家对节能、环保、减排政策的实施，太阳能光伏发电产业也在的迅速发展，随着太阳能光伏发电事业的日趋壮大，国内也相应的提出了一些扶持政策。
我国目前缺乏关于光伏上网电价的明确政策，从个体案例来看，近期发改委核定的上海崇明岛前卫村光伏上网电价为4.0元/千瓦时。
按照建设30KW的并网型太阳能发电系统计算：
系统的发电量为31323度/年
每年的收入=31323千瓦时×4.0元/千瓦时=125292元
由此看来每年的上网收入是相当可观的，所以在进行系统设计时，如何使所设计的系统发电量达到最大化是整个系统设计的要点。
第3章系统主要设备说明
30kW并网型太阳能光伏发电系统设备配置一览表
序号
名称
型号
数量
1
太阳电池组件（29.7kW）
KD180GH-2P
165块
2
太阳电池方阵架台
钢结构
1套
3
功率调节器柜（含30kVA隔离变压器柜）
LBBB-30-T3
1套
4
数据显示屏（LED-L-C57R）
按公司样机形式制做
1面
5
接线箱
LBJ-P12
2个
6
内部连接电缆
1套
7
数据采集装置
IBM电脑
1台
3.1、太阳能电池方阵
3.1.1太阳电池方阵
30KW并网型太阳能发电系统的太阳电池方阵容量是由太阳电池组件按照15块串联后形成1组，根据容量要求再用11组并联组成。
方阵由架台支撑在建筑物或其它支持物体上，它是按照设计的倾斜角度朝向正南方（北半球朝南，南半球朝北）放置在架台或支架上。
安装效果示意图
上图是设计的效果示意图，选用日本京瓷公司型号为：
KD180GH-2P多晶硅太阳电池组件，按照组合条件进行了综合设计，其中一套30KW并网型发电系统设计总共由165块太阳能组件按照15串11并构成的一个30KW太阳电池方阵示例。
方阵的方位角为0°（朝向正南方），倾斜角为35°。
3.1.2太阳能电池组件
我公司用在30KW并网型太阳能发电系统的太阳电池组件是由目前世界产量排名第二的日本京瓷公司生产的KD180GH-2P型太阳电池组件，为日本一级产品，其组件基本参数如下表：
型号
KD180GH-2P
峰值发电功率
180Wp
功率误差范围
＋5%～－5%
最大工作电压
23.6V
最大工作电流
7.63A
开路电压
29.5V
短路电流
8.35A
以上数值在光照强度1kW/m2，空气分散系数1.5，芯片温度25℃条件下测量的
长
1341mm
宽
990mm
厚
36mm
重量
16.5kg
3.2、接线箱
太阳电池方阵的每一串太阳电池组件首先进入接线箱中的分路空开，然后通过各自的逆止二极管与总空开的上口相连，最后通过总空开的下口将方阵的电能送入并网功率调节器，本系统采用接线箱为LBJ-P12型号。
接线箱外形图
由于接线箱安装在室外，因此它采用的是防水、防尘设计，它的里外全部喷涂高密度室外防锈底漆及表面防锈漆，在接线箱门的左侧是箱门锁，可以防止非专业人员随意打开进行操作，从而保证了系统的安全运行，防护等级IP40。
3.3功率调节器
我公司提供的并网型太阳能发电系统功率调节器为落地式安装，其内部主要由太阳能主从逆变单元、计量显示单元、输入输出单元等组成。
计量显示单元
LINEBACK∑Plus*1（LBBB-30-T3）
特点
•适应多种系统组合方式
1台功率调节器可以实现太阳能发电的并网功能、自立运行功能、蓄电池充放电功能、负荷均分功能、峰值斩波功能、融雪功能。
•由10kW单元构成
以10kW为一个框架安装单元，可以构成任一容量，扩容方便。
•内置并网系统所需的功能
主单元内集中设置了系统并网保护功能、直流分量检出、接地检出等所有功能。
•体积小、重量轻
采用框架安装方式，因此能够做到体积小、重量轻。
•自立运行输出也能够并列运行
n台10kW单元可实现（10×n）kW的自立输出供电。
•输入电压范围宽，组件可随意组合
直流输入电压范围：
200V～500V。
•输出功率可以采用4～20mA输出
•系统通信采用RS-485方式
采用标准配置的RS-485电路，能够进行运行状态、发电状态的监视，以及数据计量。
•计量显示单元监视运行状态
所有的日射强度、气温、电压、电流、功率、发电量等及状态监视由计量显示单元进行显示。
3.4计算机数据采集装置
计算机数据采集装置是采用计算机计量软件来进行数据采集，通过RS485接口连接功率调节器，并将所采集的数据进行相应的处理，形成图形显示界面和数据表格形式，并计算统计每天，每月，每年的各种参数数据的分项数据和汇总数据，也可以形成数据曲线图表的形式进行存储。
计算机数据采集装置开放通讯端口，可远传数据给信息控制监控中心，对并网型太阳能发电系统数据进行实时的监控。
计量软件显示界面：
3.5显示装置
显示装置安装在室内或室外，能够为人们展示太阳能发电系统的发电参数数据如系统发电功率，日发电量，总发电量等数据。
并能够提供系统的发电原理简图和一些环保说明的文字（例如安装太阳能发电系统后CO2的减排量、燃油节省量、环境绿化贡献量等）等，充分体现了环保、节能、减排的现代化意识和色彩。
第4章30kW并网型太阳能光伏发电系统实施方案
4.1太阳电池方阵施工设计
可以利用屋顶的空余地方来放置太阳电池方阵，由于屋顶没有遮挡阳光的物体，这样能够充分发挥太阳电池方阵的利用率，以获得最大的发电量。
由于太阳能光伏并网型发电系统的功率调节器额定输入电压为DC300V，因此选用的太阳电池组件为15块（180Wp/块）串联然后再11组并联的接线方式，得到太阳电池方阵的输出最大工作电压为354V（23.6V×15），实际工作时的太阳电池方阵最佳电压大约为318.6V（＝354V×0.9）这样能够使功率调节器以近似其设计的额定输入电压工作，从而使系统配置更加合理，提高了系统的发电效率，并且满足达到29.7kW（180W×15×11）太阳电池方阵的要求。
从系统运行的安全性、可靠性角度考虑，太阳电池方阵架台应接地，使太阳电池方阵避免受到雷电等高电压的冲击。
太阳电池方阵用的汇总接线箱内还设置有浪涌吸收组件，以保护后面并网设备的安全运行。
太阳电池方阵的总重量约3.66吨，其占地面积约202m2，即东西方向约为45m、南北方向约为4.1m。
方阵基础的高度为2.86m，方阵的倾斜角为35°，朝向为正南，这样可以获得最大的发电量。
方阵由前后两排水泥基础支撑，建议水泥基础内的钢筋应与屋顶结构梁的钢筋进行焊接，且水泥基础的位置尽量在屋顶承重的上方（如果屋顶的承重能力有限），以保证方阵安装的稳固。
方阵的钢结构采用型钢镀锌处理，以保证室外应用时不至于被锈蚀。
钢结构件之间的连接、固定采用镀锌螺栓（最小直径为12mm，基础固定采用的是20mm）。
4.2功率调节器柜施工设计
本系统使用功率调节器柜（容量为30kW/柜）一个，功率调节器柜主要是由输入输出单元、太阳能并网逆变器单元、就地显示单元组成。
这些部件全部由日本GS汤浅电源有限公司制造，它们具有外观美观、质量可靠、操作方便、显示直观等特点，另外逆变器的转换效率高（＞90％）也是其突出的特点。
现在太阳电池方阵的设计容量为29.7kW，功率调节器本身有过载10%的能力，又由于29.7kW是方阵的峰值发电功率（在实验室情况下用1kW/m2的强光照射时的最大输出功率），因此正常情况下在北京地区最大的峰值发电功率约为21kW（=29.7*0.7）。
为消除室外方阵引入的电磁干扰等信号或者由功率调节器产生的一些高次谐波，在功率调节器的输入输出单元端设置有电磁滤波器，可以保证整个系统安全、稳定运行，并且向电网输送高质量的电能。
功率调节器柜采用700mm宽柜体结构，其外形尺寸为700（宽）×600（深）×2000（高）mm。
其内部将各单元部件进行组合配线，形成一个完整的太阳能并网控制系统。
将功率调节器柜尽量放置在距离太阳电池方阵较近的配电室内，功率调节器柜与太阳电池方阵的距离近可以减少电能在线路上的损失，以及可以不使用较粗的线径（可节约投资）。
4.3隔离变压器施工设计
本系统的功率调节器输出交流电压为三相三线式的，为了系统安全性的考虑，先将其输出端外加一个三相变压器进行电隔离后，再与外界的三相市电电网连接。
本系统目前设计的最大输出功率为30kVA，可把变压器放置在配电柜内，并在变压器周围留出足够的空间余量，以便在发电功率较高时能够有散热的空间。
为满足并网地点不同网压的情况，变压器制做时，其副边有2路电压抽头（380/400），以满足现场网压正常或高的要求。
变压器由北京日佳电源公司负责设计，由专业的变压器工厂进行生产。
4.4太阳能光伏发电系统显示展板及计算机通信施工设计
本系统显示展板是用来接收功率调节器发出的系统运行及发电量累积数据并进行显示的一个装置，其显示数码管发光明亮、清晰，它可以向用户很好地展示发电系统基本运行情况，以及当天和总累积发电量，例如可以在显示屏上显示日射量、温度、发电功率、累积发电量、总累积发电量等数据和注释一些说明性的文字及简图。
数据显示展板宜安装在参观者必经的地方，这样有关太阳能发电系统组成、运行的有关数据及运行情况就可以充分地展示出来，可明显地增强展示效果。
通过485接口，计算机也能够接收功率调节器发出的系统运行的状态及运行参数，能够在远方进行监视和统计。
4.5系统各单元间电缆施工设计
由于太阳能发电系统的太阳电池方阵置于室外使用，因此，用于室外与室内设备之间连接的电缆须将其铺设在镀锌钢管或PVC塑料管（所选材料应该有足够的抗拉、抗弯曲强度）中，以免受到外界环境因素（如阳光、雨、雪及风沙等）的破坏，从而保证发电系统的可靠运行。
对于室内的电缆，将其铺设在塑料电缆槽（管）中，然后固定牢固即可。
太阳电池方阵至功率调节器柜之间，一个在配电室内，太阳电池方阵输出电缆设置在镀锌钢管内并进行固定。
到配电室通过建筑物的墙即可，电缆线应进行固定处理。
到配电室的电缆走电缆支架，或电缆槽到功率调节器柜的下边或上边进入。
功率调节器柜至数据显示展板之间，在一般情况下，功率调节器柜与数据显示展板都是置于室内，它们之间的电缆线为信号电缆和工作电源电缆，因此可将电缆线穿入较细的PVC管或放入较薄的线槽中固定在墙角处即可（如果条件允许还可以走暗线）。
功率调节器柜至用户配电柜并网馈出开关下口之间的电缆为电力电缆，为保险，选择的电缆截面积要75mm2的，通过电缆支架或电缆槽到用户配电柜。
4.6系统防雷接地等安全措施设计
接地设备包括太阳电池方阵的架台、功率调节器柜。
对于室外设备，由于太阳电池方阵的架台为金属材料，可以将接地电缆（线径至少为35mm2的铜芯电缆）接到架台上，然后再将接地电缆接到功率调节器柜内的接地铜排上。
对于室内设备，将功率调节器柜的接地铜排与用户配电柜的接地排用接地电缆线（线径至少为35mm2的铜芯电缆）连接起来，这样整个太阳能发电系统的地线系统为一个等电位系统。
这样对设备的正常运行起到保护作用，并且对人身安全也起到保障作用。
另外，在功率调节器柜内部的输入、输出端还设置有避雷及消除浪涌的吸收组件。
再有，本系统具有过流保护，系统的主回路中全部采用空气开关，系统过流后可以跳闸来切断过流回路；还有，功率调节器柜内部设置有微处理芯片，因此它的运行为全自动方式，只要将输入、输出开关闭合，按下启动按钮即可。
如当电网的变化超过其调节功率时，它会发出让输出与电网相关的断路器断开命令，而且通过控制器发出警报，自动保护设备免受危害。
4.7系统调试、运行及维护等设计
系统的调试及初期的试运行全部由我公司专门的技术工程师负责，并及时将系统的维护知识传授给用户。
当系统运行后如果出现任何疑问，都可以向我公司反映，我们会及时给予帮助。
第5章太阳能光伏发电系统实际工程图片
青藏铁路太阳能并网工程－方阵施工1
青藏铁路太阳能并网工程－方阵（13kW）正面
青藏铁路太阳能并网工程－方阵（13kW）侧面
北京日佳电源有限公司10kW并网方阵
北京日佳电源有限公司10kW并网用功率调节器柜与变压器柜
北京日佳电源有限公司10kW并网用显示展板
第6章太阳能部分业绩
年份
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容量
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