某某工业园屋顶分布式光伏发电项目设计方案.docx
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某某工业园屋顶分布式光伏发电项目设计方案
某某工业园屋顶分布式光伏发电项目设计方案
二、工程概况
2.1地理位置
本项目位于江西省万年县，利用厂房屋顶铺设太阳能电池组件。
2.2气候资源
万年地处江西省东北部、鄱阳湖东南岸，属于丘陵地区，土地面积1140.76平方公里。
地理坐标为北纬2830'15"—2854'5"，东经11646'48'—11715'10"，东西宽47公里，南北长43公里。
日照年均日照时数为1803.5小时，最长月份日照时数为255.4小时，出现在7月份；最短月份日照明数为83.6小时，出现在2月份。
年均太阳辐射总量为108.7千卡/平方厘米。
气温年平均气温为17.4℃，年均最高气温出现在1961年，18.6℃；极端最低温度-12.8℃，极端最高达41.2℃；
2.3 项目规模、用途
项目规划装机容量102.96KWp。
采用260Wp多晶组件396块，屋面形式为混凝土屋面，屋顶面积约1000㎡，装机容量为102.96MWp。
本工程采用分区发电，组串逆变集中并网方案，每个光伏发电单元的电池组件采用串联的方式组成太阳能电池组串，太阳能电池组串接入组串式逆变器、交流汇流箱，并网柜集中并入厂区0.38kV母线，项目遵循自发自用，就地消化以及余电上网的原则进行并网。
三、技术方案
3.1项目设计目标
城市屋顶光伏电站的建设进一步加强了光伏示范项目的环保示范效应，符合我国21世纪可持续发展能源战略规划；也是发展循环经济模式，建设和谐社会的具体体现；同时对健全光伏产业链、推进太阳能利用及光伏产业的发展进程具有非常重大的示范意义，其社会、经济、环保等效益显著。
1.节约建筑能耗
在闲置的屋顶结构上安装光伏阵列，实现太阳能与建筑一体化，无需额外用地或增建其他设施，适用于人口密集、土地昂贵的城市建筑。
由于光伏阵列安装在屋顶结构上，吸收太阳能，转化为电能，大大降低了室内综合温度，减少了墙体得热，既节省了能源，又利于保证室内的空气品质。
2.补充电网能源结构，缓解用电高峰期间电网压力
有资料统计表明，我国建筑能耗（包括建造能耗、生活能耗、采暖空调等）约占全社会总能耗的30%，其中最主要的采暖和空调，占到20%，在用电高峰期间，电网供电压力较大。
而光伏发电系统由于自身发电特点，在有日照的条件下方可发电，并且日照条件越好，系统出力越大。
3.节能减排
在化石能源逐步枯竭、环境污染日异严重、生态意识不断增强的今天，实现光电建筑一体化，避免了由于使用一般化石燃料发电所导致的空气污染和废渣污染，不产生固体废弃物，又能够优化能源结构，创造生态环境，改善居住条件，还将对建设生态文明与和谐社会发挥十分重要的战略作用。
4.调整地区能源结构
宁波是典型的能源消费型城市，正处于转型发展的关键时期，加快推进宁波能源发展既是适应国内外能源发展新形势、新要求的积极举措，也是促进宁波绿色发展、提升城市形象的必然选择。
宁波是全省经济发达、最具发展活力的地区之一，潜在的电力需求十分巨大。
宁波制造业已形成较为完备的制造业体系。
电子产业、纺织产业、机械制造、化工产业及食品饮料等发展迅猛，从中长期看，宁波市电力工业将保持持续较快增长，随着经济的持续快速增长和人民生活水平的提高，电力增长空间仍然较大。
本项目的建设是贯彻落实科学发展观、建成资源节约型、环境友好型社会，落实“节能减排”战略目标的具体体现。
可降低煤炭比重，大力增加清洁能源供应，将缓解环境治理压力，提高城市的绿色发展水平。
3.2设计原则
1稳定性
太阳能发电运行的成熟稳定性至关重要，本系统将采用先进成熟的技术与设备，结合完善的保护措施，以保证系统稳定运行。
2先进性
本项目系统设计的过程中，将通过优化系统配置、选择先进的关键设备，实现智能控制，以保证系统的先进性。
3高效性
选用高效的电气设备，降低设备损耗；光伏组件到逆变器以及从逆变器到并网点的电力电缆应尽可能保持在最短距离，减小线路损失，提高系统的输出能量。
4展示性
太阳能光伏发电是新能源的重要部分，本项目将不仅体现光伏系统的设计和应用技术水平，缓解当地供电压力，还将体现对可再生能源的重视，因此系统的展示性不可忽视。
本项目将有良好的展示效果，可向当地政府和市民直观展示清洁能源的有效利用，宣扬环保理念，同时还可作为业主单位的展示基地。
3.3设计依据
1）业主方提供的相关图纸。
2）相关标准：
国家电网公司《光伏电站接入电网技术规定》
IEC60904光电器件；
IEC61173光电功率发生系统过压保护.导则；
IEC61215-1993晶体硅地面光伏电池组件设计鉴定和定型；
IEC61204直流输出低压供电装置.特性和安全要求；
IEC61000-4-30电磁兼容第4-30部分试验和测量技术-电能质量
IEC60364-7-712建筑物电气装置第7-712部分：
特殊装置或场所的要求太阳光伏（PV）发电系统
IEC61721-1995光电模块对意外碰撞的承受能力（抗撞击试验）；
IEC60364建筑物的电气设施；
IEC60269-1低压熔断器
GB／T191包装储运图示标志
GB／T18479-2001地面用光伏（PV）发电系统概述和导则
GB／T19939－2005光伏系统并网技术要求
GB／Z19964－2005光伏发电站接入电力系统技术规定
GB／T6495.2-1996光伏器件第2部分：
标准太阳电池的要求；
GB／T20046－2006光伏（PV）系统电网接口特性（IEC61727:
2004，MOD）
GB／T2297-1989太阳光伏能源系统术语
GB／T2423.1－2001电工电子产品基本环境试验规程试验A：
低温试验方法
GB／T2423.2－2001电工电子产品基本环境试验规程试验B：
高温试验方法
GB／T2423.9－2001电工电子产品基本环境试验规程试验Cb：
设备用恒定湿热试验方法
GB4208外壳防护等级（IP代码）（equIEC60529:
1998）
GB3859.2—1993半导体变流器应用导则
GB／T12325-2008电能质量供电电压偏差
GB／T12326-2008电能质量电压波动和闪变
GB／T14549-1993电能质量公用电网谐波
GB／T15543-2008电能质量三相电压不平衡
DL／T448电能计量装置技术管理规定
DL／T614多功能电能表
DL／T645多功能电能表通信协议
DL／T5202电能量计量系统设计技术规程
SJ／T11127光伏（PV）发电系统过电压保护-导则
CGC/GF003.1：
2009并网光伏发电系统工程验收技术规范
分布式光伏发电项目接入系统典型设计国家电网公司
3.4载荷分析
通常混凝土屋面设计荷载为200KG/平米，本项目实施过程中，组件及混凝土压块总荷载小于75KG/平米。
彩钢瓦屋面采用轻质铝合金导轨安装组件支架，屋顶设计荷载为100KG/平米，本项目组件安装每平米的荷载小于75KG/平米。
由上述分析可见，光伏系统各项荷载指标均符合建筑屋顶的规范设计要求，对已有建筑屋顶不存在结构安全的影响。
项目设计过程中，将对业主提供的厂房屋面图纸及现场实际情况进行载荷复核，如有必要，将采取加固措施，确保项目实施万无一失
3.5建筑一体化设计
本项目光伏发电，在屋顶上均匀布置受力点后安装组件支架及梁柱上，彩钢瓦屋面采用平铺方案进行布置。
具体方案如下：
图3－1光伏建筑一体化系统示意图
3.6支架安装方案
本项目涉及的建筑为钢筋混凝土屋面面，因此支架安装将根据不同类型的屋面分别采取相应的实施方案。
混凝土屋面
涉及混凝土屋面安装的拟采用沿屋面散水呈倾角或平铺安装（具体根据项目地实际情况选择）。
为避免对屋面现有防水层造成破坏，因此采用不穿透屋面的压块配重固定方式，即用混凝土压块将安装支架固定于现场屋面，再将太阳板固定其上的方式，具体安装方式如下：
图3－2混凝土结构屋面支架示意图
该实施方案无需考虑破坏屋顶结构，安装所需材料规格统一。
可实现工厂化生产，现场加工量小，对施工现场环境影响小，工期短，方案经济性高。
类似项目安装效果图
图3－4混凝土屋面
3.7并网系统设计
并网太阳能光伏发电系统的主要部件为太阳能光伏组件和并网逆变器。
并网系统的基本构成见图3－6：
图3－6并网系统原理图
该光伏电站建设完成后分别并入厂区10kV电网，并网运行，给厂区提供电力补充。
当光照充足时，光伏发电系统所发电力输入场区电网，作为补充供场区设备使用，光伏电站所发电不足以供设备使用时，从电网获取电能。
光伏电气接入方案
具体光伏电气接入方案参考国家电网公司提供的《分布式光伏发电项目接入系统典型设计》以及当地供电公司的要求。
图3－7接入方案示意图
3.8低压电缆、导线的选型及敷设
所选电缆的横截面积和连接器容量必须满足最大系统短路电流（用于单个组件的电缆线材质和横截面积推荐为铜芯，耐压1000V，连接器的额定电流大于10A）。
方阵内部和方阵之间的连接选取的电缆额定电流为计算所得电缆中最大连续电流的1.5倍。
逆变器连接选取的电缆额定电流为计算所得电缆中最大连续电流的1.25倍。
单回路穿镀锌金属电管或PVC电管敷设。
多回路汇总后沿电缆沟/铝合金线槽敷设。
线管管径和铝合金线槽截面面积需满足相关电气设计规范。
电缆、导线在线槽内应做固定。
3.9防雷和接地设计
光伏系统设备的安全性和稳定性的技术措施主要涉及到防雷和接地的专项措施。
1、直流侧防雷措施：
电池支架应保证良好的接地，光伏电池阵列连接电缆接入组串逆变器，含高压防雷器保护装置；
2、交流侧防雷措施：
每台交流汇流箱及升压变压器等设备，均装有防雷器，可有效地避免雷击和电网浪涌导致设备的损坏；
3、本工程电气配电装置采用全户内布置，为使光伏电池组件和相关电器设备受到直击雷和感应雷的雷击时能有可靠的保护，光伏方阵支架防雷使用建筑原有防雷系统。
为保证人身安全，所有电气设备都接入建筑的防雷接地系统，并将电气设备外壳接地。
连接点测量接地电阻值按小于4Ω考虑。
4、所有的机柜要有良好的接地。
5、对于安装在屋顶或建筑物上的光伏系统，特别是在雷暴多发地区，必须配备防雷装置，以防止直击雷对系统的损坏；防雷装置接地必须可靠，光伏组件支架必须正确接地。
使用推荐的连接端子并将接地电缆良好地连接，固定到组件框架上，使用经过电镀处理的支撑框架，以保证电路导通良好。
6、本工程低压配电系统接地型式采用TN-S系统。
其中性线和保护地线（PE）在接地点后要严格分开。
凡正常不带电，而当绝缘破坏有可能呈现电压的一切电气设备金属外壳均应可靠接地。
整个系统通过多种保护如过/欠压，过流，过载，防雷等保护功实现安全、稳定运行。
3.10数据采集和监测、控制显示系统
本项目涉及到多点并网，因此可以采取分布式和集中式相结合的监测控制方案。
由于各光伏并网逆变器都自带数据采集模块和RS485接口，而且采用同一厂家的产品，所以可以很方便地通过数据信号线、光伏专用监控软件，进行单点和集中监测和控制。
对于运行的光伏电站系统，需要监测的数据有太阳辐射量、光电池电压及电流、电池组件温度、逆变器输入/输出电压及电流、控制室温度等。
由于采集参数的多样性和分散性，系统采用了分布式数据采集的结构模式。
所谓分布式数据采集，就是利用电量隔离变送器、温度传感器、太阳辐射测量仪等设备就近分散采集现场数据，通过智能数据采集模块的RS-485串行数据总线技术将采集到的数据传送至监测计算机进行集中的数据统计和处理。
智能数据采集模块中设有独立的中央处理模块，可以在现场对采集的信号进行数字滤波和简单的数据处理，然后通过RS-485数据总线将处理后的数据传送至监测计算机，监测计算机负责将各个现场的数据进行汇总和处理。
电站监测系统软件的主要功能是数据采集、传输、处理、存储和查询。
采集的主要参数是光伏组件输出的电参数、累计电能、逆变器的输入输出参数、太阳辐射强度等信号。
采集的数据经过数据处理后，加入数据库中，以备查询。
可实时显示现场的运行数据，进入各个监测界面，点击功能控制键，可查看数据趋势曲线、查询历史数据等操作，并生成数据报表。
若外接打印机，可打印指定的报表。
监测软件还设计了网络监测功能，采用上位机和下位机之间的点对点的通信方式，实现系统的远程监测。
图3－8光伏系统数据采集和监测控制架构图
3.11主要产品、部件选型及性能参数
（1）电池组件的技术性能
太阳能电池组件是太阳能发电系统中的核心部分，也是太阳能发电系统中价值最高的部分，它通过光电转换效应将太阳的辐射能量转换为电能（直流电）。
根据对目前几种太阳能电池组件的比较，并结合建筑情况，本项目拟采用250Wp高效多晶硅太阳能电池组件。
电池组件主要技术参数见下表：
●电池组件性能参数表多晶硅组件参数
峰值功率（Wp）
260Wp
短路电流（Isc）
8.85A
开路电压（Voc）
30.45V
峰值电压（Vmp）
37V
峰值电流（Imp）
8.38A
外形尺寸（mm）
1650*992*40
重量（kg）
20
（2）逆变器的技术性能：
光伏并网系统将太阳能转换成直流电能后，再通过逆变器将直流电逆变为50Hz、380V的三相交流电。
在光伏并网系统中，逆变控制部分担负着系统的DC/AC转换，并准确控制转换电压、频率、相位、谐波含量等重要指标，同时，负责光伏并网发电系统各部分与公共电网的协调运行，并对系统可能发生的各种异常状态进行保护，它是光伏并网系统的关键设备。
本项目配备合适容量的组串式逆变器，经比较，拟选用国内品牌锦浪逆变器。
该产品质量可靠，性能完善。
该产品具有如下技术特点：
Ø满足德国要求的有功够率降额功能
Ø多种语言液晶显示功能，可自由设置。
Ø多种通讯接口可以选择，方便实现上机位控制。
Ø宽直流电压输入范围。
Ø低电压穿越功能
Ø模块化设计方便安装与维护
Ø完善的保护功能，系统的可靠性更高
拟选用的逆变器为通过金太阳认证的并网型逆变器，在运行过程中，实时采集交流电网的电压信号，通过闭环控制，使逆变器的交流输出相位与电网保持一致。
并网逆变器参数见下表：
额定功率（KW）
20
允许最大电池方阵功率（KW）
22
最大输入电压（VDC）
1000
最大输入电流（ADC）
18
MPPT范围（VDC）
200-800
额定交流输出功率（KW）
20
最大输出功率（KW）
22
电网额定电压（Vac）
380
额定电网频率（Hz）
50
最大效率（%）
98.40%
欧洲效率（%）
97.60%
功率因数
≥0.99（额定功率）
MPPT精度
99%
通讯接口
RS485/WIFI/GPRS
过载运行
自动调整运行峰值
设备夜间自消耗电能（W）
<1
防护等级
IP65
孤岛效应保护
含
冷却方式
自然对流
使用环境温度
—25℃～60℃
使用环境湿度
0~95%
参考尺寸（深×宽×高，mm）
530x688x357
参考重量（Kg）
23
（3）交直流防雷汇流箱
采用某公司生产的某系列光伏专用交直流防雷汇流箱。
图3－9某系列光伏专用交直流防雷汇流箱性能参数说明（仅供参考）
（4）光伏专用数据采集监控软件
系统可与外围环境气象采集设备结合，用于完整显示气象对系统的影响。
图3－11光伏发电能源监测与管理系统显示界面（仅供参考）
图3－12气象数据采集系统（仅供参考）
3.12 系统发电量计算
项目地点：
江西万年；
系统效率取78%；
项目装机容量100KWp；
年均发电量为：
10万kW.h；
电池组件在光照及常规大气环境中使用有衰减，25年衰减20%计算，由以上可推算得，本工程25年总发电量约为2500万kWh。
3.13主要设备材料清单
序号
设备名称
规格型号
数量
备注
1
光伏组件
206Wp
396块
2
光伏支架
项
1
3
光伏组串逆变器
台
5
4
电缆
项
1
5
并网设备
套
1
3.14项目投资
江西地区屋顶分布式项目造价约为7.5元/Wp，本项目装机容量为0.1MWp，预计总投资额约为75万元。
实际项目将根据所处位置及屋顶情况，产生相应的价格偏差。
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