20KW光伏系统技术方案11要点.docx
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20KW光伏系统技术方案11要点
20KWp光伏发电项目
技
术
方
案
2013年11月
一、设计原则与标准
1.1设计原则
（1）先进性原则：
保证系统具有较长的生命周期。
（2）环保节能原则：
采用太阳能电池发电。
（3）安全可靠原则：
系统设计应安全可靠，以保证光伏屋顶并网发电系统并入或撤出时对建筑物内的其他用电设备的安全；结构设计应充分考虑原有建筑结构的承受力、风荷载、温度应力和地震作用对组件及原建筑结构的影响，设计安全系数应保证满足国家规定及本工程的要求。
（4）可拆卸更换，维修方便原则：
方便拆换及维护。
（5）经济性原则：
保证资金投向合理，在确保满足国家规范的基础上，合理地使用材料。
1.2设计标准
（1）《光伏电站接入电力系统技术规定》GB\Z19964-2005
（2）《光伏（PV）系统电网接口特性》GB/T20046-2006Eqv.IEC61727（1995）
（3）国家电网公司《光伏电站接入电网技术规定》（2009.07）
（4）《光伏（PV）系统电网接口特性》（GB/T20046）
（5）《光伏（PV）发电系统的过电压保护—导则》（SJ/T11127）
（6）《地面光伏系统概述和导则》GB/T18479-2001
（7）《光伏系统功率调节器效率测量程序》（IEC61683）
（8）《光伏系统性能监测、测量、数据交换和分析指南》（IEC61724）
（9）《钢结构设计规范》GB50017-2003
（10）《新能源基本建设项目管理的暂行规定》
（11）《光伏发电系统的过电压保护—导则》SJ/T11127-1997
（12）《低压配电设计规范》（GB50054）
（13）《建筑物防雷设计规范》（GB50057）
（14）《建筑电气工程施工质量验收规范》（GB50303）
（32）《安全标志》（GB2894）
（33）《安全标志使用导则》（GB16179）
（35）《电气装置安装工程质量检验及评定规程》（DL/T5161.1~17）
（36）《建筑结构荷载规范》GB0009-2001（2006年版）
二、工程概况
拟将光伏太阳能板安装于XX屋面。
该并网光伏电站装机容量为20kWp，屋顶安装功率为250Wp多晶硅光伏组件80块，安装面积约为250㎡。
整个系统采用国产通过金太阳认证的光伏并网逆变器1台，工作效率超过95%。
使用多晶硅光伏电池片转换效率超过17%，年均发电量约20000kWh。
本项目所建设分布式光伏发电系统，主要由光伏阵列、并网逆变器、低压输配电、监控显示等几部分构成。
用户侧并网型太阳能光伏电站是利用光伏组件将太阳能转换成直流电能，再通过逆变供给用户自己使用，实现“自发自用，余电上网”。
光伏阵列：
主要由太阳电池组件、光伏支架、直流电缆等构成；
并网逆变：
主要由并网逆变器构成；
低压输配电：
主要由低压交流配电柜、低压交流电缆等构成；
监控：
主要由光伏系统监控部分构成。
三、厂址建设条件
3.1地理位置及气候条件
**位于**省东部沿海，**下游，介于北纬25°15′--26°39′，东经118°08′--120°31′。
属典型的亚热带季风气候。
**气候资源丰富，气温适宜，温暖湿润，四季常青，雨量充沛，霜少无雪，夏长冬短，无霜期达326天。
年平均日照数为1700～1980小时；年平均降水量为900～2100毫米；年平均气温为16～20℃，最冷月1～2月，平均气温达6～10℃；最热月7～8月，平均气温为24～29℃。
极端气温最高42.3℃，最低-2.5℃。
年相对湿度约77%。
**春季常阴雨绵绵，气温变化较大，是一年中阴雨天最多的季节。
有春雨期（3～4月）和梅雨期（5～6月）之分，春雨期天气冷热多变，有的年份还会出现倒春寒天气和冰雹等强对流天气；夏季以晴热高温天气为主，是**地区出现局地热雷雨天气和热带风暴、台风活动最集中的时期；秋季天高云淡，日照充足，气候宜人；冬季雨量一般较少，气温较低，但无严寒。
年太阳总辐射量4388.8MJ/m²（来源于美国国家航空航天局（NASA）的气象数据资料）。
较适合太阳能光伏发电项目。
各月气象资料见表二：
月份
平均气温
温度
平面有效光照
气压
平均风速
°C
%
kWh/m2/d
kPa
m/s
一月
11.2
73.8%
1.93
98.9
2.4
二月
11.1
77.8%
1.75
98.8
2.3
三月
13.6
80.4%
2.42
98.5
2.3
四月
18.2
78.7%
4.04
98.1
2.4
五月
22.6
80.1%
3.49
97.7
2.5
六月
26.2
81.6%
3.43
97.4
2.7
七月
29.0
76.4%
5.31
97.3
3.2
八月
28.5
76.6%
5.00
97.3
3.1
九月
25.9
75.6%
3.42
97.8
2.9
十月
22.3
70.7%
3.76
98.3
2.8
十一月
18.1
69.5%
2.69
98.7
2.8
十二月
13.3
69.9%
2.72
99.0
2.6
平均
20.1
75.9%
3.34
98.1
2.7
表二
四、系统设计方案
4.1光伏电站系统组成
该项目采用BAPV安装，光伏组件采用串并联的方式组成多个光伏组件阵列，光伏组件阵列通过国产并网光伏逆变器完成DC到AC的转换，接入一楼低压配电柜进行并网发电的方案。
4.2主要设备选择及性能参数
主设备的选型遵循了先进性、成熟性和稳定性的原则，本项目中所用设备均为同类产品中的先进产品，并具有良好的应用业绩，保证系统整体稳定可靠运行。
4.2.1光伏发电组件选型
本工程采用单块功率为250Wp多晶硅光伏组件，具体参数详见下表：
编号
项目
技术参数与规格
备注
1
型式
多晶硅光伏组件
2
型号
250Wp
3
尺寸结构
1650*992*45mm
重量
19.5kg
4
转换效率
15.5%
含组件边框面积计算
4
在AM1.5、1000W/m2的辐照度、25°C的电池温度下的峰值参数
4.1
标准功率
250W
4.2
峰值电压
30.50
4.3
峰值电流
8.22
4.4
短路电流
8.79
4.5
开路电压
37.2V
4.6
最大系统电压
IEC1000
5
温度系数
5.1
峰值功率温度系数
-0.46%/K
5.2
峰值电流温度系数
0.06%/K
5.3
峰值电压温度系数
-0.33%/K
5.4
短路电流温度系数
0.06%/K
5.5
开路电压温度系数
-0.33%/K
6
温度范围
-40℃～+85℃
7
功率误差范围
0～3%
8
表面最大承压
2400Pa
9
承受冰雹
直径25mm的冰球冲击试验速度23m/s
10
接线盒类型
TypeIV
防护等级
IP64
连接线长度
1000mm
11
使用寿命
>25年
衰减率
2年内不高于2%
25年衰减
<20%
质保期
5年
12
框架结构
铝合金边框
13
背面材料
复合薄膜
4.2.2并网逆变器
4.2.2.1并网逆变器选型
并网逆变器是并网光伏电站中的核心设备。
它的可靠性、高效性和安全性会影响到整个光伏系统。
对于光伏并网系统逆变器的选型，应注意以下几个方面的指标比较：
（1）光伏并网系统必须对电网和太阳能电池的输出情况进行实时监测，对周围环境做出准确判断，完成相应动作，如对电网的投、切控制，系统的启动、运行、休眠、停止、故障等状态检测，以确保系统安全、可靠的工作。
（2）由于太阳能电池的输出曲线是非线性的，受环境影响很大，为确保系统能最大输出电能，需采用最大功率跟踪控制技术，通过自寻优方法使系统跟踪并稳定运行在太阳能光伏系统的最大输出功率点，从而提高太阳能输出电能利用率。
（3）逆变器输出效率：
大功率逆变器在满载时，效率必须在95%以上。
在50W/m2的日照强度下，即可向电网供电，在逆变器输入功率为额定功率10%时，也要保证90%以上的转换效率。
（4）逆变器输出波形：
为使光伏阵列所产生的直流电源逆变后向厂区电网并网供电，就必须使逆变器的输出电压波形、幅值及相位与公共电网一致，实现无扰动平滑电网供电。
（5）逆变器输入直流电压的范围：
要求直流输入电压有较宽的适应范围，由于太阳能电池的端电压随负载和日照强度的变化范围比较大，这就要求逆变器在较大的直流输入电压范围内正常工作，并保证交流输出电压稳定。
（6）光伏发电系统作为分散供电电源，当电网由于电气故障、误操作或自然因素等外部原因引起中断供电时，为防止损坏用电设备以及确保电网维修人员的安全，系统必须具有孤岛保护的能力。
（7）另外应具有显示功能；通讯接口；监控功能；宽直流输入电压范围和完善的保护功能等。
该项目并网逆变器采用合肥**电源生产的SG20KTL。
4.2.2.2SG20KTL并网逆变器技术参数
（1）主要性能描述
并网逆变器是光伏并网发电系统的重要设备之一。
太阳电池组件把太阳能转化为直流电能，经并网逆变器转变为与交流电网同频率、同相位的正弦波电流，馈入电网实现并网发电功能。
合肥**电源生产的SG系列并网逆变器采用了美国TI公司32位DSP控制芯片，主电路采用了国际先进的功率模块，运用电流控制型PWM有源逆变技术，可靠性高，保护功能齐全，并具有电网侧高功率因数正弦波电流、无谐波污染供电等技术特点。
SG系列并网逆变器的技术性能及特点如下：
采用32位DSP数字信号处理器作为控制CPU，运用带模糊控制的SPWM调制策略，经过优化的最大功率点跟踪技术可以保证高效的输出；
自主研发的无差拍电流控制技术，最大程度保证输送到电网的电能质量；
对于三相电源采用新型智能矢量控制技术，可以抑制三相不平衡对系统的影响，并同时提高直流电压利用率，拓展了系统的直流电压输入范围；
采用国际先进的功率模块，有效地降低了开关损耗与导通损耗，提高系统的效率；
按照IEEE1547、UL1741等国际标准要求进行产品设计，具有先进的孤岛效应检测方案、完善的保护功能和监控功能，可提供RS485、Ethernet、GPRS多种通讯方式；
对逆变器的技术参数进行特殊的设计，适应中国电网波动较大的特点；
优化的工艺结构和电路设计，减少了的系统的构成元件，降低了系统的成本，提高了系统的散热效率，增强了系统的稳定性；
系统的电路与控制算法使用国际权威仿真软件（SABER,PSPICE,MATLAB）进行过严格的仿真和计算，所有的参数均为多次优化设计的结果，整机经过实验室和现场多种环境（不同湿度，温度）的严酷测试，并根据测试结果对系统进行二次优化，以达到最优的性能表现。
并网逆变器具有中国权威检测机构——电力科学研究院出具的检测报告，以及德国TUV认证证书和意大利DK5940入网证书，具有金太阳认证和CE认证资质部门出具的CE证书。
详细技术参数如下：
4.2.3电缆及桥架
1）直流电缆包括
◆光伏组件——直流配电柜
◆直流配电柜——并网逆变器
2）直流电缆的选择
◆电缆的线径，一般要求损耗小于2%
◆耐压1KV、单芯电缆
◆耐高温、阻燃
3）直流电缆使用情况
组件与组件之间采用4平单芯多股光伏专用电缆，电缆性能符合GB/T18950-2003性能测试的要求。
直流侧的电缆连接需采用MC4接头（工业防水）快速插件来与光伏组件连接。
4）交流侧需要考虑敷设的形式和安全来选择，采用多股铜芯耐火阻燃电缆；
5）配线线槽的布置应美观，与建筑结构协调一致，布线应隐蔽。
配电线槽采用热镀锌钢板材料并作等电位接地；太阳能电池组件与线槽部分防雷需与整个建筑防雷接地结合考虑。
4.3光伏电池组件布置方案
4.2.1设计原则
a.太阳能电池排列布置需要考虑地形，地貌的因素，设计包括阵列倾角设计，方位角设计，阵列间距设计。
b.尽量保证南北向每一列组件在同一条轴线上，使太阳电池组件布置整齐，规范，美观，接受太阳能幅照的效果最好，屋面利用更紧凑节约。
c.每两列组件之间的间距设置必须保证在太阳高度角最低的冬至日时，所有组件仍有6小时以上的日照时间。
4.2.2安装方式设计
小区屋面为钢筋混凝土屋面，屋面平坦开阔。
固定光伏组件方阵的支架采用镀锌C型钢，阵列安装基础采用混凝土基础，组件与屋顶之间留出30厘米高的空间，以利于通风，降低组件工作时的温度。
光伏安装支架的重量一般为2.5～3.5kg/m2，加上光伏组件重量，不超过20kg/m2，不会影响原屋顶的承重能力。
20°倾角倾斜安装时，为保证在9:
00～15:
00时段内前排电池板不会对后排产生影响。
4.4接入电网方案
接入电网框图如下图：
（1）分布式光伏发电系统每台逆变器的交流输出接入交流配电柜，经交流断路器接入0.4KV电网，具有开断故障电流能力。
（2）光伏并网系统可对电网和太阳能电池的输出情况进行实时监测，对周围环境做出准确判断，完成相应动作，如对电网的投、切控制，系统的启动、运行、休眠、停止、故障等状态检测，以确保系统安全、可靠的工作。
详细说明见4.2.4所述。
（3）监控系统可以时实读取逆变器的测量数据（Vpv、Ipv、Ppv、Vac、Iac、Pac、），并上传至电网调度部门。
（4）该分布式光伏发电系统用三相逆变器接入380V配电网。
分布式光伏发电系统
4.5系统防雷
（1）直击雷防护
由于安装于室外的光伏阵列周围无高的建筑物，因此光伏阵列考虑了直击雷防护。
直击雷防护按照二类建筑防护设计，根据滚球法计算，将结合每个区域光伏阵列光伏组件支架安装避雷针阵，避雷针与钢结构避雷带良好导通，保证接地电阻小于10欧姆。
（2）接地设计
良好的接地是防雷保护的重要保证，光伏阵列的钢结构采用焊接的方式连接，其他各部分架体采用螺栓连接，很好的保证了光伏支架与钢支座的良好连接。
在金属线槽施工安装时，需要将相邻两根金属线槽用编织铜带进行连接，以保证每根金属线槽都良好接地，防止线槽内的电缆产生感应过电压。
包括直流汇线箱、并网逆变器和交流控制柜在内的所有设备，均良好接地。
（3）雷电波侵入防护
直流侧在每台并网逆变器的直流输入侧均安装有性能良好的防雷装置，当过电压由室外进入逆变器时，防雷装置将对地放电。
交流侧将在交流控制柜的交流输出侧设置B+C级的电涌保护器，然后并入电网。
这一系列的措施保证了太阳能发电系统的过电压不会影响到电网，同时也避免了电网的操作过电压影响到太阳能发电系统。
五、效益分析
5.1、经济效益分析
1）该项目总投资约33万元
2）、电站25年寿命期内平均电价按1元/kWh计算（考虑用户侧电价上涨因素），按照国家相关政策分布式光伏发电可获得0.45元/kWh的电价补贴，故本项目的发电收益为1.42元/kWh。
3）、年平均发电收益及系统寿命期发电收益
该项目25年寿命周期内，年均发电量2万kWh，寿命期内累计产生电能50万千瓦时。
电价按1.42元/kWh计算，年平均发电收收益为2.84万元，系统寿命期发电收益为71万元。
预计12年回收成本。
5.2、环境效益分析
该20KWp光伏电站建成后，预计寿命期内（25年）总发电量为50万kWh，按照目前中国火电厂的煤耗，25年可节省标准煤约167吨。
按照国家标准，燃烧一吨煤平均排放二氧化碳2.6吨，排放二氧化硫0.02吨，排放粉尘0.012吨，排放
0.0075吨。
照此计算，本项目25年可减少排放二氧化碳434吨，排放二氧化硫3.3吨，排放粉尘2吨，排放
1.25吨
5.3项目推广前景分析
（1）科技示范意义
项目建成后，将成为**为数不多的分布式光伏发电项目。
在项目运行中所获得的各项资料不仅会为以后**市分布式光伏电站项目的建设提供技术资料和运行参数。
（2）教育意义
项目可实时采集系统的实际运行情况，能够展示项目的当前发电功率,日发电量累计,月发电量累计,年发电量累计,总发电量累计,累计CO2减排等参数，让人们参与到节能减排的活动中来。
同时，项目的实施不仅能够有利于规范大楼工作人员的能耗消费行为，充分体现了可再生能源的窗口和宣传教育基地的作用。
（3）社会意义
太阳能光伏发电的能量来源于取之不尽，用之不竭的太阳能，且在太阳能光伏发电的过程中，不会给空气带来污染，不破坏生态，是一种清洁安全的能源，同时又具有在自然界不断生成、并有规律得到补充的特点，所以称得上可再生的清洁能源。
由于不排放二氧化碳，所以对解决全球气候变暖问题有着非常好效果，同时对解决无电地区用电和缓解电网的压力有着很好的作用。
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