华润高科1008kW屋顶分布式光伏项目初步设计说明.docx
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华润高科1008kW屋顶分布式光伏项目初步设计说明
北京华润高科天然药物有限公司1008kWp分布式光伏项目
初步设计说明
保定中泰新能源科技有限公司
2018年3月
一、综合说明
1.1概述
1.1.1项目背景
作为世界上最大的发展中国家，中国是一个能源生产和消费大国。
能源生产量仅次于美国和俄罗斯，居世界第三位；基本能源消费占世界总消费量的l/10，仅次于美国，居世界第二位。
中国又是一个以煤炭为主要能源的国家，发展经济与环境污染的矛盾比较突出。
近年来能源安全问题也日益成为国家生活乃至全社会关注的焦点，日益成为中国战略安全的隐患和制约经济社会可持续发展的瓶颈。
上个世纪90年代以来，中国经济的持续高速发展带动了能源消费量的急剧上升。
自1993年起，中国由能源净出口国变成净进口国，能源总消费已大于总供给，能源需求的对外依存度迅速增大。
煤炭、电力、石油和天然气等能源在中国都存在缺口，其中，石油需求量的大增以及由其引起的结构性矛盾日益成为中国能源安全所面临的最大难题。
2012年夏季，我国电力面临的形势与往年相比更为严峻和复杂，电力缺口总量非常巨大。
年初以来，受经济较快增长、部分受限高耗能企业产能释放等因素影响，全国电力需求持续增长。
2012年1～4月份，国家电网发授电量累计完成11,781.7亿千瓦时，同比增长12.25%，4个省级电网用电量增长超过20%，11个省级电网用电负荷创历史新高。
推进分布式光伏发电，解决用电难问题迫在眉睫，光伏发电的利用，能补给当地能源需求，缓解供电压力，相当于节省相同数量电能所需要的矿物燃料，这样可以减少开发一次能源如煤、石油、天然气的数量，同时节省大量的水资源，有利保护当地的生态环境。
当前北京市能源消费主要依靠化石能源，新能源利用率不高。
常规能源的大量消费是造成北京市二氧化硫、氮氧化物和氨氮等污染物排放的主要原因。
随着经济的发展、城市的建设、工业化率不断提高，北京市仍将面临巨大的改善环境质量与污染物持续减排的压力。
因此，利用北京华润高科天然药物有限公司1008kWp分布式光伏项目，建设分布式光伏发电电站，推进建设新能源示范城市建设，减少化石能源使用，提高新能源应用比例，是北京市优化能源结构、保护生态环境、推动减排目标的重要措施。
1.1.2地理位置
北京位于东经115.7°—117.4°，北纬39.4°—41.6°，中心位于北纬39°54′20″，东经116°25′29″，总面积16410.54平方千米。
位于华北平原北部，毗邻渤海湾，上靠辽东半岛，下临山东半岛。
北京与天津相邻，并与天津一起被河北省环绕。
本项目建设选址位于延庆区工业开发区北京华润高科天然药物有限公司（以下简称“华润高科”）原为北京第四制药厂延庆药厂。
地理坐标：
北纬40°26′41″；东经115°59′08″。
本项目由北京润能能源服务有限公司利用厂房闲置屋顶安装分布式光伏发电装置。
公司占地面积59860平方米，建筑面积23009平方米。
总安装容量约为1008kWp，采用“自发自用，余电上网”并网模式，并网电压等级380V，项目接至厂区内10kV/0.4kV变压器的400V输出端母排。
以水泥墩、支架形式与屋顶紧密结合,屋面荷载均满足安装设计要求。
图1-1北京华润高科天然药物有限公司1008kWp分布式光伏项目
1.2太阳能资源
北京华润高科天然药物有限公司1008kWp分布式光伏项目位于北京华润高科天然药物有限公司厂房屋顶。
北京市的气候为典型的北温带半湿润大陆性季风气候，夏季高温多雨，冬季寒冷干燥，春、秋短促。
全年无霜期180～200天，西部山区较短。
2007年平均降雨量483.9毫米，为华北地区降雨最多的地区之一。
降水季节分配很不均匀，全年降水的80%集中在夏季6、7、8三个月，7、8月有大雨。
延庆区属大陆性季风气候，属温带与中温带、半干旱与半湿润带的过渡连带。
气候冬冷夏凉，年平均气温8℃。
最热月份气温比承德低0.8℃，是著名的避暑胜地。
拥有105平方公里的地热带，具有丰富的浅层地热资源。
年日照2800小时，是北京市太阳能资源最丰富的地区。
延庆官厅风口70米高平均风速7米/秒以上，风力资源占全市的70%。
夏季正当雨季，日照时数减少，月日照在230小时左右；秋季日照时数虽没有春季多，但比夏季要多，月日照230～245小时；冬季是一年中日照时数最少季节，月日照不足200小时，一般在170～190小时。
根据中国气象局风能太阳能资源评估中心通过对全国地面太阳能辐射和气象影响因子的综合分析，从绘制出的“太阳能资源区域分布等级图”可以看出，北京市平均年总辐射在5529.6MJ/m2以上，太阳能资源尚可，具备建设光伏发电站的条件。
1.3工程地质
1.3.1工程地质
延庆区北东南三面环山，西临官厅水库的延庆八达岭长城小盆地，即延怀盆地，延庆位于盆地东部，全境平均海拔500米左右。
海坨山为境内最高峰，海拔2241米，也是北京市第二高峰。
场地稳定，适宜建筑。
根据《建筑抗震设计规范》（GB50011-2001）附录A的规定，北京市抗震设防烈度为8度，设计基本地震加速度值为0.2g（第二组）。
因本项目主要建设在已有建筑物上，建筑物在设计建造时，已经充分考虑了地质结构问题，在本项目上就不深入勘察地质情况。
1.3.2建筑屋顶情况
本项目在北京华润高科天然药物有限公司约23009平方米的厂房屋顶进行光伏组件阵列排布安装，屋顶结构为混凝土预制板及钢结构，屋顶情况较好，非常适合安装光伏组件。
1.4工程任务和规模
北京华润高科天然药物有限公司1008kWp分布式光伏发电电站场区太阳能资源丰富，对外交通便利，并网条件好，开发建设条件优越，是建设太阳能光伏发电站适宜的站址，同时本工程的开发建设是贯彻社会经济可持续发展要求的具体体现，符合国家能源政策的战略方向，可减少化石资源的消耗，减少因燃煤等排放有害气体对环境的污染，对于促进地方经济快速发展将起到积极作用，因此，开发本工程是必要的。
本工程任务以发电自发自用为主，规划安装总容量为1008KWp，拟安装3520块标准功率为290Wp的单晶硅光伏组件，实际安装容量为1020.8KWp。
光伏系统中所使用的主要电力和电气设备包括：
光伏组件、交流配电柜、光伏逆变器、计量装置、通讯设备等设施；主要使用的材料有光伏组件支架、交直流电力电缆、电缆桥架等。
1.5光伏系统总体方案设计及发电量计算
本项目利用北京华润高科天然药物有限公司厂房屋顶进行组件排布安装，安装容量1008kWp，采用“自用自用，余电上网”的并网模式，并网电压等级380V。
屋顶平整局部遮挡较少，需配置多路MPPT逆变器，且因此建议采用组串式解决方案。
本项目光伏电站装机容量为1008Wp（实际装机容量1020.8kWp），总计安装3520块290Wp单晶硅组件。
电站采用组串式逆变器解决法案，采用60kW组串式逆变器，光伏子系统逆变器把光伏直流电逆变成低压三相交流电后，经配电柜接至厂区内10kV/0.4kV变压器的400V输出端母排。
北京华润高科天然药物有限公司屋顶为混凝土预制板屋面及钢结构屋面。
经过计算，预计电站运营期内平均年发电量为110.7万kWh，年均等效满负荷利用小时1085.3h。
光伏发电系统拟采用自发自用余电上网的并网模式，并网电压为380V，所发电量先供自用再输送至公共电网。
1.6工程特性表
表1-1河北清苑国家粮食储存库4MW屋顶分布式光伏项目特性表
一、光伏发电工程站址概况
项目
单位
数量
备注
装机容量
KWp
1008
利用屋顶面积
m²
23009
海拔高度
m
500
经度（北纬）
°
40.43
纬度（东经）
°
115.98
工程代表年太阳总辐射量
MJ/m²
5529.6
工程代表日照小时数
h
1536
二、主要气象要素
项目
单位
数量
备注
多年平均气温
℃
8
多年极端最高气温
℃
43
多年极端最低气温
℃
-20
多年最大冻土深度
m
58
多年最大积雪厚度
cm
22
多年平均风速
m/s
7
多年极大风速
m/s
--
多年平均沙尘暴日数
日
--
多年平均雷暴日数
日
--
三、主要设备
编号
名称
单位
数量
备注
1光伏组件（型号：
290W）
1.1
峰值功率
Wp
290
1.2
开路电压（Voc）
V
39.9
1.3
短路电流（Isc）
A
9.45
1.4
峰值电压（Vmppt）
V
31.9
1.5
峰值电流（Imppt）
A
9.08
1.6
开路电压温度系数
%/K
-0.42
1.7
短路电流温度系数
%/K
0.05
1.8
功率误差范围
%
0%~+2%
1.9
最大系统电压
V
1000
1.10
接线盒类型
IP67
1.11
电池组件效率
%
17.7
1.12
尺寸
mm
1650*992*35
1.13
重量
kg
18.5
1.14
10年功率衰降
%
9%
1.15
25年功率衰降
%
20%
1.16
组件数量
块
3520
1.17
向日跟踪方式
固定式安装
2逆变器（型号：
60kW）
名称
相关参数
功率
最大功率
98.6%
视在功率
>98.3%
输
入
输入形式
电缆输入
额定直流输入功率
60kW
最大直流连续输入功率
66kW
最大输入电压（V）
DC1000V
最大输入电流（A）
132A
输
出
额定输出功率（kW）
60kW
最大视在输出功率（kW）
66kW
额定输出电压（V）
220V/380V，230V/400V，默认3W+N+PE，可选设置3W+PE
最大输出电流（A）
91.2A
保
护
功
能
过载保护（有/无）
有
输入直流开关（有/无）
有
反孤岛保护（有/无）
有
输出过流保护（有/无）
有
输入反接保护（有/无）
有
组串故障检测（有/无）
有
直流浪涌保护（有/无）
有
交流浪涌保护（有/无）
有
绝缘阻抗检测（有/无）
有
RCD检测（有/无）
有
通
讯
具有最大功率点跟踪
有
通讯接口
RS485
USB
有
防护类型/防护等级
IP65
散热方式
自然对流
重量
73kg
机械尺寸（宽×高×深）
1075x555x300mm
二、太阳能资源
2.1区域太阳能资源概况
地球上太阳能资源的分布与各地的纬度、海拔高度、地理状况和气候条件有关。
资源丰度一般以全年总辐射量和全年日照总时数表示。
我国幅员辽阔，拥有独特的地理环境，从全国来看，我国是太阳能资源丰富的国家，全国总面积2/3以上地区年日照时数大于2,000h，具有发展太阳能得天独厚的优越条件。
图2-1是中国气象局发布的1991～2007年我国年平均总辐射量的空间分布图。
图2-11991～2007年我国年平均总辐射量空间分布图
根据全年太阳总辐射量的大小，可将中国划分为4个太阳能资源丰富程度等级，如表2-1。
表2-1太阳能资源丰富程度等级表
等级
资源带号
年总辐射量
（MJ/m2）
年总辐射量
（kWh/m2）
平均日辐射量
（kWh/m2）
最丰富
I
≥6300
≥1750
≥4.8
很丰富
II
5040–6300
1400–1750
3.8–4.8
较丰富
III
3780–5040
1050–1400
2.9–3.8
一般
IV
<3780
<1050
<2.9
1、太阳能资源最丰富区域：
地区年平均太阳总辐射量达6,300MJ/m2以上，相当于1,750kWh/m2以上。
这一地区主要为青海西部和西藏西部等地，尤以西藏西部最为丰富。
2、太阳能资源很丰富区域：
地区年平均太阳总辐射量为5,040～6,300MJ/m2，相当于1,400～1,750kWh/m2。
这一地区主要包括青海东部、西藏东部、新疆南部、宁夏、甘肃北部、内蒙古西部、云南西部等地。
3、太阳能资源较丰富区域：
地区年平均太阳总辐射量为3,780～5,040MJ/m2，相当于1,050～1,400kWh/m2。
这一地区主要包括新疆北部、内蒙古东部、山东、山西、河南、河北、黑龙江、吉林、辽宁、陕西、甘肃东南部、湖南、湖北、安徽、广东、广西、福建、浙江、江苏、云南东部、海南、台湾等地区。
4、太阳能资源一般区域：
地区年平均太阳总辐射量小于3,780MJ/m2，即小于1,167kWh/m2。
这类地区位于四川、贵州两省，是我国太阳能资源最少的地区。
2.2太阳能资源评估分析
延庆区属大陆性季风气候，属温带与中温带、半干旱与半湿润带的过渡连带。
气候冬冷夏凉，年平均气温8℃。
最热月份气温比承德低0.8℃，是著名的避暑胜地。
拥有105平方公里的地热带，具有丰富的浅层地热资源。
年日照2800小时，是北京市太阳能资源最丰富的地区。
延庆官厅风口70米高平均风速7米/秒以上，风力资源占全市的70%。
夏季高温多雨，冬季寒冷干燥，春、秋短促。
全年无霜期180～200天，西部山区较短。
2007年平均降雨量483.9毫米，为华北地区降雨最多的地区之一。
降水季节分配很不均匀，全年降水的80%集中在夏季6、7、8三个月，7、8月有大雨。
日照条件较为充足，太阳能资源比较丰富，属我国太阳能资源二类区域，比较适合建设太阳能光伏发电项目。
本项目利用meteonorm模拟获取项目所在地太阳辐射。
本地区辐照数据如下图所示。
图2-3保定地区气象资料
2.3太阳能资源评估成果
结论：
通过以上资源数据的模拟分析，该地太阳能资源为较丰富地区，比较适合做分布式光伏发电项目。
由于NASA数据为太空数据，所以一般情况要比地面实际数据偏高。
而meteonorm数据来源于国内分布各地的气象站数据，并根据项目地的具体地理位置通过数学模型推算得出。
因此meteonorm模拟数据更贴近于实际光照数据。
所以我们这里技术分析采纳meteonorm数据，倾斜安装年可利用小时数1536小时。
2.4气象条件影响分析
1、环境温度条件分析
本工程选用逆变器的工作环境温度范围为-25~60℃，选用电池组件的工作温度范围为-40~85℃。
正常情况下，太阳电池组件的实际工作温度可保持在环境温度加30℃的水平。
根据北京气象站的多年实测气象资料，本工程场址区的多年平均气温8℃，多年极端最高气温43℃，多年极端最低气温约-20℃。
因此，按本工程场区极端气温数据校核，本项目太阳电池组件的工作温度可控制在允许范围内。
本项目逆变器布置在室外，其工作温度也可控制在允许范围内。
故场址区气温条件对太阳能电池组件及逆变器的安全性没有影响。
2、最大风速影响分析
本工程位于屋面，场址四周无遮挡，场址区多年平均风速为7m/s，太阳能电池组件迎风面积较大，组件支架设计必须考虑风荷载的影响。
并以太阳电池组件支架及基础等的抗风能力在25m/s风速下不损坏为基本原则。
3、积雪影响分析
太阳能电池板最低点距地面距离H的选取主要考虑以下因素：
a.高于当地最大积雪深度；
b.防止动物破坏；
c.防止泥和沙溅上太阳能电池板；
d.使得倾斜面上能接受到最大的日照辐射量
本次设计H暂取为2.2m；
故场址区最大积雪对太阳能电池板的安全性没有影响。
三、光伏系统总体方案设计及发电量计算
3.1太阳电池组件选择及运行方式设计
3.1.1太阳电池组件选择
（1）关于晶体硅和非晶硅太阳电池组件选择
目前，全球光伏产业中晶体硅太阳电池的生产及应用技术是最为成熟的。
在未来若干年内，光伏发电仍将以晶体硅太阳电池组件为主。
晶体硅太阳电池组件包括单晶硅和多晶硅太阳电池组件，其中单晶硅太阳电池组件转换效率可达16%～20%，多晶硅太阳电池组件效率可达14%～16%。
目前硅太阳电池是全球市场的主流技术，在大规模应用和工业生产中占主导地位。
非晶硅太阳电池的优点在于其弱光效应好，所需的硅薄膜厚度小，生产技术成熟，可以制作大面积太阳电池。
其主要缺点是转换效率低（6%～8%），在同样的光照面积下非晶硅薄膜光伏组件的发电功率只有晶体硅光伏组件的一半左右，此外，非晶硅薄膜组件还存在明显的光致衰减现象。
非晶硅薄膜组件主要用于功率小的电子产品市场和光伏建筑一体化项目中。
（2）单晶硅与多晶硅太阳电池组件之间对比选型
单晶硅太阳电池组件转换效率高，其稳定性好，同等容量太阳电池组件所占面积小，但是成本较高。
商业化单晶硅太阳电池组件转换效率可达16%～20%。
多晶硅太阳电池组件生产效率高，转换效率略低于单晶硅，商业化多晶硅组件的转换效率在14%～16%，但成本较低。
上述两种组件的使用寿命均能达到25年，组件在使用运行25年内功率衰减均小于20%。
综合以上分析，结合本项目示范电站的要求，拟采用多晶硅太阳电池组件。
（3）组件峰值功率选择
晶体硅光伏组件全光照面积的光电转换效率（以含组件边框面积计算转换效率）不低于15.5%。
峰值功率相同的光伏发电系统，效率高的组件占地面积小，所以本项目拟采用峰值功率为270Wp转换效率为15.9%的多晶硅太阳电池组件。
（4）组件参数
本项目拟采用多晶硅太阳电池组件，该组件具有如下特点：
a）组件通过了TUV和UL检测机构认证，其在极端（温度、载荷、撞击）条件下仍具备良好性能；
b）权威第三方测试验证的良好弱光性能；
c）单晶硅组件25年内组件实际输出功率不低于标称功率的80%。
本项目拟采用单晶硅组件的主要性能参数如表3-1所示。
表3-1单晶硅组件的主要性能参数
光伏组件型号
技术参数
单位
数据
备注
峰值功率
Wp
290
在AM1.5、1000Wp/m2的辐照度、25℃的电池温度下的峰值参数
开路电压（Voc）
V
39.9
短路电流（Isc）
A
9.45
峰值电压（Vmppt）
V
31.9
峰值电流（Imppt）
A
9.08
开路电压温度系数
%/K
-0.42
短路电流温度系数
%/K
0.05
功率误差范围
%
0%~+2%
最大系统电压
V
1000
接线盒类型
IP67
电池组件效率
%
17.7
尺寸
mm
1650*992*35
重量
kg
18.5
10年功率衰降
%
9%
25年功率衰降
%
20%
组件数量
块
3520
3.1.2太阳电池组件运行方式设计
（1）光伏方阵运行方式概述
光伏方阵的运行方式有简单的固定式、倾角季度调节式和自动跟踪式三种类型。
自动跟踪式又可分为“单轴跟踪”、“双轴跟踪”两种类型。
固定式：
光伏方阵固定安装在支架上，一般朝正南方向放置，且有一定的倾角。
倾角可根据当地辐射和地理位置进行优化选择。
（2）光伏方阵运行方式分析
倾角季度调节式在大型光伏电站使用较少。
倾角季度调节式与倾角设为最优的固定式相比，年总发电量提高5%左右，考虑其造价的增加以及人力成本的增加，该运行方式不适合本项目。
固定式与自动跟踪式各有优缺点：
固定式初始投资较低、且基本免维护；自动跟踪式初始投资稍高、需要一定的维护，但年发电量较倾角最优固定式相比有较大的提高。
固定式和常见的几种跟踪系统的发电量比对见下图：
图3-1不同跟踪方式发电量对比
表3-2不同跟踪方式对比
项目
发电量提高
成本提高
占地面积
支架故障维护量
固定式
1
1
1
基本没有
水平单轴
1.1~1.2
1.05
1
少量
斜单轴
（倾纬度角）
1.2~1.3
1.15
2
较多
双轴跟踪
1.3~1.4
1.2
2-3
较多
根据上图我们可以看出，跟踪系统发电量提高很明显，尤其是双轴跟踪系统，发电量提高比较明显，但其成本、占地面积提高不少，支架故障维护率也较高。
在综合考虑跟踪系统成本和占地费用较高，而发电量和电价销售收入相对较少的情况。
（3）光伏组串接线方式
光伏组件采用20块连接为一个组串，然后11个组串接入1台组串式逆变器，光伏组件之间采用组件自带的连接线，光伏组串至逆变器采用4平方光伏专用电缆。
本项目推荐使用固定式方案。
采用固定式光伏发电方阵布置方式，具有电池板布局整齐美观，站区分区明确，设备编号和管理方便，运行和检修吹扫方便等优点。
由于本工程建设规模较大，单个光伏发电单元故障或检修对整个光伏电站的运行影响较小。
此方案具有降低工程造价、便于运行管理等优点。
3.2集中式逆变器的选择
3.2.1逆变器选型
1）并网光伏逆变器选型的技术原则
并网逆变器是光伏发电系统中的关键设备，对于光伏系统的转换效率和可靠性具有举足轻重的地位。
逆变器选型的主要技术原则如下：
（1）性能可靠，效率高
光伏发电系统目前的发电成本较高，如果在发电过程中逆变器自身消耗能量过多或逆变实效，必然导致总发电量的损失和系统经济性下降，因此要求逆变器可靠、效率高，并能根据太阳电池组件当前的运行状况输出最大功率（MPPT）。
（2）要求直流输入电压有较宽的适应范围
由于太阳电池的端电压随负载和日照强度而变化，这就要求逆变电源必须在较大的直流输入电压范围内保证正常工作，并保证交流输出电压稳定。
（3）具有保护功能
并网逆变器还应具有交流过压、欠压保护，超频、欠频保护，高温保护，交流及直流的过流保护，直流过压保护，防孤岛保护等保护功能。
（4）波形畸变小，功率因数高
当大型光伏发电系统并网运行时，为避免对公共电网的电力污染，要求逆变电源输出正弦波，电流波形必须与外电网一致，波形畸变小于5%，高次谐波含量小于3%，功率因数接近于1。
（5）监控和数据采集
逆变器应有多种通讯接口进行数据采集并发送到远控室，其控制器还应有模拟输入端口与外部传感器相连，测量日照和温度等数据，便于整个电站数据处理分析。
3.3.2并网逆变器常用技术结构
光伏并网发电系统使用的逆变器结构大体分为几类：
（1）集中逆变器
在光伏发电站系统中，很多并行的光伏组串连接到同一台集中逆变器的直流输入侧，如图4.4.2-1所示。
这类逆变器的最大特点是效率高，成本低。
图3.3.2-1集中逆变器接线
大型集中逆变器（单机500kW、750kW、1MW）可直接通过一台中压变压器与中压电网（10kV或10kV）连接，省去低压变压器，减少逆变器输出交流侧电缆损耗，提高发电效率。
（2）组串逆变器
如图4.4.2-2所示，太阳电池组件被连接成几个相互平行的串，每个串都连接单独的一台逆变器，即成为“组串逆变器”。
每个组串并网逆变器具有独立的最大功率跟踪单元，从而减少了太阳电池组件最佳工作点与逆变器不匹配的现象和阳光阴影带来的损失，增加了发电量。
根据光伏电池组件的不同，组串逆变器的最大功率一般在数千瓦级以内。
图3.3.2-2组串逆变器接线
（3）组件逆变器
每个太阳能太阳电池组件连接一台逆变器。
使用组件逆变器的光伏发电站的特点是每个太阳电池组件都有一个独立的最大功率跟踪系统，增加了逆变器对太阳电池组件的匹配性。
这
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