分布式光伏电站运作方案.docx
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分布式光伏电站运作方案
河北林杰新能源科技有限公司
分布式电站运作方案
什么是光伏发电
光伏发电是指利用太阳能把太阳辐射能直接转变成电能的发电方式。
分布式光伏发电，是指在用户所在场地附近建设，运行方式以用户侧自发自用为主，多余电量上网，且在配电系统平衡调节为特征的光伏发电设施。
光伏发电的基本原理是利用物理学光生伏特效应直接将太阳能转变为电能。
阳光照射在太阳能电池表面时，产生光生电子-空穴对。
在电池内建电场作用下，光生电子和空穴被分离，电池两端分别出现正负电荷的积累。
光伏发电是利用半导体界面的光生伏特效应而将光能直接转变为电能的一种技术。
主要由太阳电池板（组件）、控制器和逆变器三大部分组成，主要部件由电子元器件构成。
太阳能电池经过串联后进行封装保护可形成大面积的太阳电池组件，再配合上功率控制器等部件就形成了光伏发电装置。
光伏发电的主要原理是半导体的光电效应。
光子照射到金属上时，它的能量可以被金属中某个电子全部吸收，电子吸收的能量足够大，能克服金属内部引力做功，离开金属表面逃逸出来，成为光电子。
硅原子有4个外层电子，如果在纯硅中掺入有5个外层电子的原子如磷原子，就成为N型半导体；若在纯硅中掺入有3个外层电子的原子如硼原子，形成P型半导体。
当P型和N型结合在一起时，接触面就会形成电势差，成为太阳能电池。
当太阳光照射到P－N结后，空穴由P极区往N极区移动，电子由N极区向P极区移动，形成电流。
光电效应就是光照使不均匀半导体或半导体与金属结合的不同部位之间产生电位差的现象。
它首先是由光子（光波）转化为电子、光能量转化为电能量的过程；其次，是形成电压过程。
多晶硅经过铸锭、破锭、切片等程序后，制作成待加工的硅片。
在硅片上掺杂和扩散微量的硼、磷等，就形
成P－N结。
然后采用丝网印刷，将精配好的银浆印在硅片上做成栅线，经过烧结，同时制成背电极，并在有栅线的面涂一层防反射涂层，电池片就至此制成。
电池片排列组合成电池组件，就组成了大的电路板。
一般在组件四周包铝框，正面覆盖玻璃，反面安装电极。
有了电池组件和其他辅助设备，就可以组成发电系统。
为了将直流电转化交流电，需要安装电流转换器。
发电后可用蓄电池存储，也可输入公共电网。
发电系统成本中，电池组件约占50%，电流转换器、安装费、其他辅助部件以及其他费用占另外50%。
光伏发电原理图
分布式光伏发电介绍
光伏发电是指利用太阳能光伏电池把太阳辐射能直接转变成电能的发电方式。
分布式光伏发电，是指在用户所在场地附近建设，运行方式以用户侧自发自用为主、多余电量上网，且在配电系统平衡调节为特征的光伏发电设施。
分布式光伏发电遵循因地制宜、清洁高效、分散布局、就近利用原则，充分利用当地太阳能资源，替代和减少石能源消费。
分布式光伏发电适用场合
可安装在任何有阳光照射的地方，主要分为两大类：
1、全国各类建筑和公共设施上，形成分布式建筑光伏发电系统。
2、偏远农牧区、海岛等少电无电地区，形成离网型分布式光伏发电系统或微电网。
具体地点如工业厂房、商业建筑、农业设施、市政公共建筑、民用建筑等满足荷载要求的混凝土、彩钢板和瓦片式屋顶以及边远农牧区、海岛等少电无电地区。
分布式光伏并网发电原理分布式光伏并网发电是有光伏组件方阵、汇流箱、并网逆变器等组成，不经过蓄电池储能通过并网逆变器直接将电能输入公共电网。
储能系统发电原理
储能系统由光伏组件陈列，充电控制器，蓄电池组和逆变器等组成，光伏系统发的电能通过控制器充入蓄电池组然后再由蓄电池组逆变器逆变给负载供电。
主要适用于无电或电力资源匮乏地区。
安装条件----技术
彩钢板屋顶：
彩钢板版型适合安装光伏支架；
彩钢板屋面结构承重能力达到20KG/㎡。
如屋面不满足承载要求，对原建筑加固后再进行光伏组件安装；
房屋整体结构未发生严重影响建筑安全的变形；
屋面防水层未受到严重破坏，无漏雨情况，否则需先做防水。
瓦屋面屋顶：
瓦屋面瓦片需可揭开以便于在其下部固定支架系统，沥青瓦可直接打孔后补做防水；
瓦屋面结构承重能力达到40KG/㎡：
房屋整体结构未发生严重影响建筑安全的变形；
屋面优质采光面（南向、东向、西向）可利用面积铺设组件规模需满足光伏配套设备对光伏方阵的电性能最低要求。
地面电站：
朝向宜为南地势平坦的地区或北高南低的坡度地区。
远离不良地质区；
远离地势较高地区，远离内涝地段。
并网光伏系统装机容量原则上不宜超过并网点上级变压器容量的25%，光伏阵列距并网点不宜过远且应尽量远离粉尘，高温气体，腐蚀性气体，四周无高大树木，建筑物对其产生阴影遮挡。
（具体现场情况而定）
安装条件---商业
企业经营情况稳定，财务数据良好
企业房屋产权明确，屋顶使用权归企业自己所有
企业用电价格越贵，光伏发电系统所带来的收益就越高
企业白天用电量大，且全年用电量都比较稳定
根据政策要求简化分布式光伏网发电程序
分布式光伏并网发电申请材料
（单户居民380/220V电压接入电网）
1.申请人居民身份证原件及复印件
2.居民户口本、房产证复印件或房屋租赁合同等合法性支持文件
3.若占用公共房屋屋顶、需要提供其他业主、物业、居委会同意证明的书面文件
4.分布式发电项目接入申请表
（集体或单位380V及以上电压接入电网）
1.企业法人、经办人居民身份原件及复印件
2.法人委托书原件
3.企业法人营业执照、组织机构代码证、土地证、房产证原件及复印件等合法性支持文件
4.分布式发电项目接入申请表
5.项目备案文件
2.1系统设计方案综述
组件按最佳倾角铺设，使用水泥屋顶压块支架。
本分布式并网光伏发电系统使用全额上网模式，将系统设计成全年发电量均衡，以此设计组件阵列倾角等参数。
（1）根据当地的地理位置计算，组件安装倾角为34°。
（2）太阳能光伏系统必须安装在光照充足、无遮挡的地方。
太阳电池组件朝向正南，保证电池组件迎光面上全天没有任何遮挡物阴影。
当无法满足全天无遮挡时，要保证9：
00---15：
00间无遮挡。
（3）系统的太阳电池组件设计寿命25年。
（4）设计抗风能力为33m/s。
环境使用温度：
-20℃～60℃。
图2-1系统示意框图
2.1.1太阳能资源情况
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。
全球而言，美国西南部、非洲、澳大利亚、中国西藏、中东等地区为世界太阳能资源最丰富地区。
我国太阳能总辐射资源丰富，总体呈“高原大于平原、西部干燥区大于东部湿润区”的分布特点。
西藏、青海、新疆、内蒙古南部、山西、陕西北部、河北、山东、辽宁、吉林西部、云南中部和西南部、广东东南部、福建东南部、海南岛东部和西部以及台湾省的西南部等广大地区的太阳辐射总量很大。
尤其是青藏高原地区最大，年总辐射量超过1800kWh/㎡，部分地区甚至超过2000kWh/㎡。
那里平均海拔高度在4000m以上，大气层薄而清洁，透明度好，纬度低，日照时间长。
例如被人们称为“日光城”的拉萨市，1961年至1970年的平均值，年平均日照时间为3005.7小时，相对日照为68％，年平均晴天为108.5天，阴天为98.8天，年平均云量为4.8。
全国四川和贵州两省的太阳年辐射总量最小，其中尤以四川盆地为最，存在低于1000kWh/㎡的区域。
图2-2全国辐照量分布图
表2-3全国太阳辐射总量等级和区域分布表
名 称
年总量（MJ/㎡）
年总量（kWh/㎡）
年平均辐照度（W/㎡）
占国土面积（%）
主要地区
最丰富带
≥6300
≥1750
约≥200
约22.8
内蒙额济纳旗以西、甘肃酒泉以西、青海100oE以西大部分地区、西藏94oE以西大部分地区、新疆东部边缘地区、四川甘孜部分地区
很丰富带
5040～6300
1400～1750
约160～200
约44.0
新疆大部、内蒙额济纳旗以东大部、黑龙江西部、吉林西部、辽宁西部、河北大部、北京、天津、山东东部、山西大部、陕西北部、宁夏、甘肃酒泉以东大部、青海东部边缘、西藏94oE以东、四川中西部、云南大部、海南
较丰富带
3780～5040
1050～1400
约120～160
约29.8
内蒙50oN以北、黑龙江大部、吉林中东部、辽宁中东部、山东中西部、山西南部、陕西中南部、甘肃东部边缘、四川中部、云南东部边缘、贵州南部、湖南大部、湖北大部、广西、广东、福建、江西、浙江、安徽、江苏、河南
一般带
<3780
<1050
约<120
约3.3
四川东部、重庆大部、贵州中北部、湖北110oE以西、湖南西北部
图2-4全国日照时数分布图
XX地处中纬度地带，由于受太阳辐射、大气环流和地理环境的影响，属于暖温带半湿润季风型气候。
其特点是季风明显，四季分明，春季干旱少雨，夏季温热多雨，秋季凉爽干燥，冬季寒冷少雪。
年平均气温13.8℃，无霜期178天，气温最高42.5℃，最低气温零下19.7℃。
最高月均温27.2℃，最低月均温-3.2℃。
年平均降水量685毫米。
本地辐射量根据气象软件查询如下表，年辐射量4894MJ/m2。
表2-5本地太阳辐射量
2.1.2项目简介
1项目简介
此光伏并网发电系统采用分布式发电的设计方案，用户把组件装在自家的屋顶上，根据现场勘查可以安装组件20块，设计容量5KW。
采用一台并网逆变器接入220V单相交流电网，实现并网发电。
2组件选型
选用常见的晶硅组件，下面是一组多晶硅的性能参数：
根据系统的容量和逆变器大小，考虑到组件衰减等因素，可以选择260Wp20块适当超配，使逆变器输出功率更优异。
3支架选择
本次项目为斜面琉璃瓦屋顶，采用铝合金支架安装。
导轨支架安装方式
在安装过程中，务必要做好屋面的防水工作并且合理的布置线缆。
4逆变器的选择
项目为民用项目，并网点的电压为220V，选用单相机型。
具体根据组件的朝向、倾角是否一致选择不同的逆变器，选择方式如下：
本次5KW项目组件朝向一致，就可以选用GW5000-NS的逆变器。
5线缆的选择
6配电箱的配置
配电柜一般包含断路器（标号1）、熔断器（标号2）、浪涌保护器（标号3）、自复式过欠压保护器（标号4）、电表、刀闸开关（标号5）组成。
单项交流配电柜
断路器（空开）型号一般选择逆变器最大交流输出电流的1.25倍，5KW单相逆变器的最大电流为22.8A，故选择额定电流为32A的断路器。
熔断器（保险）是一种过电流保护器，当被保护电路的电流超过规定值，熔丝熔断使电路断开起到保护的作用，熔断器的选择跟断路器相同，选用32A的规格。
浪涌保护器（SPD）选用限压型SPD，具体规格为Uc：
420VImax：
20KAIn:
10KAUp≤1.8KV单相自复式过欠压保护器的工作范围为220V、50Hz过压保护Uvo=270V±5V欠压保护Uoe=170V±5V
有时计量电表也会直接安装在交流配电柜内。
7接地措施
地线是光伏系统正常运行的关键，在房屋附近土层较厚、潮湿的地点，挖一个深坑具体深度根据供电公司要求，埋入40*4mm扁钢或者φ10或者φ12的圆钢，添加降阻剂并引出地线，地线接到组件的支架上，同时组件边框也必须接到支架上，接地电阻应小于4Ω。
设计方案
详细配置清单
系统设计图
3、收益计算
5KW的系统全年发电量按照7300kwh来计算。
首年衰减为2.5%，25年末最低功率为80%。
收益计算
假设成本按照9元/W来算，整个光伏系统需花费4.5万元。
每度电的收益按照1.0元/度（国家度电补贴+省级和地方补贴+上网电价）得到下表的数据：
由上表可知：
5年半的时间可收回成本，25年总收益14万，除去成本，纯收益可达10万。
（由于各地区年发电量、系统成本和补贴有差异，最后计算收益数据仅供参考。
）
4、总结
本文通过对光伏系统组件、逆变器、线缆、配电柜电气设备选型的介绍，包括详细配置清单、整体的设计方案以及电站收益的分析，旨在让大家对5KW光伏系统的配置有一个清晰的认识。
本项目为光伏扶贫工程，计划利用本村大队部闲置屋顶建设分布式光伏电站，总装机容量5kW,发电消纳方式为自发自用，余电上网。
采用水泥配重支架的安装方式，在平屋顶或地面放置水泥基础，然后固定支架，光伏组件以35°倾角斜铺在支架上。
2.1.3设计依据
GB50797-2012《光伏发电站设计规范》
GB-Z19964-2005《光伏发电站接入电力系统技术规定》
GB/T19064-2003《家用太阳能光伏电源系统技术条件和试验方法》
GB/T12325-2008《电能质量供电电压允许偏差》
GB/T12326-2008《电能质量电压波动和闪变》
GB/T15543-2008《电能质量三相电压不平衡》
GB/T15945-2008《电能质量电力系统频率偏差》
GB/T18481-2001《电能质量暂时过电压和瞬态过电压》
GB/T14549《电能质量公用电网谐波》
GB4208-2008《外壳防护等级（IP代码）》
GB50016-2012《建筑设计防火规范》
GB50057-2010《建筑物防雷设计规范》
JGJ203-2010《民用建筑太阳能光伏系统应用技术规范》
JGJ/T264-2012《光伏建筑一体化系统运行与维护规范》
Q/GDW617-2011《光伏电站接入电网技术规定》
Q/GDW618-2011《光伏电站接入电网测试规程》
CGC/GF001:
2009《400V以下低压并网光伏发电专用逆变器技术要求和试验方法》
GB/T30152-2013《光伏发电系统接入配电网检测规程》
2.1.4光伏组件的布局
1、组件倾角计算
为使阳光垂直照射在太阳电池板上，在安装时太阳电池板与水平之间要有一个角度，通常称电池板与水平面的夹角为倾角，斜面上接收的太阳总辐射量达到最大时，成为最佳倾角。
表2-2全国主要城市的年平均日照时间及最佳安装倾角分布表
城市
纬度Φ
最佳倾角
年平均日照时间
城市
纬度Φ
最佳倾角
年平均日照时间
哈尔滨
45.68
Φ+3
4.4h
杭州
30.23
Φ+3
3.42h
长春
43.90
Φ+1
4.8h
南昌
28.67
Φ+2
3.81h
沈阳
41.77
Φ+1
4.6h
福州
26.08
Φ+4
3.46h
北京
39.8
Φ+4
5h
济南
36.68
Φ+6
4.44h
天津
39.10
Φ+5
4.65h
郑州
34.72
Φ+7
4.04h
呼和浩特
40.78
Φ+3
5.6h
武汉
30.63
Φ+7
3.80h
太原
37.78
Φ+5
4.8h
长沙
28.20
Φ+6
3.22h
乌鲁木齐
43.78
Φ+12
4.6h
广州
23.13
Φ-7
3.52h
西宁
36.75
Φ+1
5.5h
海口
20.03
Φ+12
3.75h
兰州
36.05
Φ+8
4.4h
南宁
22.82
Φ+5
3.54h
银川
38.48
Φ+2
5.5h
成都
30.67
Φ+2
2.87h
西安
34.30
Φ+14
3.6h
贵阳
26.58
Φ+8
2.84h
上海
31.17
Φ+3
3.8h
昆明
25.02
Φ-8
4.26h
南京
32.00
Φ+5
3.94h
拉萨
29.70
Φ-8
6.7h
合肥
31.85
Φ+9
3.69h
最佳倾角的选择，XX位于山东省聊城市，地理坐标东经115°16'至115°47'，北纬36°22′―36°42′，根据NASA以及软件计算，每月不同倾斜面上的太阳能辐射量，每个月对应一个最佳倾角，最佳倾角倾斜面上太阳能辐射量最大。
从全年看每月最佳倾角不同，夏季最小，冬季最大，经加权平均计算得出全年最佳倾角34°。
在光伏组件方阵安装设计中，严格杜绝如广告牌、户用电视天线杆、山墙、女儿墙等有可能造成遮阳或局部遮阳的安装位置。
为防止局部遮阳造成热板效应损坏组件，严格规避天线杆北部、带有鸟窝的大树下方（针对庭院大树）、广告牌、太阳能水箱等安装地点。
图2-4光伏组件总平面布置图：
2.1.5组件串并联设计
光伏电池组件串、并联数量需要与并网组合逆变器相匹配，5kW逆变器的直流工作电压范围为：
250Vdc～800Vdc，最高输入电压为1000V。
本项目选用组件的工作电压31.7V，开路电压为38.8V，工作电压温度系数为－0.3%/℃，组件工作温度取-40℃～85℃,电池组件组合计算如下：
N≦Vdcmax/（Voc×[1+（t-25）×Kv]）
Vmpptmin/（Vpm×[1+（t’-25）×Kv]）≦N≦Vmpptmax/（Vpm×[1+（t-25）×Kv]）
Kv----------光伏组件的工作电压温度系数
N----------光伏组件的串联数（取整）
t----------光伏组件工作条件下的极限低温（℃）
t’--------光伏组件工作条件下的极限高温（℃）
Vdcmax-------逆变器允许的最大直流输入电压（V）
Vmpptmax------逆变器mppt电压最大值（V）
Vmpptmin------逆变器mppt电压最小值（V）
Voc--------光伏组件开路电压（V）
Vpm--------光伏组件工作电压（V）
根据当地气象站资料得到：
场址区域多年最高气温42.5℃，最低气温零下19.7℃。
电池组件的设计温度为25℃，工作温度范围是-40°C~85°C，考虑到组件在高温暴晒下板面温度会有显著的提高，结合组件厂家的实际运行经验，光伏组件工作条件下的极限高温取70°C，计算得到修正后的N的范围是18≦N≦22，最终确定太阳组件的串联组数为18，一路MPPT容量2*18*260W=91.8KW,共二路MPPT,总计18.7kWp。
2.1.6方阵间距的设计
固定式光伏阵列必须考虑前后排间距，以防止前排阴影遮挡后排，影响方阵的输出功率，根据项目场址的地理位置、太阳运动情况、支架的高度等因素可以由下列公式计算出固定式支架前后排之间的距离，光伏电池阵列前后间距应不小于D
公式中：
L为阵列倾斜面长度，1640mm。
Φ为当地地理纬度（在北半球为正，南半球为负），36.4N
β为阵列倾角34°。
为了保证方阵前后排之间不遮挡，光伏组件前后排间距应大于光伏组件方阵冬至日真太阳时上午9点至下午15点阴影（D）的最大长度，按照上式得到地面布置的前后两排电池阵列间距为2.27m。
2.1.7电网接入方案
本项目拟选用260Wp多晶硅光伏组件74片，电网接入采用380/220V低压侧就近并网接入方式并入电网（并网点及并网电压等级以电网公司接入方案为准）。
本光伏电站一次系统接线示意图如下：
图2-5接入系统方案示意图
2.2设备型号及技术详细资料
2.2.1光伏组件
组件暂考虑选用的260Wp组件，具体参数资料如下：
（1）组件外形及电性能参数
（2）组件用材说明：
序号
名称
单位
值
1
太阳电池种类
260W
2
太阳电池生产厂家
LDK
3
太阳电池组件生产厂家
山东宇太光电科技有限公司
4
太阳电池组件型号
260Wp
5
太阳电池组件尺寸结构
1640*992*40
6
太阳电池组件重量
kg
19
7
大气质量AM1.5、1000W/m2的辐照度、25℃的电池工作温度下的标称参数
8
峰值功率
Wp
260
9
开路电压（Voc）
V
38.1
10
短路电流（Isc）
A
8.98
11
工作电压（Vmppt）
V
31.1
12
工作电流（Imppt）
A
8.37
13
太阳电池组件温度系数
14
峰值功率温度系数
%/K℃
-0.4
15
开路电压温度系数
%/℃%/K
-0.3
16
短路电流温度系数
%/℃%/K
0.06
17
最大系统电压
V
1000
18
工作温度范围
℃
-40～85
按IEC-61215标准进行设计，采用先进工艺和生产设备制造，以确保组件质量。
单体太阳电池采用156×156mm的准方片；PECVD镀蓝色的氮化硅减反射膜；拥有设计新颖的银正面电极、银铝背电极以及铝背场；所用的金属浆料采用自动化的设备进行丝网印刷；采用高透光率低铁绒面钢化玻璃，提高组件的机械强度；采用高透光率、高交联度、抗老化、耐辐射、低水蒸气渗透性的EVA，提高组件的整体寿命；采用抗老化、耐辐射、低水蒸气渗透性的TPT，提高组件的整体转换效率和寿命；采用高强度轻质铝合金型材，提高组件的机械强度，结构合理，安装方便。
2.2.2并网逆变器选型
并网逆变器的选用主要根据下列要求：
逆变器额定功率=0.85-1.2Pm；逆变器最大输入直流电压>光伏方阵空载电压（Voc）；逆变器输入直流电压范围>光伏方阵最小电压；逆变器最大输入直流电流>光伏方阵短路电流（Isc）；逆变器额定输入直流电压=光伏方阵最大功率电压（Vm）；额定输出电压=电网额定电压；额定频率=电网频率；相数=电网相数；并网逆变器的输出波形畸变、频率误差等应满足并网技术要求。
此外，必须具有短路、过压、欠压保护和防孤岛效应等功能，选用20KW逆变器,参数如下图TRIO20KTL。
2.2.3电缆产品响应
根据《电力工程电缆设计规程》（GB50217-2007）有关条款规定，本工程电缆选型如下：
光伏电场直流电缆采用PV1-F光伏专用电缆及ZRC-YJV-1kV阻燃交联聚乙烯绝缘铜芯电缆。
本光伏发电工程初步设计电缆通道按《发电厂、变电所电缆选择与敷设设计规程》规定及《发电厂、变电所设计防火规范》设置防止电缆着火延燃措施。
直流电缆压降计算公式为：
组件串引出的直流线缆穿波纹管，交流线缆穿波纹管，防止线缆表面材料老化、延长使用寿命。
2.2.4常用备品配备件及选配件
1、组件连接器MC4，共8对，用于每串组件接入逆变器。
2、波纹管，用于保护直流和交流线缆。
3、为保证电力系统安全运行和光伏发电及附属设施的安全，并网光伏发电必须有良好的避雷、防雷及接地装置，且应符合GB50057-2010要求，接地符合GB50169-2006要求。
为了保证本工程光伏并网发电系统安全可靠，防止因雷击、浪涌等外在因素导致系统器件的损坏等情况发生使用，接地棒、接地线，将组件和逆变器接地。
4、线鼻、扎带用于连接、固定线缆。
2.3发电量测算与投资收益分析
2.3.1发电量计算
根据太阳辐射资源分析所确定的光伏电站多年平均年辐射总量，结合初步选择的太阳能电池的类型和布置方案，进行光伏电站年发电量估算。
系统发电量计算：
年份
千瓦时
年份
千瓦时
第1年
21824
第14年
1
升级会员 