广东屋顶光伏并网系统方案.docx
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广东屋顶光伏并网系统方案
屋顶光伏并网系统方案
编制：
审核：
校验：
批准：
南京飞秒光电科技有限公司
2013年4月23日
1概述1
2光伏发电设计的原则和依据5
3技术方案7
4电站总体报价20
5经济收益测算21
1、概述
1.1光伏发电的原理和特点
太阳能是地球之外最大的能量来源，每秒钟通过电磁波传至地球的太阳能达到相当于５００多吨当量煤。
这相当于一年中仅太阳能就有130万亿吨当量煤，大约为全世界目前一年耗能的一万多倍。
太阳能的利用有多种渠道，太阳能光伏发电是最直接有效地将太阳能转化为电能的新能源之一，它的基本原理是：
当阳光照射到太阳电池时便产生电能，经过控制、变换系统送入电网，或者储存在蓄电池里，在需要时由蓄电池向外供电。
太阳能光伏发电是一种零排放的清洁能源，也是一种能够规模应用的现实能源，可用来进行独立发电和并网发电。
以其转换效率高、无污染、不受地域限制、维护方便、使用寿命长等诸多优点，广泛应用于航天、通讯、军事、交通、城市建设、民用设施等诸多领域。
光伏发电有如下优点：
●太阳能是一种清洁、环保清洁能源，并且无资源枯竭危险，；
●清洁无污染，运行时没有三废和噪声的排放；
●不受资源分布地域的限制，不破坏当地的环境；
●可在用电处就近发电，减少配套投资及传输损耗；
●不破坏生态、能量随处可得、无需消耗燃料、无机械转动部件、维护简便、使用寿命长、建设周期短、规模大小随意、可以无人值守、也无需架设输电线路。
●太阳能电池组件的使用寿命长，具备良好的耐候性，防风，防雹。
有效抵御湿气和盐雾腐蚀，不受地理环境影响，发电寿命可达25年。
●具有稳定的光电转换效率，且转换效率高。
1.2太阳能并网发电系统原理框图
1.3东莞应用光伏发电的条件
我国属于世界上太阳能资源丰富的国家之一，全年辐射量在91.7～2333kWh/m2·年之间。
全国总面积2/3以上地区年日照时数大于2000小时。
我国西藏、青海、新疆、甘肃、宁夏、内蒙古高原的总辐射量和日照时数均为全国最高，属于太阳能资源丰富的地区。
我国太阳总辐射量分布图
全国各地太阳能资源状况一览表
区域划分
丰富区
较丰富区
可利用区
贫乏区
年总辐射量KJ/cm2·年
≥580
500-580
420-500
≤420
全年日照时数
≥3000小时
2400-3000小时
1600-2400小时
≤1600小时
地域
内蒙西部、甘肃西部、新疆南部、青藏高原
新疆北部、东北、内蒙东部、华北、陕北、宁夏、甘肃部分、青藏高原东侧、海南、台湾
东北北端、内蒙呼盟、长江下游、两广、福建、东莞部分、云南、河南陕西
重庆、四川、东莞、广西、江西部分地区
特征
日照时数≥3300小时，年日照百分率≥0.75
日照时数2600-3000小时，年日照百率0.6-0.75
太阳能丰富区到贫乏区的过渡带
日照时数≤1800小时，年日照百分率≤0.4，建议不使用太阳能的地区
连续阴雨天
2
3
7
15
东莞地处广州以东50公里处，由以上资料可以看出东莞太阳能辐射水平属于Ⅲ类地区，平均年日照时数可达2000小时，年辐射量可达4850兆焦，本拟建项目所在地区东莞适合利用太阳能资源发电。
2光伏发电设计的原则和依据
2.1本方案光伏发电设计的原则
本工程设计在遵循技术先进、科学合理、安全可靠、经济实用的指导思想和设计原则下，着重考虑以下设计原则。
●先进性原则：
随着太阳能技术的发展，太阳能电源设计必须考虑先进性，使系统在一定的时期内保持技术领先性，以保证系统具有较长的生命周期。
●太阳电池组件:
以技术成熟的晶体硅组件为主；
●安装方式:
支架采用称重压块式固定，组件采用固定式安装方式。
●并网逆变器:
根据系统容量为参考以合同为依据。
●检测控制系统:
性能可靠,自动化程度高,采集的数据资料准确齐全，并能实现远程通信、控制；
2.2光伏系统设计依据
本工程主要遵循和依据下列标准、文件配电系统设计遵循标准：
《地面用晶体硅光伏组件设计鉴定和定型》GB/T9535
《地面用光伏（PV）发电系统概述和导则》GB/T18479
《低压配电设计规范》GB50054
《低压直流电源设备的特性和安全要求》GB17478
《电气装置安装工程盘、柜及二次回路结线施工及验收规范》GB50171
《光伏器件》GB6495
《交流电气装置的接地》DL/T621
《电气装置安装工程施工及验收规范》GBJ232－82
《建筑物防雷设计规范》GB50057-2000
并网接口参考标准：
《光伏并网系统技术要求》GB/T19939-2005
《光伏发电接入电力系统技术规定》GB/Z19964-2005
《光伏系统电网接口特性》GB/T20046-2006
《地面用光伏（PV）发电系统》GB/T18479-2001
《太阳能光伏系统术语》GB/T2297-1989
《电能质量供电电压允许偏差》GB/T12325-2003
《电能质量公用电网谐波》GB/T14549-1993
《电能质量三相电压允许不平衡度》GB/T15543-1995
《电能质量电力系统频率允许偏差》GB/T15945-1995
《安全标志使用导则》GB/T16179-19956
《地面光伏系统概述和导则》GB/T18479-2001
《光伏发电系统的过电压保护—导则》SJ/T11127-1997
电气、仪表工程
《电气装置安装工程施工及验收规范》GBJ232-82
《电气装置安装工程电缆线路施工及验收规范》GB50168-92
《电气装置安装工程接地装置施工及验收规范》GB50169-92
《电气装置安装工程旋转电机施工及验收规范》GB50170-92
《电气装置安装工程低压电器施工及验收规范》GB50256-96
《低压开关设备和控制设备组件》IEC439
3技术方案
3.1项目地点
项目位于广东省东莞市某工厂屋顶。
3.2项目建设地点自然条件
3.2.1地理方位
东莞市位于广东省中南部广州以东50公里处，东经113°31′-114°15′，北纬22°39′-23°09′，地势东南高、西北低。
地貌以丘陵台地、冲积平原为主，丘陵台地占44.5%,冲积平原占43.3%，山地占6.2%。
东南部多山，尤以东部为最，山体庞大，分割强烈，集中成片，起伏较大，海拔多在200～600米，坡度30℃左右，中南部低山丘陵成片，为丘陵台地区；东北部接近东江河滨，陆地和河谷平原分布其中，海拔30～80米之间，坡度小，地势起伏和缓，为易于积水的埔田区；西北部是东江冲积而成的三角洲平原，是地势低平、水网纵横的围田区；西南部是滨临珠江口的江河冲积平原，地势平坦而低陷，是受潮汐影响较大的沙咸田地区。
3.2.2气候概况
东莞属亚热带季风气候，长夏无冬，日照充足，雨量充沛，温差振幅小，季风明显。
日照时数充足，1996～2000年平均日照时数为1873.7小时，占全年可照时数的42%。
其中，2000年，日照时数最多，达2059.5小时，占全年可照时数的46%；最少是1997年，仅有1558.1小时，占全年可照时数的35%。
一年中2～3月份日照最少，7月份日照最多。
雨量集中在4～9月份，其中4～6月为前汛期，以锋面低槽降水为多。
7～9月为后汛期，台风降水活跃。
1996～2000年年平均雨量为1819.9毫米。
最多为1997年，年雨量2074.0毫米；最少为1996年，只有1547.4毫米。
3.2.3交通运输
东莞市公路交通十分发达，107国道、广深高速公路、广深沿江高速公路和莞深高速公路贯穿南北，境内4条主干公路和13条联网公路均为一级公路。
目前，全市公路通车里程2759公里，平均每百平方公里国土有等级公路111.93公里，把国道、高速公路、铁路、港口、机场连成一体。
3.2.4电站位置
光伏组件安装位置原则：
●周围的建筑物全年不遮挡整个太阳能电池方阵；
●尽量缩短到并网点距离，以减少输电损失；
●周围交通便利；
工厂负载功率315KW，变压器容量为500KW，为保证屋顶光伏电站所发电量全部被工厂消耗掉，建议装机容量为变压器容量的20%，即为100KW，光伏所发电量全部为工厂所用。
3.3太阳能发电系统图
整个光伏电站由3个光伏组件方阵组成，组件为250W多晶硅常规组件，其中1#方阵利用160块组件组成一个功率均为40kW的子系统，系统采用了1台8汇1的防雷汇流箱，汇流后分别接入变配电室内的100kW光伏逆变器，2#方阵利用120块组件组成功率为30kW的子系统，子系统采用1台6汇1的防雷汇流箱，汇流后分别接入变配电室内的100kW光伏逆变器，3#子方阵与2#子方阵相同。
交流输出AC380V电流接入配电室内的100kW并网配电柜由配电柜并接接入工厂500KW容量电网，供工厂设备用电。
100KWp光伏发电系统原理框图：
3.4系统容量配置
3.4.1屋面系统容量配置（100kW）
名称
规格
数量
单位
备注
多晶硅组件
250W（1650*990）
400
块
组件固定式支架
定制钢结构
1
套
直流汇流箱
8进1出
1
台
直流汇流箱
6进1出
2
台
环境监测仪
气象监测
1
套
工控机
1
套
线缆
定制
1
套
并网逆变器
100kW
1
台
交流配电柜
100kW
1
台
3.4.2、屋面组件安装排布图：
100kW方阵排布图
3.5光伏系统设备的选型及技术指标
3.5.1晶体硅电池组件
3.5.1.1选择依据
对于大型电站电池组件选型遵循以下原则：
●在兼顾易于搬运条件下，选择大尺寸，高效的电池组件，如180Wp~280Wp；
●选择易于接线的电池组件；
●组件各部分抗强紫外线（符合GB/T18950-2003橡胶和塑料管静态紫外线心能测定）；
遵循以上原则选择多晶硅电池组件250W
3.5.1.2、组件参数
组件类型
多晶硅
组件尺寸
1650*990*50mm
开路电压
38.1V
工作电压
31V
短路电流
8.95A
工作电流
8.07A
组件功率
250W
3.5.1.3组件曲线
组件I-V曲线图
3.5.1.4组件特点
1）多晶硅电池组件弱光性好；
2）太阳电池绒面表面处理和减反射层减少对阳光的反射；
3）电池片采用全自动焊接，有良好的接触可靠性；
4）低铁超白钢化玻璃覆盖在表面，有很好的机械强度并保证好的透光性；
5）后面的背板防止被磨损，撕裂和刺破，起到密封防水和绝缘的作用；
6）铝边框上有四个安装孔，2个接地孔，便于安装和接地；
7）接线盒达到IP65的防护等级，接线方便，安全并有保护作用；
8）在接线盒内，设有旁路二极管，可有效减少阴影带来的组件输出功率损失；
9）组件的功率是从接线盒内由接线端子输出的。
端子的材料是表面附银浆的H59，具有优良的耐候、抗腐蚀性能，可确保在产品在寿命期内的可靠输出；
10）在接线盒上用O型圈，保证其密封性良好；
11）接线盒用优质硅胶固定，保证有良好的耐腐蚀性、密封性；
12）产品一致性好。
3.5.2光伏支架
屋面支架全部采用钢结构和铝合金材料，倾角为17度，固定方式采用承重压块。
结构图
3.5.3光伏汇流箱
直流汇流箱作为连接光伏方阵与并网逆变器之间重要的连接装置，起着保护与汇流的作用，通过将多路输入的光伏组件汇流成一路，并加装直流防雷模块与直流保险，防止由于雷电流引起的过电压对设备的侵害。
3.5.4逆变器选型
一般情况下，单台逆变器越大，单位造价相对较低，但是单台逆变器容量过大，在故障的情况下对整个系统出力影响较大，并网逆变器单台容量目前国产最大可达到500kW，考虑到本工程的容量和性质，选用100kW的并网逆变器。
该方案单台逆变器容量较大，性价比较好。
性能特点：
大功率IGBT模块并联技术，过载能力强
DSP全数字化矢量控制，性能优异
先进的最大功率点跟踪技术（MPPT）
宽电压输入范围，提高发电效益
工频变压器隔离，安全可靠
完善的故障自检、保护盒显示功能
标准通讯接口，便于远程监控
触摸屏显示，可实地进行参数设定及数据分析，操作简便
技术参数：
100kW逆变器参数：
输入（直流）
最大直流功率（cosφ=1时）
113KW
最大输入电压
900V
启动电压
470V
最低工作电压
450V
最大输入电流
250A
MPPT电压范围
450~820V
输入连接端数
6
输出（交流）
额定功率
100KW
最大交流输出功率
110KVA
最大输出电流
158A
最大总谐波失真
<3%（额定功率时）
额定电网电压
400V
允许电网电压范围
310~450V
额定电网频率
50/60Hz
允许电网频率范围
47~52Hz/57~62Hz
额定功率下的功率因数
>0.99
隔离变压器
具备
直流电流分量
<0.5%额定输出电流
功率因数可调范围
0.9（超前）~0.9（滞后）
效率
最大效率
97.0%
欧洲效率
96.4%
保护
输入侧断路设备
断路器
输出侧断路设备
断路器
直流过压保护
具备
交流过压保护
具备
电网监测
具备
接地故障监测
具备
绝缘监测
可选
常规数据
尺寸（宽×高×深）
1015x1969x785mm
重量
925kg
运行温度范围
-25~+55℃
夜间自耗电
<30W
外部辅助电源电压
无
冷却方式
温控强制风冷
防护等级
IP20
相对湿度（无冷凝）
0~95%，无冷凝
最高海拔
6000m（超过3000m需降额）
排风需求量
1620m³/h
显示屏
LCD
通信协议
Modbus
3.5.5、防雷接地设计
对于本系统主要是防止直接雷对方阵和配电室的影响，而本身方阵中的支架系统就是一个很好的避雷网，而主要是配电室的直击雷的防护我们主要采用避雷带方式，针对雷电感应和雷电波的防护，如上所示在光伏方阵接入到并网逆变器之前，经过直流汇流箱再接入到并网逆变器，所以在直流汇流箱内加装直流浪涌保护器。
直流防雷汇流箱原理图：
同样道理在交流侧也同样加装交流浪涌保护器（安装在交流配电柜内）。
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，系统的接地装置必不可少。
所有接地都要连接在一个接地体上，接地电阻满足其中的最小值，不允许设备串联后再接到接地干线上。
3.6倾角及布线
屋面组件按屋面平铺，间距为组件固定铝合金夹的宽度，约为20-50mm。
在并网发电系统中，要求系统的全年日均发电量最大，即要求光伏方阵倾角调整至接收到全年最大太阳辐照量。
根据NASA气象数据库数据，运用可视化太阳辐照量分析软件对不同安装倾角的光伏阵列上接收到的太阳辐照量进行计算，结算结果为17°
项目所在地东莞的辐射资源和气象资料如下：
3.7监测及显示系统
3.7.1电站监控软件和显示
本软件应用于光伏电站的监控平台，对电站中的逆变器、汇流箱、环境监测仪等设备进行实时监测，模块化设计，实时数据库的坚强支持，对异常数据产生实时报警，并对重要数据进行记录，界面美观大方、报表、趋势等多种数据分析功能，且可以根据不同现场实际情况，提供灵活的通讯解决方案，是光伏电站监控的最好选择。
性能特点：
图形化设计，用户操作更加人性化
模块化设计，系统稳定可靠，便于维护
通讯方式可灵活选择，提供全面通讯解决方案
数据实时采集，记录，存储，完善的数据分析功能
技术参数：
操作系统要求：
WindowsXP及更高兼容操作系统
最低硬件配置：
PentiumⅢ或更高速的兼容CPU，512M内存，1G以上可用硬盘
适用变流器：
可监控能高光伏微网、光伏并网变流器
监控信息：
输入电流、输入电压、输出电流、输出电压、输出功率、变流器运行状态、故障信息、当天发电量、总发电量等信息
环境信息：
光照、风速、温度
扩展功能：
报警信息短信通知、历史数据定时发送等
以下是光伏发电监测系统参考图：
3.7.2、电站环境监测仪
系统配置1套环境监测仪（如下图所示），用来监测现场的环境情况：
该装置由风速传感器、风向传感器、日照辐射表、测温探头、控制盒及支架组成，适用于气象、军事、船空、海港、环保、工业、农业、交通等部门测量水平风参量及太阳辐射能量的测量。
可测量环境温度、风速、风向和辐射强度等参量，其RS485通讯接口可接入并网监控装置的监测系统，实时记录环境数据。
3.8电站系统效率分析
3.8.1电站效率
✓光伏阵列效率η1=86%
✓逆变器的转换效率η2=97%
✓交流并网效率η3=99%
系统的总效率等于上述各部分效率的乘积:
考虑到不可预见的情况，取修正系数0.95，综合考虑专业光伏设计软件的模拟情况，取系统效率78%。
并网光伏发电系统发电量测算
●依据:
◆水平放置时年平均辐照量1310KWh/m2/a
◆系统组件总功率100kWp
◆系统效率78%
3.8.2、电站发电量
25年内电站发电量预测：
系统装机容量:
100KW
转换效率：
78%
年标准日照时数：
1310h
年数
组件功率衰减率
发电量（KWh）
1
2.50%
103142.7
2
3.20%
102402.2
3
3.90%
101661.6
4
4.60%
100921.1
5
5.30%
100180.6
6
6.00%
99440.1
7
6.70%
98699.6
8
7.40%
97959.1
9
8.10%
97218.6
10
8.80%
96478.1
11
9.50%
95737.6
12
10.20%
94997.0
13
10.90%
94256.5
14
11.60%
93516.0
15
12.30%
92775.5
16
13.00%
92035.0
17
13.70%
91294.5
18
14.40%
90554.0
19
15.10%
89813.5
20
15.80%
89072.9
21
16.50%
88332.4
22
17.20%
87591.9
23
17.90%
86851.4
24
18.60%
86110.9
25
19.30%
85370.4
25年合计
2356413.2
4、电站总体报价
以下为100KW并网光伏电站（无防逆流柜）报价：
名称
数量
单价（RMB元）
总价（RMB元）
备注
250W多晶硅组件
400块
1125
450000
组件固定式支架
1套
90000
90000
承重压块
1套
8000
8000
6汇1防雷汇流箱
2台
1600
3200
8汇1防雷汇流箱
1台
2200
2200
100KW并网逆变器
1台
100000
100000
交流配电柜
1台
20000
20000
环境监测仪
1套
20000
20000
工控机及显示器
1套
20000
20000
线缆
1套
150000
150000
安装工费
1套
150000
150000
合计
共计：
1010400元
总结：
此方案的优点是：
充分利用太阳能资源，光伏所发的电全部上网，供电公司给予相应的电价补贴。
缺点是：
供电公司的电价补贴较低，所发电价只是脱硫煤电价，约为0.5元左右，投资回报率低，回收周期长。
以下为250KW并网光伏电站（防逆流）250KW并网逆变器的技术参数：
输入（直流）
最大直流功率（cosφ=1时）
284KW
最大输入电压
900V
启动电压
470V
最低工作电压
450V
最大输入电流
600A
MPPT电压范围
450~820V
输入连接端数
6
输出（交流）
额定功率
250KW
最大交流输出功率
275KVA
最大输出电流
397A
最大总谐波失真
<3%（额定功率时）
额定电网电压
400V
允许电网电压范围
310~450V
额定电网频率
50/60Hz
允许电网频率范围
47~52Hz/57~62Hz
额定功率下的功率因数
>0.99
隔离变压器
具备
直流电流分量
<0.5%额定输出电流
功率因数可调范围
0.9（超前）~0.9（滞后）
效率
最大效率
97.3%
欧洲效率
96.7%
保护
输入侧断路设备
断路器
输出侧断路设备
断路器
直流过压保护
具备
交流过压保护
具备
电网监测
具备
接地故障监测
具备
绝缘监测
可选
常规数据
尺寸（宽×高×深）
1800x2180x850mm
重量
2100kg
运行温度范围
-25~+55℃
夜间自耗电
<100W
外部辅助电源电压
无
冷却方式
温控强制风冷
防护等级
IP20
相对湿度（无冷凝）
0~95%，无冷凝
最高海拔
6000m（超过3000m需降额）
排风需求量
5670m³/h
显示屏
LCD
通信协议
Modbus
输入（直流）
最大直流功率（cosφ=1时）
284KW
最大输入电压
900V
启动电压
470V
最低工作电压
450V
最大输入电流
600A
MPPT电压范围
450~820V
输入连接端数
3
输出（交流）
额定功率
250KW
最大交流输出功率
275KVA
最大输出电流
397A
最大总谐波失真
<3%（额定功率时）
额定电网电压
400V
允许电网电压范围
310~450V
额定电网频率
50/60Hz
允许电网频率范围
47~52Hz/57~62Hz
额定功率下的功率因数
>0.99
隔离变压器
具备
直流电流分量
<0.5%额定输出电流
功率因数可调范围
0.9（超前）~0.9（滞后）
效率
最大效率
97.3%
欧洲效率
96.7%
保护
输入侧断路设备
断路器
输出侧断路设备
断路器
直流过压保护
具备
交流过压保护
具备
电网监测
具备
接地故障监测
具备
绝缘监测
可选
常规数据
尺寸（宽×高×深）
1800x2180x850mm
重量
2100kg
运行温度范围
-25~+55℃
夜间自耗电
<100W
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