济南市伟农庄园8034kWp项目设计施工方案.docx
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济南市伟农庄园8034kWp项目设计施工方案
2016年长清区光伏农业示范区
建设项目
设
计
施
工
方
案
项目名称：
济南伟农庄园80kwp分布式光伏发电项目
主管单位：
济南市长清区农村工作办公室
建设单位：
济南伟农农业技术发展有限公司
设计单位：
信息产业电子第十一设计研究院科技工程股份有限公司山东分公司
编制时间：
第1章总论
1.1项目提要
1.1.1项目名称
济南伟农庄园80kwp分布式光伏并网发电项目
1.1.2项目建设单位
济南伟农农业技术发展有限公司
1.1.3项目主管单位
济南市长清区农村工作办公室
1.1.4项目建设地点
济南市长清区大学路恒大绿洲向北1600米路东
1.1.5建设目标、建设内容与规模
项目建设选址区域为伟农庄园屋顶，屋顶可利用面积770㎡，拟安装309块标准功率为260Wp的多晶硅光伏组件，系统装机总容量为80.34kwp，预计电站运营期内年均上网电量为9.05万kwh。
按照国家对光伏发电的政策补贴计算，已经过山东省发改委批准，国家按照每度电补贴0.42元，根据农业示范园区电费使用情况，预计全年光伏发电收益达9.4万元左右。
1.1.6处理工艺、产品方案
利用伟农庄园现有空闲屋顶架设光伏设施发电，本项目太阳能光伏发电系统由光伏电池板、组串式逆变器、并网配电柜、计量装置、监控系统等组成。
综合太阳能电池技术现状和性价比分析，本项目电池组件选用功率为260Wp高性能多晶硅组件。
逆变器选用转换效率及可靠性高的组串式逆变器，采用先进的拓扑技术，可实现光伏系统整体效率最大化，具备可靠的电网支持能力，高防水防尘等级。
光伏组件支架材料选用厚度应不低于2.5mm并具备足够的荷载能力，防腐措施应能满足光伏电站25年的寿命要求。
1.1.7工程进度安排
施工整体进度：
放线、验线→太阳电池组件安装→线缆连接→光伏方阵调试→配电设备安装→线缆连接→系统调试、试运行→交付验收。
1.1.8项目总投资、资金筹措方案
伟农庄园80.34kwp光伏发电项目总投资69.9万元，包含勘察设计费11000元，招标代理费7000元，验收评审费7500元，监理费7000元；
市财政补助60万元，其余9.9万元资金由建设主体自筹解决。
1.1.9经济效益、社会效益、环保效益
本项目年均发电量9.44万度电，年均收益9.4万元，25年发电总收益235.2万元，年收益率13.5%。
节约标准煤753吨，减排二氧化碳1958吨。
综合分析，本项目在经济、环保、社会效益上有良好的投资回报比，比较适合投资建设。
1.3编制依据
《民用建筑太阳能光伏系统应用技术规范》JGJ203-2010
《民用建筑设计通则》GB50352-2005
《建筑结构荷载规范》GB50009-2001
《屋面工程技术规范》GB50345-2004
《建筑物防雷设计规范》GB50057-94（2000版）
《建筑工程施工质量验收统一标准》GB50300-2001
《建筑电气工程施工质量验收规范》GB50303-2002
《钢结构工程施工质量验收规范》GB50205-2001
《光伏系统并网技术要求》GB/T19939-2005
《混凝土结构后锚固技术规程》JGJ145-2004
《民用建筑电气设计规范》JGJ16-2008
《光伏（PV）组件安全鉴定》GB/T20047.1-2006
1.4主要经济技术指标
序号
项目
数据
1
安装容量
80.34kWp
2
运营期
25年
3
当地峰值日照时数
4.3h
4
平均年发电量
9.05万kWh
5
平均年收益
9.4万元
6
25年总发电量
226.16万kWh
7
25年总收益
235.2万元
8
系统总投资
69.9万
9
年收益率
13.5%
第2章项目背景
2.1项目的由来
为贯彻落实党的十八大、十八届四中、五中全会和中央、省、市农业农村工作会议精神，进一步加快转变农业发展方式，推进全市生态循环农业发展和乡村生态文明建设，根据我市“十三五”农村生态能源发展规划要求和现阶段生态循环农业发展实际，经研究，2016年组织实施光伏农业示范园建设项目。
以农业生态循环、农民持续增收、农村环境改善为目标，以开发利用可再生能源、降低农业生产成本、促进农业提质增效为方向，以现代农业园区和局属相关单位为建设主体，因地制宜、科学规划，严格考察、择优扶持，实现光伏发电技术与现代设施农业的有机结合，打造生态循环农业新样板，提升农业可持续发展能力。
济南伟农庄园80kWp分布式光伏发电项目由济南市农业局和济南市财政局共同组织，充分利用现有优惠政策和基础设施，整合人才资源、技术资源，开展光伏农业示范园建设项目。
2.2项目建设的必要性
项目的实施符合我国相关产业发展政策，是推动我国并网光伏发电行业持续快速健康发展的重要举措，符合我国国民经济可持续发展的战略目标。
项目将带动当地就业，增加当地利税，带动当地经济发展。
项目的开展在一定程度上更新农业结构模式，更加优化现在的农业结构，实现光伏新能源与农业共同促进，两层收益的经济模式。
项目能够更好地保护生态环境，项目污染小，环保效益突出，分布式发电工程中，无噪音，不会产生空气及水污染；项目发电在一定程度上减少了碳排放，保护了自然环境。
光伏发电是一种一次投入，长期回报的投资行为。
项目建成，将实现稳定的资金流收入；在充分利用土地资源的同时，实现效益的最大化。
同时，分布式光伏发电系统还具有以下特点：
（1）系统相互独立，可自行控制，避免发生大规模停电事故，安全性高；
（2）弥补大电网稳定性的不足，在意外发生时继续供电，成为集中供电不可或缺的重要补充；
（3）可对区域电力的质量和性能进行实时监控，非常适合向农村、牧区、山区，发展中的大、中、小城市或商业区的居民供电，大大减小环保压力；
（4）输配电损耗低，甚至没有，无需建配电站，降低或避免附加的输配电成本，土建和安装成本低；
（5）调峰性能好，操作简单；
（6）由于参与运行的系统少，启停快速，便于实现全自动；
2.3建设单位情况
济南伟农农业技术开发有限公司成立于2008年11月13日，注册资金1000万元，公司现有固定员工66人，其中管理人员20人、技术人员9人。
其基地伟农庄园位于长清区中心地带，总占地面积500余亩，由济南伟农农业技术开发有限公司投资兴建。
近年来，在区委、区政府和上级有关部门的大力扶持和帮助下，公司以“展形象、上规模、创品牌、增效益”为目标，以突出“生产、生活、生态”农业为重点，大力实施“9164”工程，经过全体员工共同努力，年年跨越新台阶。
现已形成以9大功能区为核心、1个配送中心为枢纽、6家专业合作社为依托、4项绿色品牌认证为龙头的综合性、规模化的现代化农业企业。
为全区农村经济建设和带领周边群众致富做出了积极贡献，公司先后被授于“全国农民专业合作社示范社”、“济南市都市农业示范园区”、“济南市菜篮子工程十佳配送企业”等荣誉称号，2010年成为济南市农业产业化重点龙头企业。
从公司目前情况来看，已形成四大发展优势，为公司继续做大做强打下了坚实基础：
一是区位优势。
伟农庄园位于长清城区中心，东靠大学园、园博园，西接主城区，北临济南市交通动脉经十西路，空气清新、环境优美，交通便利，成为一座“城中园”。
公司规划建成了瓜果蔬菜生产区、林果采摘区、休闲垂钓区、生活体验区、有机蔬菜加工区、餐饮接待区、农产品综合展厅、绿色长廊、水上乐园等九大功能区，市民足不出城，即可体验采摘之乐、品尝瓜果之鲜，实为发展都市休闲、观光农业的绝佳之地。
二是产业链优势。
2013年3月公司以下属的春光蔬菜种植专业合作社为骨干，联合春风养鸡专业合作社等六家农业合作社成立了济南市首家农民合作联社--济南顺航合作联社，涵盖了果品、蔬菜、畜禽等农产品供应。
投资300万元，在原有蔬菜配送中心基础上，建成了2000余平方米的顺航农产品集散中心，设有农产品展厅、产品质量检测室、净菜加工车间、恒温保鲜库、专业配送车队等专业设施，年配送能力达2万余吨。
同时，公司组建了专业销售团队，开拓农产品市场。
现已与银座、富群等大型超市、大学食堂等单位建立全面协作关系，长期配送无公害高档蔬菜、水果，实现了农超对接、农校对接、农企对接，形成了以“配送带动种植、种植促进配送”、产品来源可追溯、品质能放心、市场有保障的产业链一条龙服务，增强了市场竞争力。
三是科技优势。
公司非常重视农业科技的引进和应用。
几年来，一方面致力于各类专业技术人才的培养、引进，形成了包括20名高中级农业技术人员、10名蔬菜、瓜果种植能手在内的专业技术队伍；另一方面先后与省、市农科院蔬菜研究所等农业科研单位建立广泛协作关系，成功引进并应用了沼渣肥田、换茬轮作、病虫害综合防治等先进农业技术，实现了农业生产的良性循环和可持续发展，园区真正做到了绿色、低碳、环保。
四是品牌优势。
公司一贯注重质量管理和品牌培育，致力于打造政府安心、百姓放心的企业形象。
公司制订了完善的产品质量管理、检测体系，坚决不让丝毫不合格产品流向市场。
注册了“海翠”“伟农海翠”“伟农庄园”三个商标；马铃薯、黄瓜、圆葱、草莓四个品种成功申报“绿色食品认证”，草莓、豆角等10个产品先后被农业部认证为“无公害农产品”，赢得了良好的市场信誉和消费者口碑，2013年海翠牌韭菜成为济南市名牌农产品。
在各级领导的关心、支持下，伟农公司已逐步驶上发展快车道，我们更好的发挥农业龙头企业的示范带动作用，整合周边优质农业资源，争当全区“农业增效、农民增收”的火车头，力争将公司建成全省乃至全国农业的龙头企业，打造长清农业发展的名片！
并以实际行动回馈社会，为全区农业经济的发展做出更大的贡献！
2.4技术依托单位情况
技术方面注重研发光伏对农业可持续发展的重要性，结合相关的设计研究院，又先后与清华大学，山东建筑大学，上海交通大学等一流学府开展科研合作，加强在设计实施方案的可行性，保证产品平均转化率优化设计，产品效益突出显现。
第三章市场分析
本次“并网光伏发电产业项目”的建设符合国家产业导向，顺应了国家推动高新技术产业发展的引导方向，属于国家大力鼓励发展的范畴，建设条件十分良好。
本次项目的建设还可促进当地相关产业的和谐发展，并形成产业集群，完善产业链条，从而带动和促进当地国民经济的全面发展和社会进步。
因此，本项目充分具备了国家、省、市社会经济发展的可持续性，实施是可行的、可靠的，经济效益是可观的。
本项目的建设将为当地开辟新的经济增长点，而且还可促进当地相关产业的发展，从而带动和促进当地国民经济的全面发展和社会进步。
对拉动地方经济的发展，加快实现小康社会起到积极作用。
可见，本项目的实施优势明显，市场前景十分广阔。
第四章项目选址方案
4.1工程项目选址原则
安装区域周边不能存在遮光、挡光现象；
具备三相交流380V的并网需求；
彩钢瓦屋顶使用年限不超过3年;
斜屋顶承重大于16.58kg/m2
平屋顶承重大于47.6kg/m2
拥有屋顶产权或屋顶租赁年限不少于20年；
4.2工程项目选址方案比较
本项目建设地址选定在济南伟农庄园。
该项目地点开阔平坦，无高大遮挡物，四周无公害和污染，该项目地点承载产业转移能力强，生态环境良好、基础设施一流、功能布局合理、产业集聚效应显著，且交通便利、区位优势明显，因此，项目选址能够满足公司本项目的用地需要，符合当地产业发展规划要求，故本项目拟建厂址选择方案可行。
图4.1屋顶现场情况
该项目选址区域地处中纬度地带，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。
年日照时数1870.9小时，光照资源充足适合建设光伏电站。
电网接入采用380V低压侧就近并网接入方式并入电网，光伏发电系统直接接入就近配电室的主配电柜内，光伏发电系统采用的是就地发电、就近并网和就近利用的方式，进一步提高光伏发电效率。
4.3建设条件
济南伟农庄园光伏发电项目，建设安装于彩钢瓦屋顶上，屋顶承重荷载要求大于20kg/m2。
第五章建设内容及规模
5.1建设内容
利用伟农庄园彩钢瓦屋顶，屋顶可利用面积770㎡，安装309块标准功率为260Wp的多晶硅光伏组件，系统装机总容量为80.34kWp。
采用支架平铺安装方式，光伏组件平铺在屋顶支架上。
光伏发电系统采用380V低压侧就近并网方式并入电网，消纳方式为自发自用，余量上网。
5.2建设目标
利用农业园区现有空闲屋顶架设光伏设施发电，光伏系统所发电能可以满足园区内增温、补光、照明、卷帘机械、风机降温系统、水肥一体化、二氧化碳发生器、植物生长灯等各种生产设备的用电需求。
以农业生态循环、农民持续增收、农村环境改善为目标，以开发利用可再生能源、降低农业生产成本、促进农业提质增效为方向，以现代农业园区和局属相关单位为建设主体，因地制宜、科学规划，严格考察、择优扶持，实现光伏发电技术与现代设施农业的有机结合，打造生态循环农业新样板，提升农业可持续发展能力。
5.3建设规模
本项目利用伟农庄园屋顶面积770㎡，拟安装309块标准功率为260Wp的多晶硅光伏组件，系统装机总容量为80.34kWp，预计电站运营期内年均上网电量为9.41万kWh。
25年有效运营期内光伏系统总发电量为226.16万kWh。
第六章工艺技术方案和设备选型
6.1电气原理图
系统的电池组件选用260wp多晶硅太阳能电池组件，工作电压为31.03V，开路电压为38.66V。
每个光伏阵列由18-22块电池组件串联组成，整个80kwp的光伏系统需配置309块260wp电池组件。
光伏发电系统的电气原理图如下图所示:
图6.180kWp光伏系统电气原理图
6.2组件布局图
考虑到安全性和安装维护的便捷性，同时保持光伏系统整体的美观性，本项目光伏组件布局图如下图所示：
图6.280kWp光伏组件布局图
6.3支架及组件安装
采用快装压块组合安装，安装简单快捷安全，既提高了系统的安装效率。
又降低了安装成本。
压块安装示意图如下所示：
图6.4压块安装示意图
6.4组件串并联设计
光伏组件方阵是通过组件的串并联得到的，组件的串并联必须满足并网逆变器输入电压和输入功率的要求，本项目拟采用阻串式并网逆变器，多晶260Wp的组件，组件的开路电压为38.66V，最大工作电压为31.03V,根据组串式并网逆变器和组件的相关参数，经过计算可知：
接入逆变器每条支路的串联组件数应为18-22，逆变器的MPPT电压范围为260V-850V，组件串联之后的工作电压在其MPPT电压调节范围之内。
下图为组件的串联连接图：
图6.5组件连接图
6.5混凝土屋顶荷载荷载计算
荷载条件：
根据光伏发电系统结构形式，本项目光伏系统采用水泥基础固定C型钢支架形式安装在用户混凝土平屋顶上，单个组件重18.5kg。
彩钢瓦屋顶载荷计算
单块电池板面积1.64m*0.992m=1.62688m2，对应安装支架、线缆、桥架，防雷及其他辅助重量如下：
编号
名称
单位重量
1
电池板
20.5
2
支架
2.601
3
压块
0.102
4
桥架
0.06
5
线缆
0.12
6
其他
0.08
共计（kg）
23.463
折合在一平方米中,承重=23.463/1.62688=14.42kg/m2,小于一般彩钢瓦设计要求0.3kN/m2（折合30kg/m2）。
6.6设备选型
6.6.1光伏组件
太阳电池板无论是在基础研究还是生产技术上近几年都取得了很大的进步。
现在商用的太阳能电池板主要有：
单晶硅电池、多晶硅电池、非晶硅薄膜电池、铜铟硒和碲化镉薄膜电池等。
（1）单晶硅电池：
单晶硅电池是最早发展起来的太阳电池，与其他电池相比，单晶硅电池的效率最高，目前的商业效率在17～18%之间。
现在，单晶硅电池的技术发展动向是向超薄、高效发展，不久的将来，可有100μm左右甚至更薄的单晶硅电池问世。
德国的研究已经证实40μm厚的单晶硅电池的效率可达到20%，今后借助改进生产工艺实现超薄单晶硅电池的工业化生产，并可能达到已在实验室达到的效率。
（2）多晶硅电池：
多晶硅电池由多晶硅晶体硅片制造。
硅片由众多不同大小、不同方向的晶粒组成，而在晶粒界面处光电转化容易受到干扰，因而多晶硅的转化效率相对较低。
多晶硅的电学、力学和光学性能的一致性不如单晶硅，目前的商业效率在14～17%之间，与单晶硅电池组件的效率相差1～2％。
但成本较单晶硅要低。
（3）非晶硅薄膜电池：
非晶硅薄膜电池是采用化学沉积的非晶硅薄膜，其特点是材料厚度在微米级。
非晶硅为准直接带隙半导体，吸收系数大，可节省大量硅材料。
商业化的非晶硅薄膜电池稳定的转换效率在5～7%左右，保证寿命为10年。
非晶硅薄膜电池的市场份额从最早的1996年12%降到2012年的5%。
目前，非晶硅薄膜电池之所以没有大规模使用，主要原因是光致衰减效应相对严重。
（4）铜铟硒薄膜电池：
铜铟硒（CuInSe2）薄膜是一种Ｉ-Ⅲ-Ⅵ族化合物半导体，铜铟硒薄膜太阳电池属于技术集成度很高的化合物半导体光伏器件，由在玻璃或廉价的衬底上沉积多层薄膜而构成。
CIS薄膜电池具有以下特点：
光电转换效率高，效率可达到17%左右，成本低，性能稳定，抗辐射能力强。
目前，CIS太阳电池实现产业化的主要障碍在于吸收层CIS薄膜材料对结构缺陷过于敏感，使高效率电池的成品率偏低。
这种电池的原材料铟是较稀有的金属，对这种电池的大规模生产会产生很大的制约。
（5）碲化镉薄膜电池：
碲化镉是一种化合物半导体，其带隙最适合于光电能量转换。
用这种半导体做成的太阳电池有很高的理论转换效率。
碲化镉的光吸收系数很大，对于标准AM0太阳光谱，只需0.2微米厚即可吸收50％的光能，10微米厚几乎可吸收100％的入射光能。
碲化镉是制造薄膜、高效太阳电池的理想材料，碲化镉薄膜太阳电池的制造成本低，是应用前景最好的新型太阳电池，它已经成为美、德、日、意等国研究开发的主要对象。
目前，已获得的最高效率为16.5%。
但是，有毒元素Cd对环境的污染和对操作人员健康的危害是不容忽视的，各国均在大力研究加以克服。
表3-1各类电池主要性能对比表
种类
电池类型
商用效率
实验室效率
使用寿命
优点
晶硅电池
单晶硅
15%-18%
23%
25年
效率高、技术成熟
多晶硅
13%-17%
20.30%
25年
效率较高、技术成熟、成本较单晶硅低
薄膜电池
非晶硅
6%-9%
13%
25年
弱光效应好、成本相对较低
碲化镉
8%-10%
15.80%
25年
弱光效应好、成本相对较低
铜铟镓硒
10%-13%
15.30%
25年
弱光效应好、成本相对较低
太阳能电池组件是太阳能光伏发电系统的核心部件，其各项参数指标的优劣直接影响着整个光伏发电系统的发电性能。
表征太阳能电池组件性能的各项参数为：
标准测试条件下组件峰值功率、最佳工作电流、最佳工作电压、短路电流、开路电压、最大系统电压、组件效率、短路电流温度系数、开路电压温度系数、峰值功率温度系数、输出功率公差等。
综合太阳能电池技术现状和性价比分析，本项目选用单板容量为260Wp的多晶硅光伏组件。
1、正常工作条件
环境温度：
－40℃-＋85℃；
相对湿度：
≤95％（25℃）；
海拔高度：
≤5500m；
最大风速：
150km/h。
2、太阳能电池组件性能
（1）组件的每片电池与互连条排列整齐，组件的框架整洁无腐蚀斑点。
（2）在标准条件下（即：
大气质量AM=1.5，标准光强E=1000W/m2，温度为25±1℃，在测试周期内光照面上的辐照不均匀性=±5%），太阳电池组件的实际输出功率均大于标称功率。
（3）光伏电池组件具有较高的功率/面积比，功率与面积比=149W/㎡。
功率与质量比=11.6W/Kg，填充因子FF≥0.7。
（4）组件2年内功率的衰减<2%，使用10年输出功率下降不超过使用前的10%；组件使用25年输出功率下降不超过使用前的20%。
（5）组件使用寿命不低于25年。
（6）太阳能电池组件强度通过《IEC61215光伏电池的测试标准》中第10.17节钢球坠落实验的测试要求。
并满足以下要求：
撞击后无如下严重外观缺陷。
其基本性能参数见下表。
表6-1光伏组件性能参数表
1
标准功率
260Wp
开路电压温度系数
-0.319%/℃
2
工作电压
31.03V
温度范围
-40℃～+85℃
3
工作电流
8.38A
功率误差范围
3%
4
短路电流
8.82A
表面最大承压
5400Pa
5
开路电压
38.66V
承受冰雹
直径25mm的冰球，冲击试验速度23m/s
6
最大系统电压
1000V
接线盒防护等级
IP65
7
峰值功率温度系数
-0.425%/℃
组件尺寸
1640*992*40
8
短路电流温度系数
0.064%/℃
组件重量
18.5kg
2、组件认证要求
太阳能组件必须具备金太阳认证、CE认证、德国莱茵TUV认证、美国UL认证，日本JET认证。
组件生产企业要求具备5年以上生产技术、工艺管理和质量控制经验。
在全球范围内，不仅从事电池片与组件的研发与制造，同时独立进行光伏系统开发与安装工作。
每个组件都应有下列清晰而且擦不掉的标志：
a）制造厂的名称、标志或代号；
b）产品型号；
c）产品序号；
d）引出端或引线的极性；
e）在标准测试条件下，该型号产品最大输出功率的标称值和偏差百分比。
g）制造的日期和地点，或可由产品序号查到。
h）电流分档标记。
6.6.2逆变器选型
逆变器作为光伏发电系统中将直流电转换为交流电的关键设备之一，其选型对于发电系统的转换效率和可靠性具有重要作用，本项目结合《国家电网公司光伏电站接入电网技术规定》的及其它相关规范的要求，在本工程中逆变器的选型主要考虑以下技术指标：
（1）单台逆变器容量
本工程项目选用25KW组串式并网逆变器,总共3台。
（2）转换效率
逆变器转换效率越高，光伏发电系统的转换效率越高，系统总发电量损失越小，系统经济性也越高。
因此在单台额定容量相同时，应选择效率高的逆变器。
本工程要求逆变器在额定负载时效率不低于95％，在逆变器额定负载10％的情况下，也要保证90％（大功率逆变器）以上的转换效率。
逆变器转换效率包括最大效率和欧洲效率，欧洲效率是对不同功率点效率的加权，这一效率更能反映逆变器的综合效率特性。
而光伏发电系统的输出功率是随日照强度不断变化的，因此选型过程中应选择欧洲效率高的逆变器。
（3）直流输入电压范围
太阳电池组件的端电压随环境温度变化而变化，不同地区环境温度不同，直流输入电压范围宽的逆变器可应用的地区更广。
（4）电压异常时响应特性
逆变器在电网电压异常时的响应要求满足下表：
并网点电压
最大分闸时间*
U＜50％UN*
0.1s
50％UN≤U＜85％UN
2.0s
85％UN≤U≤100％UN
连续运行
100％UN＜U＜135％UN
2.0s
135％UN≤U
0.05s
注：
1UN为光伏电站并网点的电网标称电压。
2最大分闸时间是指异常状态发生到逆变器停止向电网送
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