4000w屋顶光伏发电系统方案说明书.docx
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4000w屋顶光伏发电系统方案说明书
4000W屋顶光伏发电系统方案说明书
一、系统方案
（1）光伏发电简介
光伏发电是根据光生伏特效应原理，利用太阳电池将太阳光能直接转化为电能。
不论是独立使用还是并网发电，光伏发电系统主要由太阳电池板（组件）、控制器和逆变器三大部分组成，它们主要由电子元器件构成，不涉及机械部件。
光伏发电系统分为独立光伏发电系统、并网光伏发电系统
（1）独立光伏发电系统
独立光伏发电也叫离网光伏发电。
主要由太阳能电池组件、控制器、蓄电池组成，若要为交流负载供电，还需要配置交流逆变器。
独立光伏电站包括边远地区的村庄供电系统，太阳能户用电源系统，通信信号电源、阴极保护、太阳能路灯等各种带有蓄电池的可以独立运行的光伏发电系统
（2）并网光伏发电系统
并网光伏发电就是太阳能组件产生的直流电经过并网逆变器转换成符合市电电网要求的交流电之后直接接入公共电网。
可以分为带蓄电池的和不带蓄电池的并网发电系统。
（二）背景与系统介绍
（1）背景
一南宁市家庭用户，屋面类型为水泥屋面。
主要电器设备为一盏功率为60W普通照明灯和一台功率为300W电视机。
（2）用电量分析
电灯和电视机每天平均使用5小时，每天用电量为：
（60W+300W）x5h=1800Wh（即1.8度）,考虑到特殊情况的每天最大用电量为2.5度电。
（3）装机容量的确定
据南宁气象数据统计，南宁最大连续阴雨天气为3天，光伏发电在阴雨天连续提供的电量应达到：
（3+1）X2.5=10（度），因此本光伏发电系统的装机容量设定为4000W，4000W的光伏发电系统日均发电量约11.2度，用户电器按每天运行5小时计算，可满足其正常使用4天。
（4）系统介绍
根据用户用电情况本工程选用离网光伏发电系统。
离网光伏发电系统构成：
由太阳能电池组件、光伏控制逆变一体机、蓄电池组、交流配电柜、接地系统、电缆等组成。
电池组件方阵
在有光照情况下，电池吸收光能，电池两端出现异号电荷的积累，即产生“光生电压”，即“光生伏特效应”。
在光生伏特效应的作用下，太阳能电池的两端产生电动势，将光能转换成电能，。
太阳能电池一般为分为单晶硅太阳能电池，多晶硅太阳能电池和非晶硅太阳能电池三种。
蓄电池组
蓄电池的作用是贮存太阳能电池方阵发出的电能并可随时向负载供电。
太阳能电池发电对所用蓄电池组的基本要求是：
a.自放电率低；b.使用寿命长；c.深放电能力强；d.充电效率高；e.少维护或免维护；f.工作温度范围宽；g.价格低廉。
光伏控制逆变一体机
光伏控制逆变一体机是将控制和逆变集成于一体的智能电源。
可控制太阳能电池对蓄电池进行智能充电，同时将蓄电池的直流电能逆变成220V的交流电，供用户负载使用。
（5）光伏发电离网系统优势
独立系统:
它由太阳能电池采集阳光，转化为电能，通过控制和逆变设备，把直流电转换成目前家庭通用的220V交流电。
目前采用高性的胶体铅酸蓄电池作为储能装置，有可有效地为业主在任意时间连续提供电力。
优势特点
（1）开发无遮挡闲置屋面的价值、提高屋面的利用率。
（2）自给自足，蓄电池作为蓄能装置，把白天太阳能电池收集的电能储存起来，方便业主使用，阴雨天气,可按用户要求连续供电3天。
（3）使用寿命长,无需专人维护.其中太阳能电池寿命长达25年以上.
（4）一次投资,终身受益,太阳能清洁无辐射,无污染.
（5）绿色能源,安全环保.提供清洁能源。
（6）安全可靠、无噪声、无污染、能量随处可得，不受地域限制
（7）无须消耗燃料，无机械转动部件,无须另外架输电线路，可以按照业主的要求，方便地与任意地面或建筑物相接合.
（8）不破坏建筑的外观。
太阳能电池板一般安装在屋顶或倾斜面，增加其建筑的美感。
（三）系统概况
1、项目名称：
4000W户用屋顶光伏发电系统
2、项目地点：
南宁市，南宁市位于北回归线南侧，地处北纬22°13`-23°33`，东经107°45`-108°52`。
3、气候条件：
南宁位于北回归线南侧，属湿润的亚热带季风气候，阳光充足，雨量充沛，霜少无雪，气候温和，夏长冬短，年平均气温在21.6度左右。
南宁市年日照时数为1478.2小时，年每平方米接受阳光辐射为4934.8兆焦耳。
具有很好的光伏发电开发和利用价值
当地气候参数：
（10年平均值）
4、占用屋面：
约28平方米
6、装机容量：
4000W
7、太阳能组件：
16块250Wp多晶硅组件。
8、安装周期：
2天
9、简要说明：
在用户屋面上串联安装16块250Wp多晶硅组件，1台光伏控制逆变一体机，装机容量为4000W。
光伏阵列产生的直流电接入光伏控制器，通过光伏控制器控制蓄电池的充放电将电能存储到蓄电池组中，当用户需要用电时，光伏控制器控制逆变器动作，将蓄电池组中的直流电转变为家用220V交流电，通过输电线路接入交流配电柜，然后接入负载（300W电视和60W灯泡）。
本系统为离网发电系统，发出来的电自发自用，不往电网上输送。
离网光伏系统原理图
光伏发电系统图
（四）固定系统
常见3种组件支架方式：
1、常规安装方式
常规屋面安装方式是采用钢支架支撑的形式，钢材多采用有机涂层钢板（或称彩色钢板）、镀锌钢板、防腐钢板（含石棉沥青层）或其他钢板等。
如下图
2、常规“导流板支架”安装方式
导流板支架”安装方式用水泥配重块结合铝合金夹具来固定组件底部导流板，组件排布在支架上用夹具固定。
如下图
3、衍易公司新型支架系统
以铝合金龙骨支座配合不锈钢扣件的方式对光伏组件进行固定，支架底部采用双面贴片橡胶与屋面防水层固定，并在支架内部槽内配有配重块。
3种不同安装方式的对比分析
常规屋面安装方式用钢量大，成本高，导流板支架”安装方式防风性差，风力多变的地区不适宜使用，特别是沿海台风多发地区。
以上两种安装方式单瓦装机容量占用面积大，对屋面的利用率低。
衍易公司最新研发的新型支架系统保证支架系统的抗风能力的同时，充分利用屋面，提高屋面利用率，结构简单，荷载较轻，与屋面柔性接触，不存在刮伤损坏屋面防水材料的可能，安装牢固，且可靠性高。
根据南宁市的地理情况，本工程组件的固定结构采用广西衍易最新研发的新型支架系统。
结构图如下：
（五）光伏组件排布
多晶硅光伏组件生产效率高，商业化电池的转换效率在13-16%，且成本较低。
本方案选用250Wp多晶硅太阳能组件，共计16块，总功率为4000Wp。
其主要技术参数见表1：
表1太阳能组件的技术参数
太阳能组件型号：
250
1
太阳能组件生产厂家
晶科能源有限公司
2
太阳电池种类
多晶硅
3
峰值功率
250Wp
4
开路电压（Voc）
37.5V
5
短路电流（Isc）
8.65A
6
工作电压（Vmppt）
30.5V
7
工作电流（Imppt）
8.14A
8
最大外形尺寸
1650×992×35mm
9
重量
18.3kg
（六）光伏控制逆变一体机
光伏控制逆变一体机是将控制和逆变集成于一体的智能电源。
可控制太阳能电池对蓄电池进行智能充电，同时将蓄电池的直流电能逆变成220V的交流电，供用户负载使用。
本系统选用TH964KS40NB光伏控制逆变一体机，主要参数如下：
型号
TH962KS20NB
TH963KS30NB
TH964KS40NB
TH965KS50NB
蓄电池输入
额定电压（Vdc）
96
最大直流电流（A）
24
35
47
58
输入电压范围（Vdc）
80.0～140.0
欠压保护点（Vdc）
86.4
欠压恢复点（Vdc）
98.4
过压保护点（Vdc）
136
过压恢复点（Vdc）
128
太阳能输入
最大开路电压（Vdc）
200
允许输入路数
1路
额定充电电流（A）
20
30
40
50
浮充电压（Vdc）
109.6
过充保护电压（Vdc）
¡Ý115.2
充电恢复电压（Vdc）
¡Ü105.6
交流输出
额定功率
2000W
3000W
4000W
5000W
额定电压及频率
220VAC、50HZ
最大交流电流（A）
9.1
14
18.5
23
输出电压精度
220VAC±3%
输出频率精度
50HZ±0.05
输出波形失真率（THD）
¡Ü4%（线性负载）
动态响应（负载0～100%）
5%，¡Ü50ms
功率因数（PF）
0.8
逆变效率（80%阻性负载）
¡Ý88%
≥85%
绝缘强度（输入和输出）
1500Vac，1分钟
保护功能
过载能力
120%，10s/150%，1s
保护功能
输入反接保护、输入欠压保护、输入过压保护、输出过载保护、输出短路保护、机器过热保护
运行方式
可连续运行
冷却方式
风冷
工作环境、机械尺寸
防护等级
IP20
工作温度（¡æ）
-15～+65
立式：
（深x宽x高）
440mmx440mmx710mm
参考重量（Kg）
85
95
105
120
光伏控制逆变一体机实例图
性能特点
•性能卓越：
控制逆变一体化设计，工频隔离，解决非阻性负载启动冲击问题。
•广泛应用：
产品广泛应用在国内、外多个重要项目，长达10年的可靠稳定运行经验。
•适应性强：
环境适应能力强，可在高海拔、高寒、自然环境应用。
•可靠性高：
架构简洁，元器件都是经过长期验证的高可靠性器件，从设计和运行上保证了低故障率。
•保护齐全：
具有直流输入反接，输出短路、过载、直流过、欠压等保护功能。
•使用方便：
机架式方便组屏，便携式方便携带。
（七）蓄电池
蓄电池组
将太阳电池产生的电能贮存起来，当光照不足负载需求大于太阳电池所发的电量或晚上用电时，将贮存的电能释放以满足负载的能量需求，它是整个系统的贮能部件。
综合考虑光伏控制器的输入电压和连续提供4天的用电量（10度），本系统采用8V/100AH的蓄电池18块，每6块一串联组成蓄电池组，共3组，作为储能系，最大可储存14.4KWh电量（即14.4度），在电池蓄电池额定15%预留余量的条件下，可最大可提供12.2KWh（度）。
蓄电池主要参数表：
规格型号
8V100AH
外形尺寸（¡À2mm）
额定电压
8V
长
宽
高
总高
额定容量
100AH
280
125
190
190
二、投资回报和收益
（一）发电量与投资回报
南宁年平均总辐射量为4975MJ/m2，相当于3.76kWh/㎡•d。
年日照小时数为1500-1873.7小时。
本项目总装机容量为4000Wp，日均发电量为11.2度，全年发电量约为4088度。
（1）投资回报:
本项目投资资金为43567元，根据南宁市居民用电电费为0.588元/度，加上国家对分布式补贴0.42元/度，即每度电补助1.008元，约10年收回成本，电站运行25年，电站收益为61810元。
（二）示范收益
光伏电站是将太阳能转化成电能的过程，在整个工艺流程中，不产生气体、液体、固体废弃物等方面的污染物，也不会产生大的噪声污染。
具有较为明显的节能效益、环保效益。
（1）、开发无遮挡闲置屋面的价值、提高屋面的利用率。
同时光伏组件铺设后形成的屋顶“隔热层”，使室内平均气温下降；光伏组件屋面的铺设，直接遮挡了建筑物日晒雨淋的侵蚀，增加了建筑物使用寿命等优势。
（2）、有效利用太阳能、就近用户提供电力，有可有效地为业主在任意时间连续提供电力，为用户节省较大的电费开支。
（3）、电站的建设，具有生态环保景观，提供清洁能源，具有较好的示范作用：
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