51KW屋顶光伏发电二期可行性报告.docx
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51KW屋顶光伏发电二期可行性报告
钦州天骄集团北部湾国际广场
50KW光伏发电二期工程
设计方案书
广西南宁中远电气科技有限公司
2016年3月23日
第一节、概述
钦州市位于南华准地台的南端，地质构造复杂，地层发育较全，出露地层以下古生界志留系最为发育；岩浆岩以酸性侵入岩为主，主要有花岗岩和流纹岩；褶皱、断裂构造发育，并具明显的分带性，存在发生中等以上地震的条件。
钦州市形状略为方块形，主要属丘陵地貌类型。
境内东、西、北三面崇山环拱，丘陵起伏连绵，地形复杂。
西北部属山区，以十万大山为主体，山高翠拔直参天，壑深飞瀑若无地；北部和西部属中丘陵区，除少数山地及高丘陵外，一般海拔在250米左右；中部属低丘台地、盆地和河谷冲积平原区，以低丘和河谷平原为主，土地稍平坦；东部属低丘陵区；南部属低丘滨海岗地、平原区，有市内最大的冲积平原——钦江三角洲。
全境地势为西北及东北部高，自北向南倾斜，南部地势显著下降。
全市山地（海拔500米以上）10.08平方公里，占0.22%；中高丘陵（海拔100—500米）686.83平方公里，占14.75%；低丘（100米以下）2835.52平方公里，占60.89%；台地、阶地441.99平方公里，占9.49%；平原（0—10米）473.3平方公里，占10.16%；水域（河流、水库等）108.53平方公里，占2.33%；其他100.78平方公里，占2.16%。
钦州市具有亚热带向热带过渡性质的海洋季风气候特点。
境内地形由西北向东南依次为山地、丘陵、台地平原、沿海滩涂，主要山脉呈东北——西南走向，东北部有六万大山；西北部有十万大山，横贯钦州境内，钦州市濒临北部湾，属南亚热带季风气候区，年平均气温22℃,绝对最高温度37.5℃（1968年7月28日），绝对最低温度-1.8℃（1955年1月12日）。
钦州市年平均降雨量在1600毫米左右,平均日照时数1800小时左右,无霜期大于350天。
太阳年辐射量104.6～108.8千卡每平方厘米，年日照时数为1633.6～1801.4小时，年平均气温21.4～22℃，年总积温7800～8200℃。
历年平均无霜期329～354天。
钦州市北部湾国际广场项目位于钦州市南珠东大街174号。
东经108.64°，北纬21.94°。
本期工程计划总装机容量51KMWP，由于各建筑物距离比较分散，采用各建筑物房顶太阳能电站各自分别接入所在楼层的公共照明负载端，整体工程安装在钦州市北部湾国际广场项目8号和9号楼房顶,总投资约52万元，项目建设工期2个月。
51KW太阳能光伏电站概况特性表
序号
项目名称
规格型号
数量
1
总装机容量
51KWP
2
太阳能光伏组件
多晶255WP
200块
3
太阳能光伏组件支架
镀锌角钢
1批
4
防雷直流汇流箱
SDR-8
2台
5
并网逆变器
20000TL
1台
6
并网逆变器
30000TL
1台
7
交流配电柜
50KW
1台
8
防雷及接地装置
1套
第二节、建设的必要性
（一）开发利用太阳能资源，符合能源产业发展方向
我国是世界上最大的煤炭生产和消费国，能源将近76%由煤炭供给，这种过度依赖化石燃料的能源结构已经造成了很大的环境、经济和社会负面影响。
大量的煤炭开采、运输和燃烧，对我国的环境已经造成了极大的破坏。
大力开发太阳能、风能、生物质能等可再生能源利用技术是保证我国能源供应安全和可持续发展的必然选择。
“十一五”期间我国在能源领域将实行的工作重点和主要任务是首先加快能源结构调整步伐，努力提高清洁能源开发生产能力。
以太阳能发电、风力发电、太阳能热水器、大型沼气工程为重点，以“设备国产化、产品标准化、产业规模化、市场规范化”为目标，加快可再生能源的开发。
目前的太阳能发电技术主要有太阳能光伏发电和太阳能热发电技术，其中太阳能热发电技术尚处于试验开发阶段，而太阳能光伏发电技术已经成熟、可靠、实用，其使用寿命已经达到25—30年。
要使光伏发电成为战略替代能源电力技术，必须搞大型并网光伏发电系统，而这个技术已经实践证明是切实可行的。
（二）钦州市开展建设光伏发电系统的条件
我国太阳能理论总储量为147×108GWh/年。
从理论上讲除去农田、草原、森林、河流、湖泊、道路等，在任何荒地和建筑上都可以安装光伏组件。
钦州市具有丰富的太阳能资源，年太阳能总辐射量大约在1408.9kw.h/m2，开发利用前景广阔。
搞光伏发电，利用我市的房顶资源，不占用耕地,是变空闲地为宝，保障钦州市能源供应战略安全、大幅减小排放、和可持续发展的重大战略举措。
（三）改善生态、保护环境的需要
在全球能源形势紧张、全球气候变暖严重威胁经济发展和人们生活健康的今天，世界各国都在寻求新的能源替代战略，以求得可持续发展和在日后的发展中获取优势地位。
环境状况已经警示我国所能拥有的排放空间已经十分有限了，再不加大清洁能源和可再生能源的份额，我国的经济和社会发展就将被迫减速。
提高可再生能源利用率，尤其发展太阳能发电是改善生态、保护环境的有效途径。
太阳能光伏发电以其清洁、源源不断、安全等显著优势，成为关注重点，在太阳能产业的发展中占有重要地位。
（四）发挥减排效率,申请CDM（清洁能源机制）
我国是《联合国气候变化框架公约》（1992）和《京都议定书》（1997）的签字国，为努力减缓温室气体排放的增长率，承担“共同但有区别的责任”。
在2002年约翰内斯堡全球可持续发展峰会上，中国政府已核准《京都议定书》，中国将坚定不移地走可持续发展的道路。
CDM作为国际社会对全球气候变化的一项重要措施，一方面可以帮助发达国家以较低成本实现减排目标，另一方面也可以促进资金和技术向发展中国家进行实质性转让。
钦州太阳能电源有限公司1000KWP项目不但属于清洁能源，也属于议定书中规定的清洁机制的范围，能够获得减排义务的资助，随着项目建设和电力的发展，太阳能光伏发电装机容量可以不断扩大，如果有先进的技术或额外资金的支持，将大大降低太阳能光伏发电的投资压力，不但可以扩大钦州环境保护的宣传影响，促进项目的实施和建设，从而促进太阳能光伏产业的发展。
第三节、基本情况
一、钦州市建设条件
（一）光照资源条件
1、我国太阳辐射年总量的地理分布
我国属世界上太阳能资源丰富的国家之一，全年辐射总量在91.7～2,333kWh/m2.年之间。
全国总面积2/3以上地区年日照时数大于2,000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，属世界太阳能资源丰富地区之一。
图1我国太阳辐射年总量分布
我国太阳能理论总储量为147×108GWh/年。
我国有荒漠面积108万平方公里，主要分布在光照资源丰富的西北地区。
如果利用十分之一的荒漠安装并网光伏发电系统，装机容量就达大约1.08×1010kWp。
折算装机功率为1,928GW,相当于128座三峡电站。
可以提供我国2002年16,540亿kWh的耗电量的3.26倍。
2、钦州市气候状况
属于亚热带季风气候，钦州市位于祖国南疆，属南亚热带气候，具有亚热带向热带过度性质的海洋季风特点。
太阳辐射量约为110千卡／平方厘米，年日照时数为1800小时左右，年平均气温21℃～23℃。
年总积温7800～8300℃。
最热月份是7月，平均气温28～29℃。
极端最高气温为37.3℃；最冷月份是1月，平均气温13～15℃，极端最低气温为0℃，绝大部分地区无霜期在350天以上。
年平均降雨量在1600毫米左右，年雨量以中部和西部最多，达1800毫米以上。
3、钦州市太阳能辐射量情况
钦州市具有丰富的太阳能资源，太阳辐射量约为110千卡／平方厘米，年日照时数为1800小时左右，年太阳能总辐射量大约在1408.9kw.h/m2，开发利用前景广阔。
4、钦州地区平均30年气象资料供给表（1961－1990年）
（二）项目地址条件
1、项目地址地理位置：
场址位于钦州市南珠东大街17474号。
东经108.64°，北纬21.94°。
日照辐射量为1408.9kw·h/㎡，日照小时数1800h，最大风力达12级。
平均气温21-23℃，周围无高大建筑和遮挡物。
2、场址建设条件：
（1）富集的太阳光照资源，保证很高的发电量；
（2）主要是自发自用，不影响市电电网的同时能达到缓解市电电网供电压力；
（3）良好的示范条件，让公众认识和接受光伏发电技术，具有一定的影响力。
二、太阳能光伏电站方案设计
钦州市北部湾国际广场房顶51KW的太阳能光伏发电系统，分别布置于8号和9号楼楼顶，同时汇流于总配电房，最后接入用户0.4KV负载端。
最终实现将整个光伏并网系统接入交流电网进行并网发电的方案。
（一）太阳能电池阵列设计
1、太阳能光伏组件选型
（1）单晶硅光伏组件与多晶硅光伏组件的比较
单晶硅太阳能光伏组件具有电池转换效率高，商业化电池的转换效率在17%-20%，其稳定性好，同等容量太阳能电池组件所占面积小，但是成本较高，每瓦售价约5元。
多晶硅太阳能光伏组件生产效率高，转换效率略低于单晶硅，商业化电池的转换效率在15%-18%，在寿命期内有一定的效率衰减，但成本较低，每瓦售价约4元。
两种组件使用寿命均能达到25年，其功率年衰减均小于0.8％。
（2）根据性价比本方案推荐采用255WP太阳能光伏组件，全部为高效A级组件，其主要技术参数见下表：
表12太阳能电池组件性能参数表
峰值功率（Wp）
255
短路电流（Isc）
8.88
开路电压（Voc）
37.5
峰值电压（Vmp）
30.1
峰值电流（Imp）
8.47
额定工作温度
-40℃to+80℃
抗风力或表面压力
5400Pa,23m/s
外形尺寸（mm）
1640*990*40
重量（kg）
19.1
2、并网光伏系统效率计算
并网光伏发电系统的总效率由光伏阵列的效率、逆变器效率、交流并网等三部分组成。
（1）光伏阵列效率η1：
光伏阵列在1000W/m2太阳辐射强度下,实际的直流输出功率与标称功率之比。
光伏阵列在能量转换过程中的损失包括：
组件的匹配损失、表面尘埃遮挡损失、不可利用的太阳辐射损失、温度影响、最大功率点跟踪精度、及直流线路损失等，取效率85%计算。
（2）逆变器转换效率η2：
逆变器输出的交流电功率与直流输入功率之比，取逆变器效率95%计算。
（3）交流并网效率η3：
从逆变器输出至高压电网的传输效率，其中主要是升压变压器的效率，取变压器效率95%计算。
（4）系统总效率为：
η总＝η1×η2×η3＝85%×95%×95%=77%
3、倾斜面光伏阵列表面的太阳能辐射量计算
从气象站得到的资料，均为水平面上的太阳能辐射量，需要换算成光伏阵列倾斜面的辐射量才能进行发电量的计算。
对于某一倾角固定安装的光伏阵列，所接受的太阳辐射能与倾角有关，较简便的辐射量计算经验公式为：
Rβ＝S×[sin（α+β）/sinα]+D
式中：
Rβ——倾斜光伏阵列面上的太阳能总辐射量
S——水平面上太阳直接辐射量
D——散射辐射量
α——中午时分的太阳高度角
β——光伏阵列倾角
根据当地气象局提供的太阳能辐射数据，钦州纬度21.94°,倾角等于20°时全年接受到的太阳能辐射能量最大,比水平面的数值高约20%,再结合太阳能实际支架的安装与支撑重量，综合得出结论,确定太阳能光伏阵列安装倾角为18°。
4、各建筑物太阳能电站太阳能光伏组件串并联方案
（1）8号生产大楼楼顶面积安装255WP太阳能组件板120块，采用30KW并网逆变器一台，太阳能组件串并连方式为20串6并，需1只防雷直流汇流箱。
（2）9号生产大楼楼顶面积安装255WP太阳能组件板80块，采用20KW并网逆变器一台，太阳能组件串并连方式为20串4并，需1只防雷直流汇流箱。
2幢建筑物共安装255WP太阳能组件200块，以单块面积255W计，共有51KW。
5、太阳能光伏阵列的布置
（1）光伏电池组件阵列间距设计
为了避免阵列之间遮阴,光伏电池组件阵列间距应不小于D:
D=LCOSβ+LSINβ（0.707TANΦ+0.4338）/（0.707-0.4338TANΦ）
式中Φ为当地地理纬度（在北半球为正，南半球为负），L为阵列斜面长度,β为斜面倾角。
根据上式计算，求得：
D=5323㎜。
取光伏电池组件前后排阵列间距0.6米。
（2）太阳能光伏组件阵列单列排列面布置见下图：
3、各建筑物房顶光伏排列图如下：
阵列尺寸分布图
6、土建设计
（1）51KWp光电场总利用已有建筑物房顶,不占用耕地,主要设备放置于电梯机房内；
（2）方阵支架基础用钢筋混凝土现浇，预埋安装地脚螺栓。
总计440个基础，单体基础0.064m³ 。
（二）太阳能光伏方阵直流防雷汇流箱设计
如上图所示，光伏阵列防雷汇流箱具有以下特点：
（1）满足室外安装的使用要求；
（2）同时可接入8路太阳电池串列，每路电流最大可达10A；
（3）接入最大光伏串列的开路电压值可达DC1000V；
（4）熔断器的耐压值不小于DC1000V；
（5）每路光伏串列具有二极管防反保护功能；
（6）配有光伏专用高压防雷器，正极负极都具备防雷功能；
（7）采用正负极分别串联的四极断路器提高直流耐压值，可承
受的直流电压值不小于DC1000V。
（三）太阳能光伏并网逆变器的选择
此太阳能光伏并网发电系统设计为各建筑物房顶的光伏电站分开并网发电，选用性能可靠、效率高的逆变设备，型号数量如下：
20000TL和30000TL各一台。
具体参数如下表：
技术参数
型号（SUNFOREST）
30000TL
输入（直流侧）
最大直流输入功率（kW）
33000
最大直流输入电压（Vdc）
1000
MPPT电压范围（Vdc）
250～800（启动电压250Vdc）
输入路数
2
MPPT跟踪路数
1
每路最大输入功率（W）
16500
最大输入电流（A）
2*41
输出（交流侧）
额定输出功率（kW）
30
最大输出功率（kW）
30
额定输出电流（A）
44.5
最大输出电流（A）
48
额定电网电压（Vac）
400
允许电网电压范围（Vac）*
360～440
允许电网频率范围（Hz）*
50/60±5
功率因数（cos∮）
0.9（超前）～0.9（滞后）
电流谐波（THDI）
＜3%（额定输出功率）
系统
最大效率
98.1%
欧洲效率
97.5%
MPPT效率
99.6%
工作温度（℃）
-25～＋60
噪音【dB（A）】
≤65
夜间耗电（W）
＜0
电气隔离
无变压器
冷却方式
风冷
防护等级
IP65
通讯接口
RS485/RS232
尺寸（宽x深x高mm）
580*235*800
重量（kg）
65
技术参数
型号（SUNFOREST）
20000TL
输入（直流侧）
最大直流输入功率（kW）
22000
最大直流输入电压（Vdc）
1000
MPPT电压范围（Vdc）
250～800（启动电压250Vdc）
输入路数
2
MPPT跟踪路数
1
每路最大输入功率（W）
11000
最大输入电流（A）
2*35
输出（交流侧）
额定输出功率（kW）
30
最大输出功率（kW）
30
额定输出电流（A）
30.3
最大输出电流（A）
33.3
额定电网电压（Vac）
400
允许电网电压范围（Vac）*
360～440
允许电网频率范围（Hz）*
50/60±5
功率因数（cos∮）
0.9（超前）～0.9（滞后）
电流谐波（THDI）
＜3%（额定输出功率）
系统
最大效率
98.2%
欧洲效率
97.6%
MPPT效率
99.6%
工作温度（℃）
-25～＋60
噪音【dB（A）】
≤65
夜间耗电（W）
＜0
电气隔离
无变压器
冷却方式
风冷
防护等级
IP65
通讯接口
RS485/RS232
尺寸（宽x深x高mm）
470*165*670
重量（kg）
50
该类型产品不仅操作简便、界面友好，外形设计美观；而且转换效率高，性能可靠，电网适应能力强，即使在严酷的环境下也能够稳定运行，为集中型光伏电站的设计提供了完美的解决方案。
其性能参数资料如下所示：
（1）产品优势
主要元器件精心筛选国际知名品牌；最新32位DSP控制芯片和先进的数字锁相技术，运算速度快、精度高；工业模组化设计，便于安装维护；先进的系统解决方案和能效管理，系统温升低、寿命长；采用高可靠膜电容技术，产品寿命20年以上。
（2）和谐电网
具备零电压穿越功能；有功功率连续可调（0-100%）功能；无功功率可调，功率因数范围超前0.9至滞后0.9；防逆流、SVG等工作模式可选，满足不同需求。
（3）高效发电
采用最新一代IGBT模块，效率更高；高效MPPT控制策略，提高系统发电量，安全，维护方便；交直流双电源冗余供电方案提升系统可靠性；高效SVPWM调制算法，降低开关损耗。
（4）适应环境
适用高海拔恶劣环境，可长期连续、可靠运行；加热或除湿功能。
（5）品质保障
产品具有多项认证CE认证，金太阳认证，德国TUV认证，零电压穿越。
（四）交流防雷配电柜设计
两台逆变器的交流输出共同接入单一个交流配电柜，经交流断路器接入用户负载端，并配有逆变器的发电计量表，可以直观地显示整个光伏系统总发电输出量。
（五）系统组成方案原理框图
（六）系统接入电网设计
本系统由2个建筑物房顶的光伏单元组成，总装机51KWp，各太阳能光伏并网发电系统接入本建筑物的配电间。
系统防雷接地装置
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，系统的防雷接地装置必不可少。
（1）地线是避雷、防雷的关键，方阵应与建筑物的接地网连接在一起。
（2）直流侧防雷措施：
电池支架应保证良好的接地，太阳能电池阵列连接电缆接入光伏阵列防雷汇流箱，汇流箱内含高压防雷器保护装置，电池阵列汇流后再接入直流防雷配电柜，经过多级防雷装置可有效地避免雷击导致设备的损坏。
（3）交流侧防雷措施：
每台逆变器的交流输出经交流防雷柜（内含防雷保护装置）接入电网，可有效地避免雷击和电网浪涌导致设备的损坏，所有的机柜要有良好的接地。
（七）、施工组织设计
1、施工条件
拟建的太阳能光伏电站场址位于钦州市北部湾国际广场9号和9号楼房顶。
东经108.64°，北纬21.94°。
顶面为平顶,是良好的施工场地。
太阳能光伏电场工程所在地多年平均日照辐射量为1408.9kw·h/㎡。
本工程方案安装太阳能光伏组件200块，总装机容量51kwP。
，南北方向排列。
施工特点为单体光伏阵列分散进行。
2、施工交通运输
太阳能光伏电场场址属钦州市市区，交通十分便利，电站所用设备及建筑材料可通过汽车直接运抵施工现场。
3、主体工程施工
主体工程为光伏阵列基础施工，由于是水泥房顶,在需做基础处把原有水泥打掉一些，洒少量水，在其上进行混凝土施工，施工需架设模板、绑扎钢筋并浇筑混凝土，混凝土在施工中经常测量，以保证整体阵列的水平、间距精度。
施工结束后混凝土表面必须立即遮盖并洒水养护，防止表面出现开裂。
一般情况尽量避免冬季施工。
确需冬季施工时，一定要采取严格保温措。
施工过程中，待混凝土强度达到4天龄期以上方可进行安装。
4、太阳能光伏阵列安装
（1）施工准备：
安装支架运至相应的阵列基础位置，太阳能光伏组件运至相应的基础位置。
（2）阵列支架安装：
支架分为基础底梁、立柱、加强支撑、斜立柱。
支架按照安装图纸要求，采用镀锌螺栓连接。
安装完成整体调整支架水平后紧固螺栓。
（3）太阳能电池组件安装：
细心打开组件包装，禁止单片组件叠摞，轻拿轻放防止表面划伤，用螺栓紧固至支架上后调整水平，拧紧螺栓。
5、施工总布置
依据太阳能光伏电站建设、施工要求、当地实际情况及施工环保要求，本阶段初步编制一个基本的施工组织方案。
（1）电缆敷设工程先期开工建设
根据光伏场地的布置先进行隐蔽工程的施工，合理的顺序可以避免在施工中的反复，提高工程效率。
（2）其他工程项目的施工
在保证上述前项的施工组织原则下，其他工程如临时设施、光伏阵列基础处理、混凝土基础等项目可以同步进行，平行建设，其分部分项可以流水作业，以加快施工进度，保证工期。
6、施工总体进度
（1）根据钦州市气候条件，除特别恶劣天气,可以全年施工,无施工不适期。
（2）设计土建开工25天，完成混凝土浇筑工程。
（3）安装工程计划20天，分专业进行平行施工，完成太阳能光伏组件、升压变压器、逆变器的安装。
（4）并网前安装检查，对所有安装项目内容进行全面检查测试。
（5）并网试运行。
第四节、环境影响评价
通过对钦州天骄北部湾国际广场太阳能光伏电场工程环境影响分析，该工程建设对生态环境的影响施工期主要来自施工噪音，运行期无任何污染。
建设施工期环境影响评价及减排措施
（1）噪声
施工期噪声主要为施工机械设备所产生的施工噪声及物料运输产生的交通噪声，如混凝土搅拌车等。
根据水电系统对作业场所噪声源强的监测资料，小型混凝土搅拌车为91-102dB。
根据几何发散衰减的基本公式计算出施工噪声为距声源250m处噪声即降到55分贝以下，满足《城市区域环境噪声标准》中I级标准。
本工程施工安排在白天，且场址在房顶,故施工噪声对周围环境没有影响。
（2）污染物排放
污染物排放包括废水排放和固体废物排放。
施工期内废水主要是施工污水和施工人员产生的生活污水。
施工污水要按有关设计有序排放；生活污水量极少，且生活污水经化粪池排向沉淀池后，即可自动挥发，对环境影响极小。
施工期固体废物主要为建筑垃圾及生活垃圾，要求随产生随清运并处置，避免刮风使固体废弃物飞扬，污染附近环境。
（3）对生态环境及水土流失的影响
由于建在公司房顶，本项影响无。
（４）运行期环境影响评价及减排措施
太阳能光伏发电不产生废水、废气等污物。
（５）污染物排放
污染物排放包括废水排放和固体废物排放
由于太阳能光伏发电具有较高的自动化运行水平，一般为无人值守，无污染物排放。
（６）生态环境
太阳能光伏发电厂由于利用现有建筑物房顶，不占用耕地，不会改变当地的动植被分布，不会对当地的生态环境产生任何影响。
（7）节能及减排效益分析
太阳能光伏发电是一种清洁能源，与火电相比，可节约大量的煤炭或油气资源，有利于环境保护。
同时，太阳能是取之不竭用之不尽的可在生能源，早开发早受益。
本工程推荐方案拟装机１MWP，年均上网电量148.53万KWh。
按照火电煤耗平均350g标煤/KWh，每年可节约标准煤520吨,减排二氧化碳约1326吨。
（8）综合评价
综上所述太阳能光伏发电本身没有废气排放、光伏发电本身不需要消耗水资源，也没有污水排放、没有噪声产生，因此光伏电场的建设既不会对周围环境产生负面影响，该光伏发电场的建设可减少大气污染，改善当地的生态环境，有利于环境和资源保护。
第五节、预测发电量的计算
根据太阳辐射能量、系统组件总功率、系统总效率等数据,可预测51KWp并网光伏发电系统的年总发电量和各月的发电量.
计算时设定：
光伏阵列为固定式安装,倾角等于18度。
符号
名称
单位
数值
备注
W
装机总量
KWP
51
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