光伏地面工程框架技术规范.docx
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光伏地面工程框架技术规范
光伏地面工程框架技术规范
一、设计依据
设讣依据、设备选型和设讣施工主要参照的标准为：
《太阳能光伏能源系统术语》GB2297-89
《太阳能电池型号命名方法》GB2296-2001
《地面用太阳能电池电性能测试方法》GB6495-86
《光伏组件的测试认证规范》IEEE1262-1995
《陆地用太阳能电池组件总规范》GB./T14007-92
《太阳能电池组件参数测量方法》GB/T14009-92
《陆地用太阳能电池组件环境试验方法》GB9535
《光伏器件第1部分：
光伏电流-电压特性的测量》GB/T6495.1-1996
《光伏器件笫3部分：
地面用光伏器件的测量原理及标准光谱辐照度数据》
《晶体硅光伏器件的I-V实测特性的温度和辐照度修正方法》GB/T6495.4-1996
《光伏（PV）发电系统过电压保护一导则》SJ/T11127-1997
《地面用晶体硅光伏组件设计鉴定和定型》GB/T9535-1998
《晶体硅光伏（PV）方阵I-V特性的现场测量》GB/T18210-2000
《地面用光伏（PV）发电系统概述和导则》GB/T18479-2001
《民用建筑电气设计规范》JGJ/T16-92
《城市电力规划规范》GB50293-1999
《低压配电设计规范》GB50054-95
《电力工程电缆设计规范》GB50217-94
《电力装置的电测量仪器装置设讣规范》GBJ63-90
《电力装置的继电保护和自动装置设计规范》GB50062-92
《供配电系统设计规范》GB50052-95
《建设工程施工现场供用电安全规范》GB50194-93
《建筑防雷设计规范》GB50057-94（2000版）
《建筑与建筑群综合布线系统工程设计规范》GB/T50311-2000
《通用用电设备配电设计规范》GB50055-93
《光伏（PV）系统电网接口特性》GB/T20046-2006
《光伏系统性能监测测量、数据交换和分析导则》GB/T20513-2006
《光伏系统并网技术要求》GB/T19939-2005
《电能质量电压波动和闪变》GB12326-2000
《电能质量供电电压允许偏差》GB12325-1990
《交流电气装置的接地》DL/T621-1997
《交流电气装置的过压保护和绝缘配合》DL/T620-1997
《电力工程直流系统设计技术规程》DL/T5044-2004
《建筑设计防火规范》GBJ16-87（2001年版）
《电力设备典型消防规程》DL5027-1993
《电力设施抗震设计规范》GB50260-96
《民用建筑电气设计规范》JGJ/T16-92
《电力工程电缆设计规范》GB50217-2007
太阳能光伏能源系统图用图形符号SJT10460-93
《光伏（PV）组件安全鉴定第一部分：
结构要求GBT20047.1-2006（IEC
61730.1-2004）
单晶硅太阳能电池总规范GB12632-90
光伏发电站接入电力系统技术规定GBZ19964-2005
太阳光伏电源系统安装工程施工及验收技术规范CES85-96
二、设计说明
此类项LI的实施将对推进我国可再生能源在建筑中的应用，具有特殊的示范意义。
所以，我们在制定设计方案时，除了考虑现场条件、发供电条件等常规技术条件外，还需重点考虑：
1.高可靠性、免维护、无人值守。
2.与现有建筑的良好结合和总体美观性
3.计量、显示和示范性。
既充分利用现有屋面乂兼顾楼体负荷的实际需求，与现有市电供电系统的兼容和平衡。
三、太阳能光伏系统选型
1.光伏组件选型
在各类太阳能光伏组件设备中，目前晶硅电池在市场中占主导地位，但是，随着薄膜光伏
组件转换效率的提髙，其出货量比例也不断的增加。
与晶硅电池相比较，薄膜电池虽然价格便宜，但转换效率低，占地而积大，英他设备投资也大大的增加，且现今晶体硅电池的价格与薄膜电池的价格相差不多，所以薄膜电池的性价比最差，本项目初步选用晶硅电池光伏组件。
截止目前，晶体硅电池的市场份额为81%,薄膜电池为19%,具体情况见下表：
各种类型光伏组件性能表
种类
电池类型
商用效率
实验室效率
使用寿命
市场份额
晶硅电池
单晶硅
14-24%
24%
25
81%
多晶硅
14-19%
203%
25
薄膜电池
非晶硅
5-8%
12.8%
25
19%
77.14%
碼化硅
8-10%
16.4%
25
21.14%
铜锢硒
10-12%
19.5%
25
1.72%
根据以上对各种光伏组件的转换效率、技术成熟度以及市场占有率分析比较，本项LI初步选用晶体硅光伏组件。
LI前用于太阳能发电的晶体硅光伏组件的功率范用一般在233〜300Wp之间，300阻以上的光伏组件商业化和规模化应用不多，而200Wp以下的光伏组件转换效率基本不满足设计要求，因此优先选取235〜300阻之间技术相对成熟的晶体硅光伏组件。
结合口前光伏组件市场主流产品惜况，项口初步选择多晶硅280Wp、单晶硅285Wp、和单晶硅295Wp三种光伏组件进行技术比选，光伏组件性能参数见下表：
光伏组件性能参数表
光伏组件规格
多晶硅280Wp
单晶硅285Wp
单晶硅295Wp
最大输岀功率
（Pmax）
280Wp
285Wp
295Wp
功率公差（％）
+/-3
0~+5
0~+5
最佳工作电mvmp）
36V
31.2V
32.9V
最佳工作电流（Imp）
7.78A
9.13A
8.97A
开路电汗（Voc）
44.72V
38.4V
39.8V
短路电流（Isc）
8.5A
9.63A
9.45A
工作温度（°C）
■40〜+85
■40〜+85
40〜+85
NOCT（°C）
45+A2
46+A2
46+/-2
最大系统电压
1000VDC
1000VDC
1000VDC
尺寸规格（mm）
2010x990x50mm
1658x992x35mm
1772.50x992x35
重量（kg）
21
23
1&5
电流温度系数
+0.1055%/°C
+0・05%/°C
+o.o5%/r
电压温度系数
-0.345%/°C
-0.32%/°C
-0.32%/oC
功率温度系数
-0.4667%/°C
-0.42%/°C
-0.42%/
最大风荷（Pa）
2.4k
2.4k
2.4k
最大雪荷（Pa）
5.4k
5.4k
5.4k
组件效率
14.5
173
18.04
通过对以上三种光伏组件的经济技术比较后可知，单晶硅285Wp光伏组件的度电成本均优于其余两种，且组件数量少从而使组件间连接点少，施工进度快，且故障儿率低，接触电阻小，线缆用量少，系统整体损耗相应降低。
安装工程量、运行维护费用减少，建设投资得到有效控制，综合考虑组件的价格和效率，本项LI考虑选用单晶硅285Wp的光伏组件。
2.逆变器选型
逆变器是把光伏阵列连接到系统的部分，配置有最大功率跟踪器，可以将直流电（DC）转化为交流电（AC）,并具有最大功率跟踪功能。
最大功率跟踪器（MPPT）是一种电子设备，无论负载阻抗变化还是由温度或太阳辐射引起的工作条件的变化，都能保证光伏阵列工作在输岀功率最佳状态，实现阵列的最佳工作效率。
逆变器的选型主要对以下儿个指标进行比较：
（1）逆变器输入直流电压的范围：
太阳能光伏组件串的输出电圧受日照强度、天气条件及负载影响变化范围比较大，要求逆变器能够在较大的直流输入电压范围内正常工作，并保证输出交流电压的稳定。
（2）逆变器输出效率：
大功率逆变器在满载时，效率必须在90%或9概以上，即使逆变器的额定功率在10%情况下，也要保证90%以上的转换效率。
（3）逆变器输出波形：
为使光伏阵列所产生的直流电经逆变后向公共电网并网供电，要求逆变器的输出电压波形、幅值及相位等与公共电网一致，以实现向电网无扰动平滑供电。
所选逆变器输出电流波形应良好，波形畸变以及频率波动低于门槛值。
（4）最大功率点跟踪：
逆变器的输入终端电阻应自动适应于光伏发电系统的实际运行特性，保证光伏发电系统运行在最大功率点。
（5）可靠性和可恢复性：
逆变器应具有一定的抗干扰能力、环境适应能力、瞬时过载能力及各种保护功能，如：
过电压情况下，光伏发电系统应正常运行；过负荷情况下，逆变器需自动向光伏电池特性曲线中的开路电压方向调整运行点,限定输入功率在给定范围内；故障情况下，逆变器必须自动从主网解列。
（6）监控和数据采集：
逆变器应有多种通讯接口进行数据采集并发送到远控室，其控制器还应有模拟输入端口与外部传感器相连，测量日照和温度等数据，便于整个电站数据处理分析。
（7）逆变器主要技术指标还有：
额定容量、输出功率因数、额定输入电压、额定电流、电圧调整率、负载调整率、谐波因数、总谐波畸变率和畸变因数等。
（8）集中式与组串式逆变器的比较，见下表：
集中式逆变器与组审式逆变器对比表
对比维度
集中式
组串式
发电量
1.系统损耗主要体现为直流侧失配
及电缆损耗；
2.实际工作效率高；
体积大，散热条件好，温度降额性能好，55°C可满载运行：
3.室内工作，环境温度低，条件好，可靠性高。
但逆变器失效对发电量影响大。
4.局部遮挡造成组串失配，影响发电：
子阵形状不规则，直流汇流箱位宜布局受到严重影响，直流线缆长度差异巨大，压降不同，造成组串失配，影响发电量
1.系统损耗主要为交流侧电缆损
耗：
2.实际工作效率较低；功率密度高散热条件差温度降额性能差，
50°C即降额至90%；
3.户外工作，环境温度高，条件恶劣，可靠性低。
但逆变器失效对发电量影响低
4.多路MPPT应对朝向各异及局部遮挡，大幅减轻失配程度，减少发电损失，提升收益：
布局灵活，克服线缆长度差异导致的压降不同，减少失配，提升发电量
1.直流走线长，拉弧风险高，火弧
安全可靠性
困难，电站火灾隐患大，冬季尤英
明显；
2.直流汇流箱通信可靠性低，危情
不可知，不可控
3.膜电容设计；
4.元器件数量13480只/MW元器件工
作于相对较低温度环境
1.直流环VT短，无熔丝，拉弧风险降至最低：
2.组串级监控,通讯可靠性髙，风险可知可控
3.电解电容设计：
4.元器件数量102700只/MW；元器
件工作于髙温环境
初始投资成本
1•逆变器箱（房）安装施工需丄地平整，建设施工、安装难度大，成本高；
2.山地电站子阵分散，容量大小不一，集中式逆变器难以完美匹配，
1比壮工至丁主-!
心谕〒出:
壮
难度小，成本低：
2.匹配山地电站子阵分散容量不一的情形：
易造成投资浪费：
后期运维成本
1•集中维护；设备数量少：
器件级维护；
2.山髙坡陡、区域分散导致山地电站投运后运维难度及成本（人员、车辆等）较地而电站呈现指数级增加；
3.集中式方案难以对组串进行精准监控，进一步加剧运维难度及工作量；
要整机更换：
2.IP65,防尘防水，免维护：
3.组串级监控，异常左位精准，可
实现网上巡检和智能营维；
电网友好性
低穿和电网调度可靠
多台直接并联，存在谐振风险。
特
别是在弱电网环境：
低穿和电网调度存在风险
组串式逆变器小巧轻便，易于安装，具有高度灵活性，可以做成单组串接入,也可以多个组串接入逆变器的不同MPPT通道中，确保每一光伏组串具有最大功率输出。
当光伏阵列部分被遮挡或者组串在不同方位和倾角时，组串式逆变器可以更好的跟踪太阳能组串的最大功率，从而最大化的保证发电量。
系统冗余度高，当单个组吊式逆变器退出运行时，不影响其他逆变器的丄作，对整个光伏电站发电量影响较小。
因此本项□推荐选用组串式逆变器。
选用逆变器技术参数均满足《国家电网公司光伏电站接入电网技术规定》的要求，且绝对最大输入电圧MPPT输入电压范用相差不大，随着额定交流输出功率的增大，逆变器效率及输出电流增大。
本项LI所选逆变器满足电网公司对光伏发电系统的低电压穿越的要求，功率因数范围超前0.8至滞后0.8。
（9）支架选型
此类项訂光伏组件和屋顶结合，支架是用于支撑稳固光伏组件的装置，并满足屋顶的承载能力。
在选择时应保证质量满足强度、稳定性和刚度要求，并符合屋顶承载力、抗震、抗风和防腐等要求。
（10）运行方式确定
在光伏发电系统的设计中，光伏阵列的运行方式对发电系统接收太阳能辐射量影响很大，进而对光伏发电系统的发电能力影响也较大。
伏阵列的运行方式可分为固定式与跟踪式两种。
固定式安装是指与地面成一定角度固定在支架结构上的光伏组件不随太阳位置的变化而移动，而跟踪式可以跟随太阳位置的变化而移动。
跟踪式可分为水平单轴跟踪、斜单轴跟踪和双单轴跟踪三种方式。
水平单轴跟踪是指转动轴为水平放置，会随着太阳每日自西向东的变化而移动，只改变光伏阵列东西方向的倾斜角，一般可以横向连成一排同时联动运行，也可以进一步纵向排与排联动运行。
斜单轴跟踪是指转动轴以一定倾斜角南北向放置,随着太阳位置因季节性南北方向变化而移动，只改变光伏阵列南北方向的倾斜角。
与固定式安装方式相比，水平单轴跟踪系统提升的发电量相对较高，但一般适用于低纬度地区。
双轴跟踪系统会随着太阳位置日变化、季节性变化而移动，结构比较复杂，其跟踪方式是通过改变光伏阵列的倾斜角和方位角追踪太阳运行轨迹或最大光照方向，从而达到最高发电量。
四种方案方式特性比较见下表：
四种跟踪方式特性比较
安装方式
性能提升
价格提升
运行稳定性
固定安装
0
很好
水平单轴跟踪
5〜10%
好
斜单轴跟踪
25%〜30%
5〜10%
好
双轴跟踪
30%〜36%
20%以上
一般
按照相关技术规定，水平单轴跟踪系统一般适用于南纬30°和北纬30°之间的低纬度地区，而拟建光伏发电项LI地处北纬42。
，从技术角度考虑不推荐釆用水平单轴跟踪系统安装方式。
对固定式、斜单轴跟踪方式、双轴跟踪方式三种安装方式进行发电量初步计算，得出采用斜单轴跟踪方式，系统在日出至日落均没有任何遮挡的理想情况下理论发电量比固定式可提高25%〜30%；采用双轴跟踪方式，系统理论发电量比固定式可提高30%〜36%。
但实际跟踪式工程发电量因客观原因比理论值小，常见影响因素有:
太阳能光伏组件间的相互投射阴影、跟踪支架维修相对较多运行稳定性一般、难于同步等。
根据已建工程调研数据，采用斜单轴跟踪方式的系统实际发电量较固定式提高约18%,釆用双轴跟踪方式的系统提高约25%。
在此条件下，以固定安装式为基准，对lMWp光伏阵列采用固定式、斜单轴跟踪式、双轴跟踪式三种运行方式运行特点及投资进行比较，具体见下表：
lABVp阵列三种运行方式比较
项目
固定式
斜单轴跟踪方式
双轴跟踪方式
占地面积（万nf）
2.2
4.6
4.9
支架造价
1元/Wp
3元/Wp
5元/Wp
支架费用（万元）
100
300
500
估算电缆费用（万元）
240
400
420
直接投资增加百分比（％）
100
115
124
有旋转机构,工作量
有旋转机构,工作量
支撑点
多点支撑
多点支撑
单点支撑
R-
tvl/i?
f-4-t
布程分散，需逐个淸
2卜&土*卜上士士月亠
布置分散，需逐个淸
对固定式和跟踪式三种运行方式进行比较，跟踪式虽然能增加一定的发电量，但占地面积是固定式的2倍多，支架费用是固定式的3〜5倍，初始投资相对较高,而且后期运行过程中维护工作量较大，运行费用相对较高；另外电池阵列的同步性对机电控制和机械传动构件要求较高，自动跟踪式缺乏在场址区或相似气候环境下实际应用的可靠性验证；而固定式安装方式初始投资较低、支架系统基本免维护、运行稳定、性价比高，优势明显优于另外两种跟踪方式。
本工程推荐选用固定式运行方式。
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