太阳系的认识.docx

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太阳系的认识

20kW并网型太阳能光伏发电系统

一利用新型能源（太阳能）作为供电电源的意义

随着我国科技与经济的高速发展，能源的消费量在不断地提高，但是我国矿产资源人均占有量不到世界的一半，而单位产值能耗为世界平均水平的2倍，主要产品的能耗比发达国家高40%，70%靠火力发电。

矿产资源的储量是有限的（即不可再生），据统计按照目前我国的经济发展速度，从2000年开始我国能源的使用年限分别为：

石油15年、天然气30年、煤81年、铀50年。

由于能源问题是关系到一个国家生存与发展的一件大事，因此需要迫切寻找新类型的可再生能源，以补充矿产资源不可再生的局限性。

太阳能可再生能源由此成为许多世界发达国家首选并大力发展的能源，例如日本的“阳光计划”、德国的“百万屋顶计划”、美国的“百万屋顶计划”等等都是针对太阳能光伏发电所实施的。

二太阳能光伏发电系统的应用领域

太阳能光伏发电系统最初的主要应用领域为：

航空航天、通信、电力、交通、医疗、能源等，在这些领域中主要应用的设备为：

航空设备、宇宙航天器、通信主干线、发电厂通信控制设备、道路交通管理设备、医疗设备、核能控制设备、信号台或站设备等。

但随着科学技术的不断进步，太阳能光伏发电系统生产成本的不断降低，在世界乃至我国的一些公共设施及偏远地区乡镇也都迅速的开始采用可再生的、新型的太阳能光伏发电系统，为其用电负荷提供工作电源。

也就是说太阳能光伏发电产业的发展正以非常快速的脚步进行着。

太阳能光伏发电系统的优点就在于，只要将采光用的太阳电池放置在能够充分接受阳光的地方，就能够将发电系统产生的电能输出给用电设备或者储存在储能蓄电池中作为备用，因此太阳能光伏发电系统的应用地区也同样是非常广泛的。

三并网型太阳能光伏发电系统介绍

并网型太阳能光伏发电系统应用在有市电电网的地区，由太阳电池方阵所产生的电能送入到市电电网，且就近给工作负载提供供电电源，满足白天日常负载的正常使用。

此系统主要由太阳电池方阵、并网发电用功率调节器、市电电网、用电负荷设备及它们之间的连接电缆等组成。

有市电的正常情况下，在晴朗白天由太阳电池方阵产生电能，然后经过并网发电用功率调节器控制，首先输出给太阳能系统与市电电网并网点附近的用电负荷设备，如果当时太阳电池方阵的最大发电功率大于用电负荷设备消耗功率，则将剩余电量上送到市电电网，然后通过电网给市电电网上的其它用电负荷设备供电。

当并网点附近的用电负荷设备消耗的功率大于当时的太阳电池方阵最大发电功率，则用电负荷设备所消耗的功率由太阳电池方阵和市电同时提供，但是优先使用太阳电池方阵所产生的电能。

在无市电时，晴朗的白天太阳电池方阵产生的电能不能通过功率调节器提供给用电负荷设备。

因为此时用电负荷设备和无电的市电电网是连接在一起的，此时电网上的负荷功率将是一个无限大的用电负荷设备，而太阳电池方阵的发电量是有限的，因此，并网用功率调节器由于无法提供无限大的能量，而将关闭与市电电网连接的通道，并停止发电（即专业术语为：

孤岛效应）。

并网型太阳能光伏发电系统的示意图如下所示。

并网型太阳能光伏发电系统示意图

四并网型太阳能光伏发电系统的节能、环保、减排效应

太阳能发电作为一种环保能源，可以对社会做出很大的节能、环保、减排的贡献。

根据一个20kW的并网型太阳能光伏发电系统的年发电量，如果这些电是用火力发电产生的，则相应地由太阳能发电后，可以减少二氧化碳的排放量约为3.5吨、二氧化硫的排放量约为0.18吨、氮氧化物的排放量约为0.042吨。

所排放的这些气体如果用森林在一年内来吸收，则需要35.5公顷（1公顷≈100.5m×100.5m）面积的森林，即相当于我们一年种植了这么大面积的森林。

一个20kW的并网型太阳能光伏发电系统的年发电量，如果改用燃油来获得，则相当于得消耗5070升的燃油。

由此看来，一个20kW的并网型太阳能光伏发电系统对于环境保护方面的贡献是非常大的。

五设计计算依据

并网型太阳能发电系统的设计计算主要依据是设备的招标文件和相关国际、国家标准和气象地地理等数据，主要有：

IEC60891对晶体硅光电器件测量特性I-V的温度修正和辐照度修正的方法；

IEC60904光电器件；

IEC61173光电功率发生系统过压保护导则；

IEC61215-1993晶体硅地表光伏电池组件设计鉴定和定型；

1ECll94建筑物的电气安装；

GB/T6495.2-1996光伏器件第2部分：

标准太阳电池的要求；

GB/T12632-1990单晶硅太阳电池总规范；

GB/T19939-2005光伏系统并网技术要求；

IEC60896-2固定式铅酸蓄电池一般要求和试验方法第2部分：

阀调节型

IEC60068-2基本环境试验第2部分：

试验；

IEC61721-1995光电模块对意外碰撞的承受能力（抗撞击试验）；

IEC61427-1999太阳光电能系统用蓄电池和电池组；

IEC60364建筑物的电气设施；

IEC60269-1低压熔断器；

DL/T637-1997阀控式密封铅酸蓄电池订货技术条件。

GB/T2297　《太阳光伏能源系统术语》

GB/T11012《太阳电池电性能测试设备检验方法》

GB/T18210（IEC61829）《晶体硅光伏（PV）方阵I-V特性的现场测量》

GB/T18479（IEC61277）《地面用光伏（PV）发电系统概述和导则》

IEC61724《光伏系统性能监测、测量、数据交换以及分析导则》

IEEE928《地面光伏系统标准》

IEEE937《光伏系统铅酸蓄电池的安装与维护》

IEEE1013《光伏系统铅酸蓄电池的设计》

IEEE1374《地面光伏发电系统安全导则》

中国国家气象局提供的河南地区的气象数据表

六河南地理位置及日照、气温等气象数据分析

沁阳市经纬度：

北纬35°10′，东经114°36′根据所在地区日照时间的长短，可将我国划分为五类地区，河南被划归为三类地区。

三类地区全年日照时数为2200～3000小时，辐射量在502～586x104kJ／cm2·a，相当于170～200kg标准煤燃烧所发出的热量。

主要包括北京、山东、河南、河北东南部、山西南部、新疆北部、吉林、辽宁、云南、陕西北部、甘肃东南部、广东南部、福建南部、江苏北部和安徽北部等地。

太阳能资源分布图如下所示：

项目系统设计

1项目建设条件

本项目的实施地在沁阳市污水处理厂，光伏发电系统计划安装在该厂区屋顶上。

需要有效利用面积为150M2。

，没有任何障碍物。

2系统构成

光伏系统主要由光伏组件方阵、、接线盒、逆变器、控制器、以及与其它装置等部分构成。

光伏阵列由太阳能电池组件构成，伏阵列安装在屋顶上。

同时光伏阵列按照合理的组串方式接入接线盒然后接入逆变器，接线盒和逆变器中均含有防雷保护装置以及短路保护装置。

图3.1是该系统光伏组件与逆变器间的连接图。

图3.1光伏系统原理结构图

3光伏组件选型

光伏发电系统共使用80件，系统安装总功率为2kWp，安装光伏组件面积约为150m2。

选用250W多晶硅光伏组件，该组件基本性能参数如表3.1及外观尺寸和IV曲线如图3.2。

峰值功率（Pmax）

250Wp

开路电压（Voc）

37.59V

短路电流（Isc）

9.15A

最大功率点电压（Vmp）

30.27V

最大功率点电流（Imp）

8.25A

外形尺寸（mm）

1650×990×40

重量（kg）

19.5

电流受温度影响率

0.06%/0C

电压受温度影响率

-0.37%/0C

功率受温度影响率

-0.45%/0C

操作温度0C

-400C~850C

最大系统电压

1000VDC

图3.2组件的外观尺寸及IV曲线图

4光伏组件布置方案

本项目综合考虑系统的发电性能，计划光伏组件朝正南方向排布，其目的是让光伏电池吸收最多的太阳能。

太阳能电池组件排布为两排，倾角约为36度。

光伏组件与支架采用角钢固定。

图3.3太阳能光伏系统方阵排布

5逆变器选型

该项目对用电的安全，质量、可靠性等都有很高的要求，而逆变器作为其中重要的电气设备，其质量和稳定性直接影响光伏发电系统的发电质量和系统稳定性，所以，建议采用质量较好的专用光伏逆变器。

如图3.6所示：

图3.6光伏逆变器

逆变器参数

型号

GW20K-DT

额定容量

20KW

最大直流输入功率

20.5KWp

最大直流输入电压

850Vdc

最大输入路数

6路

最大功率点跟踪（MPPT）范围

330Vdc~740Vdc

最大输入电流

30A

输出额定交流功率

20KW

最大交流输出功率

20KW

额定输入输出时电流谐波含量（THD）

<1.5%（额定功率时）

额定输入时输出功率因数

>0.99

最大效率

98.2%

欧洲效率

99.5%

允许电网电压范围

260VAC～850AC

额定电网电压

3W/N/PE,230/400V

待机功耗[W]

10W

自动投运条件

直流输入及电网满足要求，逆变器自动运行

保护功能

直流、交流过压及欠压保护，交流过、欠频保护，过载保护，短路保护，漏电保护，过热保护，防孤岛保护等

通讯接口

USB2.0;RS485/Wi-Fi/ZigBee（可选）

电气绝缘性能

直流输入对地

1250VAC，1分钟

直流与交流之间

1250VAC，1分钟

使用环境温度

－20℃～＋40℃

使用环境湿度

0～95%，不结露

允许最高海拔

6000米（超过2000米需降额使用）

冷却方式

强制风冷

噪音

≤<45dB

防护等级

IP65

显示方式

液晶显示屏

尺寸（宽×深×高）

516*650*203mm

重量

39kg

表3.3逆变器参数

6风压荷重

风压荷重是假想荷重中最大的荷重，太阳能电池方阵因风引起的损坏多数在强风时发生，因此本设计中的风压荷重只适用于防止因强风导致的破坏为目的。

风压荷重W=Cw·q·Aw

式中Cw—风力系数方阵逆风时系数取1.43，支架采用槽钢时系数取2.1

q—速度压（N/m2）

Aw—受风面积（m2）

速度压q=q0·a·I·J

q0—基准速度压

高度补偿系数a=（h/h0）1/n[10]方阵的地面以上高度，h0=10，n=5用途系数，普通太阳能发电系统取1,J—环境系数中层建筑物分布区域取0.7

对于设计速度压，在我国《建筑地基基础工程施工质量验收规范》（GB50202）、《钢结构工程施工质量验收规范》（GB50205）中相关规定，建筑物高度16m以下的部分用q=60·√h计算，超过16m的部分用q=120·4√h计算，充分考虑太阳能电池方阵的结构更近于钢结构，因此基准速度压由下式算出：

q0=1/2·ρ·V02

ρ—空气密度风速（NS2/M4）从安全角度考虑，取冬天较大的值：

1.274。

V0—设计用基准（m/s）取当地近50年内出现的最大实时风速。

7积雪荷重

积雪荷重是考虑冬季较大降雪时，积雪不能及时滑落对支架受力负荷，

S=Cs·P·Zs·As

Cs—坡度系数，45º面上坡度系数取0.5。

P—雪的平均单位质量（相当于积雪厚度1cm面积为1m2的质量，N/m2）一般为19.6。

Zs—地上垂直最深积雪量（cm）。

As—积雪面积方阵面积m2。

8地震荷重

地震荷重主要与系统固定荷重有关，计算式如下：

K=C1·G

C1—地震层抗剪系数

C1=Z·Rt·Ai·C0

Z—地震地域系数。

Rt—震动特性系数。

Ai—层抗剪分布系数。

C0—标准抗剪系数

施工组织设计

1施工条件

本项目在沁阳市北纬35°05′，东经114°57′，年平均日照2308.6小时，日照资源丰富。

2施工交通运输

沁阳市周围基础建设齐全，道路通畅，公路交通网络建设完善，陆路交通便利，满足太阳能光伏发电场的对外交通运输要求。

3太阳能光伏阵列安装

一太阳能光伏阵列安装时需注意的问题

（1）电池板排列应主要考虑串联数和并联数，不能造成电池板闲置浪费等问题。

阵列数应和串并联数合理配合，方便分组连线。

（2）光伏阵列电池板之间应该留有专门的维修通道。

（3）光伏建筑一体化屋顶阵列应充分考虑排水问题。

（4）光伏建筑一体化还要考虑安装形式适不适宜接线问题。

（5）太阳能光伏阵列的安装应充分考虑其所在建筑本身结构的承重能力，支架的承重点要绝对保证座落在建筑主体大梁上，以免留下安全隐患或是造成施工事故。

（6）在太阳能光伏阵列的安装需要破坏楼顶部分结构时，应充分论证，征求业主的同意，在不影响楼体安全与防水条件的情况下进行。

（7）如果整个系统由多个子系统构成，太阳能光伏阵列的安装应注意考虑各个子系统的均衡，与配电房间的距离等。

（8）在太阳能光伏组件安装时，应尽量避免在风大天气，以防安装组件时因风大而对施工人员人身安全或是组件本身的结构造成非预期的危害或是损害。

二太阳能光伏阵列支架设计的基本要求

（1）应遵循用料省、造价低、坚固耐用、安装方便的原理进行太阳能光伏阵列支架的设计生产和制造。

（2）太阳能光伏阵列支架应选用钢材或铝台金材料制造，其强度应可承受7级大风的破坏。

（3）太阳能光伏阵列支架的金属表面，应镀锌、镀铝或涂防锈漆，防止生锈腐蚀。

（4）在设计太阳能光伏阵列支架时，应考虑当地纬度和日照资源等因素。

既要考虑与建筑本身的结合度，也要在这个基础上充分优化调整太阳能光伏阵列的向日倾角和方位角的结构，以便充分地接受太阳辐射能，增加太阳能光伏阵列的发电量。

（5）太阳能光伏阵列支架的连接件，包括组件和支架的连接件、支架与螺栓的连接件以及螺栓与方阵场的连接件，均应用不锈钢钢材制造。

20KW并网型太阳能发电系统投资估算与经济效益分析

一光伏项目投资估算

1投资估算内容

本项目位于沁阳市污水处理厂内，系统安装在厂区屋顶上，安装面积约150m2组件数量80块，系统计划装机容量为20KW，该系统为自发并网型，首年发电量预计为29937度。

项目预计总投资为19.5万元。

投资项目包括购买太阳电池组件、直流防雷汇流箱、直流配电柜、逆变器、配电系统、电缆、电池组件安装架、配电房及人工成本。

2系统设备清单

参照科研计划类似工程项目的费用、设计要求及相关系统功能要求，系统设备清单如下表所示。

序号

项目

明细

1

光伏阵列

太阳能电池组件

支架

单元接线盒

电缆电线

2

逆变设备

逆变器

接线电缆

监控装置

计量装置

防雷及接地装置

3

场地基础

光伏阵列基础

屋面保养

线缆

设备电气基础

4

其他费用

二前期投资

（1）本项目新建建筑和构筑物，根据其建设面积、结构特点、参照同类建筑、构筑物造价及当时当地造价水平，套用概算指标计算。

（2）设备基础费，根据设备基础的大小和深浅，参照国家机械局颁发的设计概算指标，按设备原价的百分比率来确定。

（3）设备购置费包括设备原价和运杂费，设备原价按现格价计算，运杂费参照国家机械局颁发的设计概算指标规定的计算办法和费率计算。

（4）设备安装工程费等于设备原价乘以设备安装费率。

设备费率按国家机械局颁发的规定的计算办法和费率计算。

（5）其他费用包括土地征购费、建设单位管理费、建设工程监理费、勘察设计费、报建费等费用构成。

（6）勘察设计费按国家物价局、建设部联合发布的“工程勘察和工程设计收费标准”规定的计算办法和费率计算。

（7）预备费用由基本预备费用和涨价预备金组成，参照国家计委计算[1985]352号文的有关规定，按工程费用和其他费用之和的百分比率计算。

三投资资金估算表

单位：

元

序号

项目

明细

人民币元/瓦

合计元

1

光伏阵列

太阳能电池组件

5

100000

支架

1.45

29000

单元接线箱

0.1

3000

电缆电线

0.2

4000

2

逆变设备

逆变器

0.9

20000

电缆

0.2

4000

控制器

0.2

4000

计量装置

0.2

4000

防雷及接地装置

0.3

6000

3

场地基础

光伏阵列基础

0.5

10000

安装工资

1.1

2000

线缆

0.25

5000

设备电气基础

0.3

6000

合计

195000

四项目财务分析

本系统完成后，在理论状态下，年均节省电费支付35055元，本项目总投资195000元，生命周期内发电为684017.9度，按照企业用电标准0.75元/kwh，整个系统可以为企业节约电费516013.45元，加上中央关于光伏并网系统的补贴0.42元/kwh，为287287加上516013.45一共是800330.45元。

按照每年节省电费3.5万元计算，本项目回收期为5.5年。

因此，从经济评价的角度看，本项目的建设是可行的。