光伏发电系统专项方案专业设计项目说明书.docx

1、光伏发电系统专项方案专业设计项目说明书光伏发电工程 项目方案设计书一、概述1.1 项目概况1)建设规模：光伏系统用来供应社区道路亮化用电及楼宇亮化用电。该系统设计使用最大负荷50KVA，为保证系统在持续阴雨天或其他太阳辐射局限性状况下正常使用，系统接入市电作为辅助能源，提高系统稳定性能。为减少系统因直流端电流过大导致线路损耗，系统采用220V直流接入逆变输出三相380V/220V交流。针对固定式安装电池板，采用最佳倾角进行安装，石家庄地区最佳角度为46度（朝向正南），控制柜、逆变器及蓄电池储能系统均须安放于在室内。1.2 编制根据本初步设计阐明书重要依照下列文献和资料进行编制：1)GB5005

2、4低压配电设计规范；2)GB50057建筑物防雷设计规范；3)GB31T316都市环境照明规范；4)GBJl3390民用建筑照明设计原则；5)JGGT16921民用建筑电气设计规范；6)GBJ687建筑设计防火规范；7)中华人民共和国可再生能源法；8)国家发展改革委可再生能源发电关于管理规定；二、建设地址资源简述2.1日照资源国内属世界上太阳能资源丰富国家之一，全年辐射总量在9172333kWh/年之间。全国总面积2/3 以上地区年日照时数不不大于 小时。国内太阳能资源按日照时间和太阳能辐射量大小，全国大体上可分为五类地区： 一类地区：全年日照时数达到32003300小时地区，重要涉及青藏高原

3、、甘肃省北部、宁夏北部和新疆南部等地。二类地区：全年日照时数达到30003200小时地区，重要涉及河北省西北部、山西省北部、内蒙古南部、宁夏南部、甘肃省中部、青海省东部、西藏东南部和新疆南部等地。 三类地区:全年日照时数达到22003000小时地区，重要涉及山东省、河南省、河北省东南部、山西省南部、新疆北部、吉林省、辽宁省、云南省、陕西省、甘肃省东南部、广东省南部、福建省南部、江苏省北部和安徽省北部等地。四类地区：全年日照时数达到14002200小时地区，重要是长江中下游，福建省、浙江省和广东省一某些地区，此类地区特点是：春夏多雨或阴天，秋冬季太阳能资源较丰富。五类地区：全年日照时数达到100

4、01400小时地区，重要涉及四川省、贵州省两省。此区是国内太阳能资源较少地区。一、二、三类地区，年日照时数不不大于h，是国内太阳能资源丰富或较丰富地区，面积约占全国总面积23以上，具备运用太阳能良好条件。四、五类地区虽然太阳能资源条件较差，但仍有一定运用价值。如图2-1图2-1 全国太阳能资源分布图2.2 接入系统条件本工程采用低压交流380V输出方式。顾客可以直接在交流输出端通过配电接入负载即可。该系统灵活以便，并配备了市电进行补充，保证系统安全稳定运营。三、总体方案设计3.1光伏工艺某些3.1.1设计根据建筑构造平、立、剖面图，电气施工图等资料。国家颁布关于技术原则及行业技术原则、法规及规

5、范有效版本。3.1.2设计原则 本项目装机容量55.35kW，采用单晶硅太阳能电池组件270块固定式安装，安装倾角为朝南46度。3.1.3设计内容本项目光伏工艺设计内容涉及太阳电池组件选型，光伏阵列设计，系统效率分析，系统发电量计算，光伏工艺总平面布置，支架设计。3.2太阳电池组件选型太阳能光伏发电系统是运用光生伏打效应原理制成太阳能电池将太阳能直接转换成电能。工作原理基本是半导体p-n结光生伏打效应，简言之，就是当物体内电荷分布状态发生变化而产生电动势和电流一种效应。当太阳光或其他光照射半导体p-n结时，就会在p-n结两边浮现电压，叫做光生电压。这种现象就是知名光生伏打效应。使p-n结短路，

6、就会产生电流。太阳能电池单体是用于光电转换最小单元。它尺寸约4平方厘米到100平方厘米。太阳能电池单体工作电压为0.450.50伏，工作电流为20mA/cm2，普通不能单独作为电源使用。将姗能电池单体进行串联并联和封装后，就成为太阳能电池组件。太阳能电池再通过串联，并联装在支架上，就构成了大阳能电池方阵。它功率从几瓦到几百瓦，可以单独作为电源，它也可以输出几百瓦，几千瓦或更大功率，是光伏电站电能产生器。太阳能电池电气特性与参数：图3-1太阳能电池伏安特性图3-1从图中可得当太阳能电池组件短路时，即负载v=0时，此时电流为短路电流Isc，当电路开路时，I=0，此时电压为开路电压VOC。当太阳能电

7、池两端电压从0上升时，例如逐渐增长负载电阻，在光辐射恒定条件下，开始太阳能电池输出电流几乎不变，输出功率不断增长。当电池电压增长到一定值时，输出电流开始变小，输出功率达到一种最大值，即最大功率点，之后随着电池电压升高，输出电流和功率都不断变小，最后输出电流减为0，输出电压达到最大值开路电压。太阳能电池伏安特性还与温度关于系，随着温度上升开路电压减小，在最大功率点典型温度系数为-0.4%/。在衡量太阳能电池组件性能时需用到峰值功率，其单位是峰瓦（Wp)。在原则条件下（光谱幅照度1000W/mq，光谱AM1.5，电池温度25），太阳能电池组件所输出最大功率被称为峰值功率。当前整个光伏发电行业使用均

8、为硅太阳能电池。以硅材料作为基体太阳能电池。如单晶硅太阳电池，多晶硅太阳能电池和非晶硅太阳能电池等。制作多晶硅太阳能电池材料，用纯度不太高太阳级硅即可。而太阳级硅由冶金级规用简朴工艺就可以加工制成。多晶硅材料又有带状硅、锻造硅、薄膜多晶硅等。用它们制造太阳能电池有薄膜和片状两种。1)单晶硅太阳能电池单晶硅太阳电池是当前开发最快一种太阳电池，它构造和生产工艺已定型，产品已广泛用于空间和地面。这种太阳电池以高纯单晶硅棒为原料，纯度规定99.999%。为了减少生产成本，当前地面应用太阳电池等采用太阳能级单晶硅棒，材料性能指标有所放宽。单晶硅太阳能电池制导致本较高，但光电转化效率也最高，国际公认最高效

9、率在AM1.5条件下为24，地面用大量生产在AM1条件下多在1118之间。当前单晶硅转化效率是其她晶硅材料中最高。2)多晶硅太阳能电池当前多晶硅太阳电池使用多晶硅材料多半是具有大量单晶颗粒集合体，或用废次单晶硅材料和冶金级硅材料熔化浇铸而成，然后注入石墨铸模中，待慢慢凝固冷却后，即得多晶硅锭。这种硅锭可铸成立方体，以便切片加工成方形太阳电池片，可提高材料运用率和以便组装。多晶硅太阳电池制作工艺与单晶硅太阳电池差不多，其光电转换效率约12%左右，稍低于单晶硅太阳电池，但其材料制造简便，节约电耗，总生产成本较低，但转化率较单晶硅电池比低诸多。3)非晶硅太阳能电池 非晶硅太阳电池是1976年浮现新型

10、薄膜式太阳电池，它与单晶硅和多晶硅太阳电池制作办法完全不同，硅材料消耗很少，电耗更低，非常吸引人。非晶硅太阳电池构造各有不同，其中有一种较好构造叫PIN电池，它是在衬底上先沉积一层掺磷N型非晶硅，再沉积一层未掺杂I层，然后再沉积一层掺硼P型非晶硅，最后用电子束蒸发一层减反射膜，并蒸镀银电极。此种制作工艺，可以采用一连串沉积室，在生产中构成持续程序，以实现大批量生产。同步，非晶硅太阳电池很薄，可以制成叠层式，或采用集成电路办法制造，在一种平面上，用恰当掩模工艺，一次制作各种串联电池，以获得较高电压。当前日本生产非晶硅串联太阳电池可达2.4伏。非晶硅太阳电池存在问题是光电转换率偏低，且不够稳定，因

11、此尚未大量用作大型太阳能电源，多半用于如袖珍式电子计算器、电子钟表及复印机等方面。综上所述在晶体硅系列太阳能电池中，单晶硅大阳能电池转换效率最高，技术也最为成熟，在大规模应用和工业生产中仍占据主导地位，并且由于当前单晶硅材料价格已经多晶硅材料相差不大，在光伏系统中被大量使用，该系统中设计使用单晶硅光伏电池组件，单块功率200W，电池片效率高达17.8%。参数如下表：表3-1 光伏组件参数一览表序号项目内容1型式常规单晶硅组件2型号HG205S3尺寸构造158080850（mm）4在AM1.5、1000W/ m2辐照度、25电池温度下峰值参数：4.1原则功率200W4.2峰值电压37.5 V4.

12、3峰值电流5.33 A4.4短路电流5.66 A4.5开路电压45 V4.6系统电压1000 V5峰值电流温度系数0.017 %/6峰值电压温度系数-0.34 %/7短路电流温度系数0.017 %/8开路电压温度系数-0.34 %/9温度范畴-40/+8510功率误差范畴3%11表面最大承压5400Pa12承受冰雹直径25 mm冰球，实验速度 23 m/s13接线盒类型BOX0714接线盒防护级别IP6515电池片效率17.8%16组件效率15.6%17保证值15.3%框架构造铝合金18背面材料TPT19重量16.2KG3.2.1电池组件性能当前我公司开发研制HG系列太阳电池组件，最大功率组件

13、为280多瓦 ，最小功率组件为1.5W，重要应用在光伏工程、节能建筑、通讯、电力电子、太阳能灯具等领域。 产品构造：原则晶体硅太阳电池组件采用封装构造为：由低铁钢化玻璃一EVA一太阳电池一EVA一TPT层叠封装后，再组装铝合金边框和接线盒。 产品特点：按国际电工委员会IEC61215：1993原则进行设计，并通过充分实验论证，保证组件质量、电性能和寿命规定；组件标称工作电压和标称输出功率可按不同规定设计，满足不同顾客需求；采用绒面低铁钢化玻璃 (又称为白玻璃)，厚度3.2mm，透光率达89以上，电池组件整体有足够机械强度，能经受运送、安装和使用过程中发生冲击、震动和其她应力，并具备优良防腐、防

14、风、防水和防雹能力；采用加有抗紫外剂、抗氧化剂和固化剂优质EVA（乙烯醋酸乙烯共聚物）膜层作为太阳电池密封剂和与玻璃、TPT之间连接剂。具备高透光率（胶膜固化后透光率89.5）和抗老化能力；TPT（聚氟乙烯复合膜）：用于太阳电池组件封装TPT至少应当有三层构造：外层保护层PVF具备良好抗环境侵蚀能力，中间层为聚脂薄膜具备良好绝缘性能，内层PVF需经表面解决和EVA具备良好粘接性能。电池组件绝缘强度不不大于100M；专用太阳能电池组件优质密封硅胶，增长组件绝缘性能和防止湿气进入组件，保证组件寿命；组件在-40低温下和85高温下可正常工作；产品使用寿命长：25年，功率衰减小；密封防水多功能接线盒，

15、防护级别达到IP65，内装旁路二极管，有效防止热斑效应导致电池烧毁等质量事故；阳极氧化铝边框和出厂所携带接线盒保证安装简便快捷。3.3光伏阵列设计3.3.1光伏阵列倾角拟定本项目所在地地理坐标为：北纬38.54度，东经121度。（1） 不同朝向与倾角安装太阳电池发电量比较（见图示）:假定向南倾斜最佳倾角安装太阳电池发电量为100，则其他朝向全年发电量均有不同限度减少。（2）光伏组件安装方向应一致，朝向正南，有助于最大收集太阳辐射。（3）离网发电太阳电池方阵安装倾角与并网不同，并网光伏发电考虑应当是取全年能接受到最大太阳辐射量所相应角度，而对于离网光伏系统来讲，着重考虑是随着季节性日照量变化保持

16、整个光伏系统发电均衡性来考虑。依照石家庄本地气象和地理资料,可以求出全年能均衡接受到太阳辐射量所相应角度即为方阵最佳倾角。（4）本工程在考虑发电效率状况下，选取朝向南方安装，最佳倾角通过计算为46度。3.3.2支撑构造支撑构造是支撑固定太阳能电池板并且使其有一定倾斜角度，同步具防风沙雨水能力，以及具备一定防腐性能。支撑构造与基本通过预埋件连接，型钢之间用紧固件连接，便于安装和维护。太阳能电池方阵支架选用钢、铝材制造,其强度达到可承受10级大风能力。太阳能电池方阵支架金属表面，必要进行热镀锌解决，以防止风沙雨水冲刷和生锈腐蚀。太阳能电池方阵支架连接件，涉及组件和支架连接件、支架与螺栓连接件以及螺

17、栓与方阵场连接件，均以电镀钢材或不锈钢材制造。如下图为支架连接图:图3-3-1组件阵列排布示意图（平地安放形式）图3-3-2组件阵列间距排布示意图（立杆安放形式）3.4系统效率分析离网光伏发电系统总效率由光伏阵列效率、控制逆变器效率、蓄电池储能充放电效率等三某些构成。（1）光伏阵列效率1：光伏阵列在1000W/太阳辐射强度下,实际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损失涉及：组件匹配损失、表面尘埃遮挡损失、不可运用太阳辐射损失、温度影响、最大功率点跟踪精度、及直流线路损失等，设计效率取95%。（2）控制、逆变器转换效率2：离网逆变器输出交流电功率与直流输入功率之比，效率取90%

18、。（3）蓄电池充放电效率3：控制器给蓄电池充电到蓄电池放电过程中，有一定效率损失，其中其中有效效率取90%。（4）系统总效率为：总12395%90%90%77.7%四、电气某些4.1 概述系统采用220V直流接入逆变输出单相220V交流。发电系统可应满足40KW负荷日用电12小时。为保证系统在持续阴雨天或其他太阳辐射局限性状况下正常使用，系统接入市电作为辅助能源。保证用电负荷全天候不断电。设计蓄电池容量满足负荷在当天充电当天使用蓄电池电，不设立持续阴雨天规定。4.1.1 设计根据国家及地方现行关于设计规范和原则民用建筑电气设计规范JGJ16-供配电系统设计规范GB50052-95低压配电设计规

19、范GB50054-95通用用电设备配电设计规范GB50055-93电力工程电缆设计规范GB50217-94建筑物防雷设计规范GB50057-94建筑物电子信息系统防雷技术规范GB50343-建筑电气工程施工质量验收规范GB50303-交流电气装置接地DL 621-19974.2 系统方案设计选型本太阳能光伏发电工程拟定总装机容量约为55.35KWp，由270块、205Wp/块单晶硅太阳电池组件构成。根据负荷分布位置多地点特点，按几何图形划分不规则子系统按模块化型式建设。依照光伏发电系统装机容量和供电系统实际接线状况，设计如下接入系统方案：太阳能光伏发电普通有两种运用方式：一种是依托蓄电池来进行

20、能量存储，即所谓独立发电方式；另一种是不使用蓄电池，直接与公用电网并接，即并网方式。4.2.1独立光伏发电方式独立发电系统基本工作原理就是在太阳光照射下，将太阳电池组件产生电能通过控制器控制给蓄电池充电或者在满足负载需求状况下直接给负载供电，如果日照局限性或者在夜间则由蓄电池在控制器控制下给直流负载供电，对于具有交流负载光伏系统而言，还需要增长逆变器将直流电转换成交流电。独立发电系统普通由太阳板、控制器、蓄电池、逆变器等构成。独立系统普通也称为离网系统，多用在偏远地区、电网敷设较困难地区以及需要夜间供电光伏发电项目中，也用于太阳能路灯、草坪灯、监控摄像头等系统中作为独立电源使用。图4-1 独立

21、光伏系统示意图4.2.2并网发电方式并网发电系统普通由太阳组件、并网逆变器等构成。普通还涉及数据采集系统、数据互换、参数显示和监控设备等。并网发电方式是将太阳能电池阵列所发出直流电通过逆变器转变成交流电能输送到公用电网中，无需蓄电池进行储能，相比较而言，并网发电较便宜，并且完全无污染。并网发电系统采用并网逆变器拥有自动相位和电压跟踪装置，可以非常好配合电网微小相位和电压波动，不会对电网导致影响。当前国际上90%以上太阳能系统采用并网发电，并网发电是太阳能发电系统趋势所在。图4-2 并网光伏系统示意图光伏发电并网模式分类：光伏并网发电方式又分为低压配电侧和高压输电侧发电并网模式。1、低压配电侧并

22、网（1）配电侧并网光伏发电处在负荷中心，可以起到消峰（Peak Shaving）作用，是“黄金电力”；（2）在配电网接入不超过15-20%光伏发电系统，不需要对电网进行任何改造，也不存在电力送出（逆流）和电网能力问题，对于电网公司仅仅是负荷管理；（3）配电侧并网光伏发电经济效益明显，“自发自用”（Net Metering）运营方式相称于电力公司以销售电价购买光伏电量;（4）光伏发电电力就地使用，减少了大量传播、变电损耗。2、高压输电侧并网（1）在发电侧并网 ；（2）电流是单方向 ； （3）不能自发自用，需要给出“上网电价”， 电网公司以高电价收购光伏发电电量，顾客缴纳常规低价电费。4.2.3光

23、伏发电工程采用离网光伏发电形式1)该工程用电负荷为社区内亮化用电；2)光伏发电电量就地使用，减少了大量传播、变电损耗；3)光伏发电装机总容量55.35kwp，就近逆变后直接接入负载输入端，蓄电池容量与光伏系统容量相匹配，另逆变器配备市电旁路作为对光伏发电补充。4.3 电气主接线本太阳能光伏发电工程拟定总装机容量为55.35Wp，由270块，205Wp/块单晶硅太阳能电池组件构成。由于控制器为MPPT构造，因此每台设备连接组串是一定，按照每个组件串列串联,9块太阳能电池组件为一组，因此总计756块太阳能电池组件共计输入30个串列，每个串列分别接入8路直流汇流箱一路，共计需要4台直流汇流箱，4台直

24、流汇流箱接入控制器、逆变器后通过用电方交流配电柜即可得到负荷所需要用电。整个系统共分两个相似配备。图4-3 光伏组件接线图4.4 重要设备选型4.4.1 控制器该控制器具备太阳能电池阵列接反、夜间防反充电、蓄电池过充电、蓄电池过放电、过载、短路等保护和报警功能。其特点采用了共负极控制方式，多路太阳能电池方阵输入控制；微电脑芯片智能控制，充放电各参数点可设定，适应不同场合需求；各路充电压检测具备“回差”控制功能，可防止开关进入振荡状态；控制电路与主电路完全隔离，具备极高抗干扰能力；采用LCD 液晶显示屏，中英文菜单显示；具备历史记录功能和密码保护功能；具备电量AH合计功能，涉及光伏发电量、负载用

25、电量、蓄电池电量合计功能；保护功能齐全，具备各种保护及告警功能；具备RS485/232通讯接口，便于远程遥信、遥控；具备各种故障报警无源输出接点功能；具备时钟显示功能；具备温度补偿功能等特点。采用阶梯式逐级限流充电模式，根据蓄电池组端电压变化趋势自动控制太阳能电池方阵依次接通或切离，实现蓄电池组安全迅速充电功能。下为控制器重要参数表：表4-1控制器技术参数性能指标SD220 300额定电压（V）DC220额定电流（A）300最大光伏组件功率（KWp）66光伏阵列输入控制路数10每路光伏阵列最大电流（A）30蓄电池过放保护点 （可设立 V）198蓄电池过放恢复点（可设立 V）226蓄电池过充保护

26、点（可设立 V）264负载过压保护点（可设立 V）320负载过压恢复点（可设立 V）280空载电流（mA）50电压降落光伏阵列与蓄电池（V）1.35蓄电池与负载（V）0.1温度补偿系数（mv/）05（可设立）使用环境温度（）-20+50使用海拔高度（m）5000（海拔超过1000米需按照GB/T3859.2规定降额使用。)防护级别IP20尺寸（宽高深）（mm）60012006004.4.2 逆变器该逆变器具备市电互补特性，性能可靠，地区适应性强，温度范畴宽（-35+55）。其核心元器件（如大功率MOS器件，控制芯片）均采用国际知名品牌：三菱、富士、西门子、IR等产品，保障了灯具使用寿命，有效减

27、少了产品故障率，通过近几年来大批量应用推广获得了良好信誉和质量保证。在任何状况下,对蓄电池过充电或过放电都会缩短蓄电池使用寿命。产品质量稳定,可靠性高,可适应各种恶劣场合。每款控制、逆变器都能较好实现时控+市电切换。咱们完美把光控、市电切换结合为一体，可以精确、高效控制负载工作时间。为本光伏系统设计选用市电互补太阳能光伏控制、逆变器，用单片机来实现PWM脉宽调制控制方式，使系统充电效率大大提高，可靠性高。具备太阳能电池组件、蓄电池反接保护、短路保护、反接保护功能；具备防止蓄电池通过太阳能电池组件反向放电保护功能；具备蓄电池布满断开（HVD）和欠压断开（LVD）功能；具备分析、辨认太阳能与市电工

28、作点切换功能，即在太阳能无法提供电能条件下，迅速切换为市电，响应时间为20S秒；具备空载电流小等特点。其控制器、逆变器参数表如下：表4-2 逆变器技术参数性能指标SN220 60K3SD1直流输入输入额定电压 (V)DC220输入额定电流 (A)296容许输入电压范畴 (V)180-300交流输出额定容量 (KVA)60输出额定功率 (KW)48输出额定电压及频率AC380/ 220V，50Hz(三相四线制)输出额定电流 (A)91.2输出电压精度 (V)94%输出频率精度 (Hz)AC380V3%波形失真率 (线性负载)500.05动态响应 (负载0100)5%功率因数5%过载能力0.8峰值

29、系数150%,10秒逆变效率 (80%阻性负载)3:01三相负载不平衡能力20使用环境温度 ()-2050防护级别IP20海拔高度 (m)5000（海拔超过1000米需按照GB/T3859.2规定降额使用。)尺寸立式(宽高深)mm80022606004.4.3 蓄电池依照负载用电需求，我公司通过专业离网光伏系统设计软件计算得出，对于55.35KWp系统，与之匹配蓄电池容量为规格3000AH。对于太阳能离网发电系统产品来讲，蓄电池性能好坏直接影响光伏系统综合成本，性能出众太阳能专用蓄电池，使用寿命是普通蓄电池两倍以上。采用性能优良蓄电池不但能减少蓄电池维护成本，又能减少资源挥霍。此外，由于同步也

30、减少了废旧蓄电池对环境污染概率。因此针对太阳能离网光伏系统工作环境特性，我公司采用是国内知名品牌全密封深循环铅酸蓄电池，是太阳能风能专用储能电池，电池供应商不但严格按照ISO14001国际环境体系和ISO9001质量管理体系控制生产，并且产品必须通过了国际电工认证（CE）、德国安全认证（VDS）或UL认证和国家权威检测，该产品符合国家技术原则，具备使用寿命长、低温性能好、维护简朴、贫液构造等特点，同步还具备优良恢复性能和优秀循环使用性，合用于各种工作环境。 该蓄电池温度特性为：在工作环境为0时容量不低于额定容量90%，温度在10时容量不低于额定容量80%，温度为-20时容量不低于额定容量70%。注：由于蓄电池内部重金属和酸液对环境有极大污染，因此选用通过ISO14001国际环境体系认证和有关安全认证产品，以及废旧蓄电池回收，对人类环保区有着极其重要意义。蓄电池详细参数见下表：此光伏工程采用太阳能风能专用蓄电池，共计使用110节，可以满足负载在持续三个阴雨天内正常工作。4.4.4太阳能光伏方阵直流防雷汇流箱