【系统设计】7kW户用分布式光伏发电设计方案

分布式光伏发电系统 方案 审 核 校 核 编 制 湖北美格新能源科技有限公司 2016 年 3 月 目 录 一、概 述 1.1 项目概况 . . 4 1.2 编制依据 4 1.3 地理位置 4 1.4 环境对设备影响 4 1.5 投资主体 5 1.6 国家政策及发展规划 5 二、太阳能发电系统设计 2.1 光伏发电组件选择 5 2.2 光伏发电站的运行方式选择 7 2.3 倾角度选择 . . 7 2.4 光伏系统方阵设计 . 7 2.5 光伏子方阵设计 8 2.6 年发电量计算 . 8 2.7 防雷设计 . . .8 三、成本及效益分析 3.1 成本 . . .9 3.2 效益 . . .10 四、施工方案设计 4.1 组织施工方案 . .10 五、家庭分布式发电运行问题汇总 5.1 运行中问题 . .11 附件 1 总体设计平面图 附件 2 具体电气设计图 一、概 述 1.1 项目概况 本项目位于佛山市南海区官窑镇， 屋顶面积为 84 ㎡， 计划装机容量为 7kW， 太阳能电池组件 47 块， 由广州敏诚建设工程有限公司负责电站的设计及施工安 装。 本工程按照“就近并网、 本地消耗、低损高效”的原则， 以建筑结合的分布 式并网光伏发电系统方式进行建设。 每个发电单元光伏组件通三相并网逆变器直 接并入三相低压交流电网（ AC380V， 50Hz） ， 通过交流配电线路给当地负荷供电， 最后以 10kV 电压等级就近接入，实现并网。由于分布式电源容量不超过上一级 变压器供电区域内最大负荷的 25，所有光伏发电自发自用。以保障安全、优化 结构、节能减排、促进和谐为重点，努力构建安全、绿色、和谐的现代电力工业 体系。 1.2 编制依据 国家、地方和行业的有关法律、法规、条例以及规程和规范。 1.3 地理位置 本项目位于广东省佛山市南海区官窑镇，地处东经 113 06 ，北纬 22 02 之间。全年总辐照小时多年平均约 1666 2120h，日平均日照小时 4.65 5.42h 1.4 环境对设备影响 区域气象条件对本 项目及主要设 备 的 影响 1）气温的影响 本工程选用逆变器的工作温度范围为 -1070℃， 选用电池组件的工作温度范 围为 -40 ～ 85℃。 正常情况下， 太阳电池组件的工作温度可保持在环境温度加 30℃ 的水平。本工程场区的多年平均气温 16.116.9 ℃，多年平均最高温度 38.4 ℃， 多年平均最低温度 -3 ℃。因此，按本工程场区极端气温数据校核， 本项目太阳电 池组件及逆变器的工作温度可控制在允许范围内， 地区气象温度条件对太阳电池 组件及逆变器的安全性没有影响。 2）冰雹的影响 根据 GB/T 18911-2002 地面用薄膜光伏组件设计鉴定和定型 （与 ICE 61646 标准等效） 进行核算，达到国家标准的太阳电池组件可经受直径 25mm、 速 度 23m/s 的冰雹打击。光伏电池组件生产厂家还可生产满足直径 35mm、速度 39.5m/s 的冰雹打击条件的产品。本项目区无冰雹日、冰雹大小的监测数据，不 能对冰雹影响的程度做出直接评价。 一般而言， 太阳电池组件的鉴定和定型标准 保证了太阳电池组件在世界范围内的工程运用，可以认为对本项目也是适用的。 3）风荷载的影响 本工程对于风荷载的设计取值主要依据建筑结构荷载规范 GB50009-2001 中的附图（ D.5.3） ，本工程确定的风荷载设计值为 0.5kN/m 2 （ 50 年一遇基本风压）并按此设计光伏电池组件的安装支架及基础 等。 4）雷暴的影响 本项目区无多年平均雷暴日数的监测数据，根据经验，本项目应根据电池组 件布置的区域面积及运行要求， 合理设计防雷接地系统， 并达到对全部太阳能电 池进行全覆盖的防雷接地设计。 5）太阳能资源评价 佛山位于广东省，地处东经 113 06 ，北纬 23 02 之间。全年总辐照量多 年 平 均 约 1346.85kWh/m 2 ， 根 据 行 业 标 准 太 阳 能 资 源 评 估 方 法 （ QX/T89-2008） 划定的等级，可知佛山市属于太阳能资源较丰富地区，适合开发 太阳能的利用， 日照小时数满足光伏系统设计要求， 发展与推广区域性光伏电站 具有光照资源很丰富的较大优势，适合本项目光伏电站的建设。 1.5 投资主体 本项目由业主投资，广州敏城建设工程有限公司兴建。 1.6 国家政策及发展规划 1、 关于发挥价格杠杆作用促进光伏产业健康发展的通知 摘要通知规定了国家对分布式发电系统实行全电量补贴 0.42 元 / 度， 连续补贴 20 年。分布式光伏发电系统自用电量免收随电价征收的各类基金和附 加， 以及其他相关并网服务费。 余电上网部分由电网企业按照当地燃煤机组标杆 上网电价收购。 2、 佛山市分布式光伏发电应用项目奖励和补助资金管理办法 （一）对使用分布式光伏发电项目的各类型建筑和构筑物业主 （ 1） 个人家庭提供自有建筑和构筑物面积达到安装单个分布式光伏发电项目规模 达 1000 瓦及以上的， 按 1 元 / 瓦奖励， 单个项目奖励最多不超过 1 万元 （禅城区） 。 （二）对分布式光伏发电项目的各类投资者 （ 1）对 2014 2015 年建成、符合补助范围的项目，按实际发电量补助 0.15 元 / 千瓦时，自分布式光伏发电项目实现并网发电的次月起连续 3 年给予补助。 3、光伏未来发展规划 二、太阳能发电系统设计 2.1 光伏发电组件选择 序号 设备名称 型号 数量 参数 备注 1 太阳能电池板 汉能 O系列 O-130 47 块 开路电压 73.42V 电流 2.41A 2 并网逆变器 追日电气 SPS-KTL10-B 1 台 3 防雷汇流箱 追日电气 SPV-B8 1 台 4 补贴电表三相 电表 供电局提供 1 台 5 并网双向电表 供电局提供 1 台 6 光伏导线 光伏单相 1kv 4 mm 2 现场确定 光伏三相 1kv 10mm2 7 光伏支架 现场定做 8 接地镀锌圆钢 现场定做 9 电流互感器 150/5A 供电局提供 6 台 10 0.4kV 交流柜 厂家定做 1 台 2.2 光伏发电站的运行方式选择 本项目计划楼顶可铺设电池板面积约为 84 平方米，可安装太阳能电池板 47 块，装机容量约 7kW。本工程按照“就近并网、本地消耗、低损高效”的原 则，以建筑结合的分布式并网光伏发电系统方式进行建设。每个发电单元光伏 组件通三相并网逆变器直接并入三相低压交流电网（ AC380V， 50Hz） ，通过交 流配电线路给当地负荷供电，最后以 10kV 电压等级就近接入，实现并网。由 于分布式电源容量不超过上一级变压器供电区域内最大负荷的 25，所有光伏 发电自发自用。 为了减少光伏阵列到逆变器之间的连接线及方便日后维护，建议配置光 伏阵列汇流箱，该汇流箱可直接安装在电池支架上，汇流箱的输出经直流线 缆接至并网逆变器，逆变器的交流输出 0.4KV,50Hz 三相交流电源，实现用户 侧并网发电功能。 2.3 倾角度选择 根据本项目的实际情况，结合佛山本地太阳辐射资源情况，保持原有建筑 风格，楼顶屋面采用搭棚支架 3 度倾角太阳能面板朝南布置。 2.4 光伏系统方阵设计 楼顶并网发电系统将采用分布式并网的设计方案， 单台并网逆变器装机容 量为 10KW， 容量 7kW的太阳能电站通过 1 台 SPS-KTL10-B并网逆变器接入 0.4kV 交流电网实现并网发电。电池组件可选用汉能公司自产的功率 130W 的非晶硅 太阳电池组件， 其工作电压约为 53.94V， 开路电压约为 73.42V 。 根据 SPS-30KTL 并网逆变器的 MPPT 工作电压范围（ 320V～ 800V） ， 每个电池串列按照 10 块 电池组件串联进行设计， 7kW 的并网单元需配置 5 个电池串列，需太阳能电 池板共 47 块。 为了减少光伏电池组件到逆变器之间的连接线，以及方便维护操作，建议 直流侧采用分段连接，逐级汇流的方式连接，即通过光伏阵列防雷汇流箱（简 称“汇流箱” ）将光伏阵列进行汇流。其中直流防雷配电单元是将汇流箱进 行配电汇流接入 SPS-KTL10-B 逆变器；经三相计量表后接入电网。 2.5 光伏系统方阵设计 1、考虑到房屋的实际情况每个光伏方阵容量、汇流箱、及逆变器等因素， 经技术经济比较后确定光伏方阵的容量为 6.11kW。 2、根据选定的光伏组件和逆变器形式与参数，结合逐时太阳能辐射量与 风速、 气温等数据， 确定非晶硅光伏组件组串数为 10， 汇流形式为 5 进 1 出。 3、本项目光伏组件直接安装在支架上，搭棚支架底座直接用膨胀螺丝打 入楼顶，在用混凝土浇筑底座。 4、汇流箱安装在支架或钢构上，具有防水、防灰、防锈、防晒，防雷功 能，防护等级 IP65 及以上，能够满足室外安装使用要求；安装维护简单、方 便、使用寿命长。直流汇流箱为 8 路输入， 1 路输出，带防雷模块。 2.6 年发电量计算 并网光伏系统的效率是指 系统实际输送上网的交流发电量与组件标称容 量在没任何能量损失的情况下理论上的能量之比。标称容量 1kWp 的组件，在 接受到 1kW/ m2太阳辐射能时理论发电量应为 1kWh。 根据太阳辐射资源分析 所确定的光伏电站多年平均年辐射总量， 结合初步选择的太阳能电池的类型和 布置方案，进行光伏电站年发电量估算，光伏系统总效率暂按 90计算。 2.7 防雷及接地 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。用户可根 据整个系统情况合理设计交流防雷配电、接地装置及防雷措施。系统的防雷接 地装置措施有多种方法，主要有以下几个方面供参考 （ 1）地线是避雷、防雷的关键，在进行太阳电池方阵基础建设的同时， 采用 40 扁钢，添加降阻剂并引出地线，引出线采用 10mm2铜芯电缆，在光伏 板周围敷设一以水平接地体为主，垂直接地体为辅，联合构成的闭合回路的接 地装置，供工作接地和保护接地之用。该接地采用方孔接地网，埋深在电池支 架基础的下方，接地电阻按交流电气装置的接地 DL/T 621 1997 中的规定 进行选择应不大于 4Ω 。 接地网寿命按 30 年计算。 接地装置符合 高压输变电 设备的绝缘配合 GB311.1-1997 和 电气装置安装工程施工及验收规范 中的 规定。 （ 2）直流侧防雷措施电池支架应保证良好的接地，光伏电池阵列连接 电缆接入光伏阵列防雷汇流箱，汇流箱内已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配电柜接入电 网（用户自备） ，可有效地避免雷击和电网浪涌导致设备的损坏； （ 4）所有的机柜要有良好的接地。 三、成本及效益分析 3.1 、成本 序 号 设备名称 型号 数量 单价 （元） 小计（元） 1 太阳能电池板 汉能 O系列 O-130 47 块 715 33605 2 并网逆变器 追日电气 SPS-KTL10-B 1 台 20000 20000 3 防雷汇流箱 追日电气 SPV-B8 1 台 5000 5000 4 并网双向三相电表 供电局提供 1 台 5 补贴三相电表 供电局提供 1 台 6 光伏导线 YJV-1kV 1 4mm2 150m 2.5 375 7 光伏导线 YJV-1kV 3 10 mm2 50m 6.8 340 8 光伏导线 YJV-1kV 3 101 6 mm2 100m 11 1100 9 光伏支架和棚架 67.21 ㎡ 80 5376.8 10 接地镀锌扁铁 400 100mm 20m 50 1000 11 电流互感器 150/5A 供电局提供 6 台 12 0.4kV 交流柜 厂家定做 1 台 8000 8000 13 混凝土块 500 500 400 6 座 80 480 14 电缆线槽 50 50 2000mm 50m 28 1400 76676.8 3.2 效益分析 根据佛山市地理气象条件和设备技术参数得出 佛山市平均年有效小时数 为 1666h， 一块太阳能 O-130 电池板为 130W合计 47 块 ， 并网逆变器逆变效 率为 98，线路损耗 98，由以上条件得出此年发电量为 1 年 1666h 98 98 0.13kW 479776.161kw.h 依照国家对新能源政策以及佛山市地方性政策可得出前 3 年效益 9776.161kw.h 3 年 0.95 （ 0.570.62 ）≈ 33155.851 元 后 22 年 9776.161kw.h 22 年 0.85 1.04190126.78 元 成本回收期大约为 四、施工安全 1、施工时高空作业 设备应尽量在地面进行拼装和固定，以减少高空作业工程量。根据电力行 业有关规定进行，并结合建构筑物状况设置的安全保护措施，避免高空作业事 故的发生。安装时严禁利用屋（棚）顶作为临时堆场，必须落实合理的施工组 织措施，起吊与安装应同步衔接，防止荷载集中，造成屋（棚）顶垮塌。 光伏电站升压站内电气一次、二次设备安装时，应根据电力行业有关规定 制定施工方案，施工方案应包括安全预防和应急措施，并配备有相应的现场安 全监察机构和专职安全监督员。 2、施工时用电作业及其它安全措施 （ 1）施工现场临时用电应采用可靠的安全措施。 （ 2）施工时应准备常用的医药用品。 （ 3）施工现场应配备必要的通讯设备，如对讲机等。 五、家庭分布式发电运行问题汇总 1、打雷了接触电池板会不会触电 （光伏系统都有防雷措施。 ） 2、电池板反光，影响邻居 （目前光伏组件基本采用镀膜玻璃，反光的影响很小。 ） 3、电池板有辐射吗 （光伏发电系统是根据光产生伏打效应原理将太阳能转换为电能， 无污染、 无辐 射，逆变器、配电柜等电子器件都通过 EMC（电磁兼容性）测试，所以对人体没 有危害。 ） 4、如果电网断电，光伏还能用吗 （有太阳， 光伏系统就能发电。 并网逆变器有孤岛保护， 市电断电自动停止输出。 可以理解为系统在发电，但是没有接通。 ） 5、冬天天冷时会不会电力不足 （直接影响发电量的因素是辐照强度，日照时长以及太阳电池组件的工作温度， 冬天辐照强度会弱，日照时长会短， 发电量较夏天会少。 分布式光伏发电接入电 网，只要电网有电，家庭负载就不会出现电力不足和断电的情况。 ） 6、如何清洁光伏组件 （雨水可以清洁， 不需要特别的维护， 如果遇到附着性污物， 进行简单擦拭即可。 ） 7、用水擦拭的时候会不会有触电的危险 （为了避免在高温和强烈光照下擦拭组件对人身的电击伤害以及可能对组件的 破坏，建议在早晨或者下午较晚的时候进行组件清洁工作。 ） 8、可以踩在组件上面进行清理工作吗 （组件是有一定承重的，但是不能踩在组件上面清扫，会造成组件隐蔽损坏， 影 响组件寿命。 ） 9、光伏组件上的房屋阴影、树叶甚至鸟粪会对发电系统造成影响吗 （可能产生热斑效应，会影响发电量。如果发现树叶和鸟粪，需要及时清理。 ） 10、能抗台风、抗冰雹吗 （系统是根据当地情况来设计的，风压、堆积、屋顶样式都会考虑。 ） 11、烈日当空，易损器件坏了需立即更换吗 （不能够立即更换， 如要更换建议在早晨或者下午较晚的时候进行， 应及时联系 电站运维人员，由专业人员前往更换。 ） 12、雷雨天气需要断开光伏发电系统吗 （分布式光伏发电系统都装有防雷装置， 所以不用断开。 为了安全保险建议可以 选择断开汇流箱的断路器开关， 切断与光伏组件的电路连接， 避免防雷模块无法 去除的直击雷产生危害， 运维人员应及时检测防雷模块的性能， 以避免防雷模块 失效产生的危害。 ） 13、阴雨天气发电效果怎么样 （也会发电，只是效果不太好。如果是阴天，发电量大约只有晴天的 20左右。 ） 15、我家里用的商电，每度 1 块钱，这种商住两用楼可以光伏并网发电并领取 补贴么 （完全可以，这种电价比民用电安装太阳能发电更划算。 ） 17、如果考虑各种费用，分布式电站发一度电成本价是多少 （ 0.6 元 -1 元 /kWh， 根据地区日照情况不同差别较大，还有系统容量，越是大系 统，成本越低。 ） 18、如果加个太阳跟踪器（自动调节电池板的角度跟方向） ，会不会多发电呢 （可以多发电，但成本和多发电量不成正比，还要增加收回年限。另外，跟踪器 属于机械设备，可靠性不高，会增加成本。 ） 19、装太阳能发电设备有没有什么条件限制 （家庭安装一般没有条件限制，需要到电网营业厅填表申请） 20、自己安装难度大吗 （需要有专业知识。建议找专业厂商安装， 电网有设备资质要求， 个人可能拿不 到。 ） 21、可以保证发电量吗 （可以保证，建议找正规专业的屋顶光伏安装商。 ）