分布式屋顶勘探设计-河北电力设计院新能源公司主任寇凤海

分布式光伏电站设计交流 寇凤海 2017/07/17目 录 Ø国家政策导向 Ø分布式光伏的基本概念 Ø分布式光伏的分类 Ø分布式光伏的应用场景 Ø不同类型的分布式光伏的特点 Ø分布式光伏的系统接入 Ø分布式光伏容量估算 Ø分布式光伏年参考发电量估算 Ø光伏组件选型 Ø光伏逆变器选型 Ø光伏电缆选型 Ø分布式光伏智能运维 Ø分布式光伏投资与收益 Ø分布式光伏防火措施 第一部分 分布式光伏设计基本知识 第二部分 案例分享 Ø项目地址及示范作用 Ø设计指导思想 Ø实施前效果图 Ø太阳辐射量及发电量估算 Ø光伏系统安装方式及建筑美学 Ø屋面布置光伏板原则 Ø光伏接入系统设计 Ø电气系统设计 Ø立面光伏设计之多方案对比 Ø投资汇总表 Ø经济技术分析表 Ø现场实际效果一、国家政策导向 《太阳能发展“十三五”规划》 1、《规划》种提到大力推进屋顶分布式光伏发电，到2020年建成100个分布式光 伏应用示范区，园区内80%的新建建筑屋顶、50%的已有建筑屋顶安装光伏发电。 在太阳能资源优良、电网接入消纳条件好的农村地区和小城镇,推进居民屋顶光伏 工程,结合新型城镇化建设、旧城镇改造、新农村建设、易地搬迁等统一规划建设 屋顶光伏工程,形成若干光伏小镇、光伏新村。 2、结合电力体制改革开展分布式光伏发电市场化交易,鼓励光伏发电项目靠近电 力负荷建设,接入中低压配电网实现电力就近消纳。各类配电网企业应为分布式光 伏发电接入电网运行提供服务,优先消纳分布式光伏发电量,建设分布式发电并网 运行技术支撑系统并组织分布式电力交易。推行分布式光伏发电项目向电力用户 市场化售电模式，向电网企业缴纳的输配电价按照促进分布式光伏就近消纳的原 则合理确定。一、国家政策导向 《太阳能发展“十三五”规划》 3、《规划》中提到在中东部土地资源匮乏地区，优先采用村级电站(含户用系统) 的光伏扶贫模式，单个户用系统5千瓦左右,单个村级电站一般不超过300千瓦。村 级扶贫电站优先纳入光伏发电建设规模,优先享受国家可再生能源电价附加补贴。 做好农村电网改造升级与分布式光伏扶贫工程的衔接，确保光伏扶贫项目所发电 量就近接入、全部消纳。二、分布式光伏的基本概念 与大型集中式光伏相比，目前在国内，分布式光伏发电是指在用户所在地或 附近建设，运行方式以用户侧自发自用为主，多余电量上网且在配电网系统平衡 调节为特征的光伏发电设施，可以有效解决了电力在升压及长途运输中的损耗问 题。 现阶段根据分布式光伏并网方式可采用“自发自用，余电上网”和“统购统 销，全额上网”两种模式，分布式光伏发电补贴分为国家补贴和地方补贴，即上 网电价=基本电价+国家补贴+地方补贴。二、分布式光伏的基本概念三、分布式光伏的分类三、分布式光伏的分类三、分布式光伏的分类 BAPV是指附着在建筑物上的太阳能光伏发电系统，也称为“安装型”太阳能 光伏建筑。它的主要功能是发电，与建筑物功能不发生冲突，不破坏或削弱原有 建筑物的功能。 BIPV即光伏建筑一体化，是与建筑物同时设计、同时施工和安装并与建筑物 形成完美结合的太阳能光伏发电系统，也称为“构建型”和“建材型”太阳能光 伏建筑。它作为建筑物外部结构的一部分，既具有发电功能，又具有建筑构件和 建筑材料的功能，甚至还可以提升建筑物的美感，与建筑物形成完美的统一体。 两者不同点在于：BIPV已经作为建筑物必不可少的一部分发挥着建筑材料的 作用，而BAPV建筑中的太阳能组件只是通过简单的支撑结构附着在建筑上，拿开 光伏组件后，建筑功能仍然完整。三、分布式光伏的分类三、分布式光伏的分类四、分布式光伏的应用场景 分布式光伏项目适宜建于大型屋面顶部，如工厂、学校、医院、市政公共建 筑、居民楼屋顶，这样的屋顶满足光伏系统建设的要求，场地开阔，无阴影遮挡， 屋面牢固，承载力强。四、分布式光伏的应用场景之一 商业建筑：与工业园区的作用效果类似，不同之处在于商业建筑多为水泥屋 顶，更有利与安装光伏阵列，但是往往对建筑美观性有要求，按照商厦、写字楼、 酒店、会议中心、度假村等服务业的特点，用户负荷特性一般表现为白天较高， 夜间较低，能够较好的匹配光伏发电特性。四、分布式光伏的应用场景之二 农业设施：农业设施：农村有大量的可用屋顶，包括自有住宅、疏菜大棚、 鱼塘等，农村往往处在公共电网的未稍，电能质量较差，在农村建设分布式光伏 系统可提高用电保障和电能质量,还可以将电并网销售给电网公司，拿国家补贴， 实现增收。市政等公共建筑物：由于管理规范统一，用户负荷和商业行为相对可靠，安装积 极性高，市政等公共建筑物也适合分布式光伏的集中连片建设。 四、分布式光伏的应用场景之三 另外，光伏车棚、光伏路灯、光伏公交站亭、光伏景观亭、建筑遮阳棚等等， 这些多元化的分布式光伏应用，装点和丰富了我们的绿色生活。 。 四、分布式光伏的应用场景之四五、不同类型的分布式光伏的特点 （1）平屋顶 (BAPV)。从发电角度看，平屋顶BMPV经济性最好：①可以按照最佳 角度安装，获得最大发电量；②可以采用标准光伏组件，具有最佳性能；③与建 筑物功能不发生冲突。④光伏发电成本最低,从发电经济性考虑是BMPV的最佳选择。 （2）斜屋顶(BAPV)。南向斜屋顶BMPV具有较好经济性：①可以按照最佳角度或接 近最佳角度安装，因此可以获得最大或者较大发电量；②可以采用标准光伏组件， 性能好、成本低；③与建筑物功能不发生冲突。④光伏发电成本最低或者较低， 是光伏系统优选安装方案之一。其它方向（偏正南）次之。 五、不同类型的分布式光伏的特点（3）遮阳板。遮阳板有跟踪和不跟踪两种，可采用标准组件或者特制组件，经济 性与斜屋顶接近或者稍高，依据具体情况而定。 五、不同类型的分布式光伏的特点（4）光伏幕墙。①光伏幕墙要符合BIPV要求：除发电功能外，要满足幕墙所有功 能要求：包括外部维护、透明度、力学、美学、安全等，组件成本高，光伏性能 偏低；②要与建筑物同时设计、同时施工和安装，光伏系统工程进度受建筑总体 进度制约；③光伏阵列偏离最佳安装角度，输出功率偏低；④发电成本高；⑤为 建筑带来额外的“绿色概念“，可提高建筑社会价值，受建筑投资商青睐。 五、不同类型的分布式光伏的特点（5）光伏天棚。①光伏天棚要求透明组件，组件效率较低；②除发电和透明外， 天棚构件要满足一定的力学、美学、结构连接等建筑方面要求，组件成本高；③ 发电成本高；④为建筑带来额外的“绿色概念“，可提高建筑社会价值，受建筑投 资商青睐。 五、不同类型的分布式光伏的特点六、分布式光伏的系统接入 特征一：位于用户附近。 特征二：10kV及以下接入；渔光互补/农光互补为35kV(66kV)及以下接入。 特征三：接入配电网并在当地消纳。 特征四：单点容量接入单相不超过8kW，三相不超过300kW；10kV不超过6MW(多点 接入以最大为准)；渔光互补/农光互补单点接入容量不超过20MW。七、分布式光伏容量估算八、分布式光伏年参考发电量估算 估算发电量关键要了解项目所在地的太阳辐射能量(峰值日照时数)，光伏系 统发电量的计算公式为： 发电量=峰值日照时数×装机容量×系统效率 峰值日照时数是衡量某个地区太阳能资源丰富程度的指标，我国分布式光伏 项目大多在Ⅲ类资源区，太阳辐射相对较弱，峰值日照时数一般在1200-1400h;分 布式电站由于大多采用组串式逆变器，系统效率较高，一般在75%-83%左右。 分布式光伏系统中组件的安装倾角不宜过大(安全原因)，我们根据全国主要 城市水平面的年峰值日照时数，并以80%的系统效率值进行估算。九、光伏组件选型 1、主要选型原则： （1）满足《光伏制造行业规范条件》准入条件和国能新能【2015】194号文的要求； （2）效率高、技术成熟、产能充足、成本低； （3）环境和场景的适应性。 2、光伏电池种类： （1）晶硅电池、薄膜电池和聚光光伏电池； （2）晶硅电池分为P型（普通和高效）和N型双面双发型。 3、晶硅电池光伏组件常用种类 （1）单玻组件（多晶硅、单晶硅） （2）双玻组件（透光、非透光） （3）薄膜组件（BIPV,建筑环境融合性要求高） 综上考虑，通常情况下分布式光伏布置的地方往往面积有限，因此在有限的面 积发出更多的电，提高业主收益，技术成熟和成本可接受的高效单晶硅光伏组件作 为首选。单玻多晶硅和单晶硅光伏组件 九、光伏组件选型薄膜组件（透光） 九、光伏组件选型聚光光伏（CPV） 九、光伏组件选型十、光伏逆变器选型 根据使用的场景选型主要原则：不同类逆变器主要特点： 1、集中式：容量大、转换效率高、输入直流电压高且波动大（DC500~800V）、输出电 压相对较低（AC315V）、启动低压高、MPPT电压范围相对较小，造价相对较低，单机 MPPT路数1路； 2、集散式:容量大、转换效率高、输入直流电压高且恒定（DC820V或750V）、输出电 压相对较高（AC520V）、启动电压相对低、MPPT电压范围大，造价相对适中，光伏控 制器中每4路对应1路MPPT路； 3、组串式:容量小、转换效率高、输入直流电压高且波动大（DC500~800V） 、输出电 压相对较高（AC500V）、启动电压相对低、MPPT电压范围大，造价相对略高，逆变器 中每2路或3路对应1路MPPT路，每1路对应1路MPPT技术在研制中。 以上三种逆变器成熟应用在1000V直流系统中，适用于1500V直流系统的逆变器也 在示范中。另外，组件级微型逆变器由于其成本高，还未大规模商业应用，只在小范 围内示范应用。 十、光伏逆变器选型集中式逆变器 十、光伏逆变器选型集散式逆变器 十、光伏逆变器选型逆变升压一体机 十、光伏逆变器选型组串式逆变器 十、光伏逆变器选型集中式方案 十、光伏逆变器选型集散式方案 十、光伏逆变器选型组串式方案 十、光伏逆变器选型 微型逆变器方案（小容量光伏电站） 十、光伏逆变器选型 考虑到直流电和交流电的差异、使用环境恶劣和运行安全，电缆选型时可执 行以下标准： （1）《光伏发电系统用电缆》 CEEIA B218.1~4-2012 中国电器工业协会标准 （2）《光伏电缆标准》 2PFG-1169 德国莱茵标准（ TUV认证） 十一、光伏电缆选型 采用智能光伏解决方案，实现分布式光伏的智能运维。智能光伏电站独具 “三‘不’三‘友好’”的特性，确保产品不起火、不爆炸、不冒烟，保证电网、 电站、环境友好，实现被动安全到主动安全，使分布式光伏电站真正实现了安全 稳定运行，同时提高了电站收益。 十二、分布式光伏智能运维十二、分布式光伏智能运维十二、分布式光伏智能运维十二、分布式光伏智能运维十二、分布式光伏智能运维十三、分布式光伏投资与收益 1、上网模式： （1）自发自用，余电上网 （2）统购统销 2、上网电价： 上网电价=基本电价+国家补贴+地方补贴 国家补贴：0.42元，补贴20年 地方补贴：具体由当地财政政策确定 3、单位投资：6~7元/Wp 4、内部收益率：12~15% 5、投资回收期：8~10年 注：具体投资和收益率与项目实际建设 条件和上网电价关系很大，也决定回收 时间。十三、分布式光伏投资与收益十三、分布式光伏投资与收益 屋顶光伏电站火灾与其他火灾相比有以下几个特点： 一、光伏电站直流侧着火后光伏组件或者汇流箱、直流配电柜仍然带电，而且因 为电气绝缘损坏或带电导线断落接地，在一定范围内会存在跨步电压和接触电压， 如不注意可能引起触电事故； 二、目前屋顶光伏电站有一大部分是钢结构骨架建造的厂房，钢的耐火性能较差， 受热后，很快出现塑性变化，在火烧15分钟左右，构件会象“面条”一样的软落 下来，随着局部的破坏，造成整体失去稳定而破坏。火场升温快，钢构件强度减 弱快，易倒塌。 三、空间大，火势蔓延快。厂房占地面积大，一般高度均大于7米，内部具有较大 的空间，空气流通好。其生产过程中使用电气设备和多道加工工序，交、直流电 缆一旦失火，火势可向任何方向蔓延、燃烧猛烈、极易产生强大的热气流形成大 面积燃烧而造成重大事故。 十四、分布式光伏防火措施十四、分布式光伏防火措施十四、分布式光伏防火措施屋顶光伏电站火灾的防范措施： 1、“直流故障电弧”的防范措施 （1）严格执行国家设计标准，规范设计，确保施工质量 （2）慎重选择光伏电气设备质量，从源头把关 （3）光伏电站施工安装要规范，杜绝隐患 2、电缆防火措施 3、加强光伏电站运行和维护 4、加大对员工消防安全教育力度 5、加强消防设施的维护与保养 6、强化防火安全管理 十四、分布式光伏防火措施7、正确掌握屋顶光伏电站火灾扑救方法 （1）扑救屋顶光伏电站火灾的基本要求 （2）扑救屋顶光伏电站火灾的技术安全措施 （3）若在烈日下屋顶光伏电站彩光瓦屋面光伏组件着火时处置程序和扑救初期火 灾的基本方法 十四、分布式光伏防火措施十五、案例分享十五、案例分享 项目地址：本项目位于河北省石家庄市内省政协大楼群 项目投运时间：2014年 获奖情况：电力工程优秀工程设计奖 项目对当地的示范作用： 随着传统石化能源的日益枯竭，发展清洁能源，建设低碳社会，越来越 受到人们青睐，太阳能光伏发电具有无污染，可持续，总量大，分布广等优点， 随着本项目的建成，不仅可以自发自用，富裕上网，还将清洁能源的概念植入 办公区，为省政协带来与众不同的绿色标签。十五、案例分享 设计指导思想—— 全面 安全 经济 美观十五、案例分享 • 通过现状分析，我们在设计时应处理好以下4点： – 已有建筑与新增光伏系统之间的美学设计 – 阴影遮挡对发电量的影响 – 电气及系统接入与配电室改造的结合 – 组件选型与经济收益的关系工程概述 新综 合楼屋顶布置效果 新办公楼、车队楼、配电室、警卫室等屋顶共布 置容量为251.6kW。其中新办公楼楼顶布置单晶 硅光伏组件，其他均布置多晶硅光伏组件。 十五、案例分享 根据RETScreen软件数据推算石家庄辐射量情况 不同状态下石家庄年辐射量情况推算表 电池板放置状态 水平 竖直 日均辐射量（度/m 2 ） 4.09 3.42 日均辐射量（MJ/m 2 ） 14.707 12.307 年辐射量（MJ/m 2 ） 5368 4491.961 年等效利用小时 1491.1 1247.8 系统效率取（77.4%）时年等效利用小时数 1154.1 965.8 辐射量估算 十五、案例分享屋顶 容量（kW） 平均辐射 百分比 年等效利用 小时（h） 第一年发电量（kWh） 25年均发电量（kWh） 北门卫 4.8 0.88 1015.6 4875 4434.5 南门卫 4.8 0.93 1073.3 5152 4686.4 民主党派办公楼东 81.6 0.85 981 80049.8 72816.3 主楼 50 1 1154.1 57706 52491.5 配电室 14.4 0.97 1119.5 16120.7 14664 配电室东 4.8 0.93 1073.3 5152 4686.4 河北省人大北面小 楼 91.2 0.87 1004.1 91572.5 83297.8 平均 4.8 0.88 1015.6 4875 4434.5 总 251.6 260628 237076.9 屋顶容量和发电量估算表 根据屋顶布置的电池容量，计算屋顶发电情况，电池板每年发电量衰减按0.8%考虑。 十五、案例分享十五、案例分享 • 省政协光伏示范工程定位为BAPV项目，即：Building Attached PV 指 安装在建筑物上的光伏系统。在设计上遵从：全面 安全 经济 美观 四个 原则。 • 全面：全盘考虑所有建筑物的功能，外围环境，示范效应等，组件选择 体现河北省光伏产业的高科技产品，并综合安全，经济，美观的设计原则。 • 安全：新增的附加荷载，经与河北省院核实，可以满足结构安全，并且 在设计、施工过程中充分考虑组件及人员安全 • 经济：设计中充分考虑投资与效益。 • 美观：将建筑美学运用到光伏系统布置中，创造工程亮点。 光 伏 系 统 安 装 方 式十五、案例分享 考虑建筑美学与光伏效率最大化之间的协调，从点与面的结合作 为设计切入点，突出统一、均衡、比例、尺度、韵律、风格、色 彩等法则，并尽可能的增加容量，考虑发电效率，避免其成为为 强硬的附加品。 建筑美学 对比： （1）点、面结合的布置：可一定程度展现建筑原有外观材质，与建 筑原貌互相渗透 （2）大面平铺：可充分利用光照墙面，实现光伏面积及能效最大化。十五、案例分享 1. 取辐射量百分比0.7以上的区域布置光伏板； 2. 每个太阳能板均采用平铺模式； 3. 每块太阳能板之间留出20mm宽的衔接缝； 4. 每两排太阳能板之间设置0.5米检修通道，布板外围与楼顶 墙体之间设置不小 于0.5米的环形检修通道。 屋 面 布 置 光 伏 板 原 则 省政协楼区东南角为单位变配电室，即将动工进行改造，分别由2路10kV供电 电源供电，由电力系统2个不同的变电站引接，一用一备。配电室内规划 2×1250kVA主变，互为备用运行，电压等级为10/0.4kV。#1主变低压侧出线12回， 已出线8回，剩余4回，#2主变低压侧出线14回，已出线8回，剩余6回。根据业主 提供的最新资料，整个楼区的最大负荷为2240.8kW，正常方式下，整个楼区的负 荷为957.1kW，光伏装机容量最大为589.5kW，光伏所发电量可部分满足楼区负荷， 减少购电量，节约成本。 具体接入方案为：屋顶及立面所有逆变器均汇集至交流配电柜，配电柜通过1 回电缆接至#1主变低压侧，电缆输送容量应满足光伏最大装机容量。 光伏接入系统设计 十五、案例分享地点 装机规模（kW） 逆变器（kW） 接入点 屋顶 民主党派办公室 81.6 100 #1低压侧 主办公楼 50 50 配电室、警卫室 28.8 30 人大二楼 91.2 100 合计 251.6 立面 主办公楼南面 306.9 2×150 接建楼 27.5 30 合计 337.9 总合计 589.5 光伏系统容量及系统接入 十五、案例分享 本工程电气方案设计中将不同建筑的屋顶和立面的光伏阵列作为一 个单独的发电单元，不仅接线简洁，运行方便，不影响原有建筑外观， 同时将同一日照条件的光伏阵列作为一个发电单元，减小了输出量最 低组件对整个光伏发电系统的影响，提高了光伏系统的整体发电输出。 电气接线原理流程图 电气系统设计 十五、案例分享光伏发电监控系统 本工程设置一套光伏发电监控系统，用于显示光伏发电设备的相关信息，并可实现与 调度端的遥测、遥信等功能。380V出线侧设置为关口计量点，配置0.2S级多功能双向有 无功电度表(1＋1配置)，可分别核算出自发自用电量及上网电量。 十五、案例分享立面光伏设计：新办公楼方案一：采用非晶硅薄膜组件 容量（kW） 平均辐射百分 比 年等效利用小时（h） 第一年发电量 （kWh） 25年均发电量（kWh） 36.4 0.96 ~0.99 927.1 ~956.1 33854.836 30795.6 案例分享容量（kW） 平均辐射百分比 年等效利用小时（h） 第一年发电量（kWh） 25年均发电量（kWh） 55.36 0.96 ~0.99 927.1 ~956.1 51643.2 46976.6 立面光伏设计：新办公楼方案二：采用非晶硅薄膜组件 案例分享容量（kW） 平均辐射百分比 年等效利用小时（h） 第一年发电量（kWh） 25年均发电量（kWh） 69.052 0.96~0.99 927.1 ~956.1 64163.595 58365.6 立面光伏设计：新办公楼方案三：采用单晶硅组件 案例分享容量（kW） 平均辐射百分比 年等效利用小时（h） 第一年发电量（kWh） 25年均发电量（kWh） 205.529 0.96 ~0.99 927.1 ~956.1 1991124.91 173854.4 立面光伏设计：新办公楼方案四：采用单晶硅组件 案例分享投资汇总表 （万元） 名称 屋顶方案 方案一 方案二 方案三 方案四 新综合楼 监控系 统 其它费用 合计 组合一 203.12 114.72 70.55 43.16 71.90 503.44 组合二 203.12 152.98 70.55 43.16 75.42 545.23 组合三 203.12 203.11 70.55 43.16 80.20 600.13 组合四 203.12 541.68 70.55 43.16 92.99 951.50 十五、案例分享通过以上经济技术分析，可以看到项目建成后每年将自发自用电量约： 290823kWh~~433882kWh。 容量及发电量汇总表 名称 屋顶方案 方案一 方案二 方案三 方案四 新综合楼 总容量（kWp） 总发电量（kWh） 组合一 237076.9 30795.6 22950.9 315.43 290823.4 组合二 237076.9 46976.6 22950.9 334.46 307004.4 组合三 237076.9 58365.6 22950.9 348.15 318393.4 组合四 237076.9 173854.4 22950.9 484.63 433882.2 十五、案例分享十五、案例分享十五、案例分享十五、案例分享