分布式光伏电站设计方案参考

1 北京市 XX 厂房分布式并网光伏发电设计方案设计单位：北京钇恒创新科技有限公司设计人：屈玉秀设计日期： 2017 年 4 月 10 日2 一、 项目基本情况北京延庆县 XX工厂厂房，占地 15000 平方米，其中水泥屋顶可利用面积约 7000 平方米。年用电约 25万度，其中，白天用电约 15 万度（白天综合电价 1 元 / 度）；夜间用电 10 万度（夜间综合电价 0.4 元 /度）；全年缴纳电费约 19 万元。1、项目建设的可行性1.1 北京市具备建设分布式并网光伏发电系统的条件北京地区 太阳辐射量全年平均 4600~5700MJ/m2。多年平均 的年总辐射量为 1371kwh/m2北京地区年 平均日照时数在 2000~2800h 之间 ， 多年平均 日照时数为 2778.7h （从北京气象局获悉）。通过测算，北京市如果按照最佳倾角 36°敷设光伏电池板，峰值小时数为 1628h（通过专业软件计算获得），首年满发小时数 =1628h*80%（系统效率） =1302.4h 首年发电量 =450KW*1302.4h=586080kWh≈ 58.6 万 kwh 1.2 北京市分布式光伏发电奖励资金管理办法为进一步加快本市分布式光伏发电产业发展， 优化能源结构， 根据 《中华人民共和国可再生能源法》 、《中华人民共和国预算法》、《国务院关于促进光伏产业健康发展的若干意见》和《北京市分布式光伏发电项目管理暂行办法》等有关规定，适用范围。本办法适用于在北京市行政区域范围内建设的分布式光伏发电项目，具体是指在用户所在场地或附近建设运行，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。奖励对象和标准。 对于 2015 年 1 月 1 日至 2019 年 12 月 31 日期间并网发电的分布式光伏发电项目，市级财政按项目实际发电量给予奖励，奖励标准为每千瓦时 0.3 元（含税），每个项目的奖励期限为 5年，奖励对象为分布式发电企业或自然人。本办法财政奖励资金结算截止日期为 2024 年 12 月 31 日。2、项目建设的主要内容2.1 本项目设计在为北京 XX工厂水泥屋顶可利用面积约 7000 平方米建设安装太阳能光伏发电系统，项目类型为并网太阳能光伏发电系统，总装机设计容量为 450KWp。2.2 太阳能光伏发电系统主要由 光伏组件、防雷汇流箱、交直流配电柜、光伏逆变器、光伏支架、电缆等组成。2.3 系统设计安装 1800 块 250W多晶硅光伏组件，2.4 系统逆变器采用国内知名品牌，将光伏组件产生的直流电逆变成 220V 的交流电，然后并入电网。2.5 光伏方阵安装采用 36°最佳倾角安装，光伏支架系统采用 C型钢。3 二、技术方案选择1、概述本系统为大型并网光伏发电系统，太阳电池板 250Wp多晶硅太阳能电池组件，系统装机容量为450KWp，该太阳能电池片转换效率高，表面玻璃为高透光低铁钢化玻璃，边框材料为轻质电镀铝合金。整个系统由 45 个 10KW发电单元组成，太阳电池阵列发电经光伏方阵防雷汇流箱汇流、逆变之后，经过隔离变压器后 220V 并入电网，最终实现将整个光伏并网系统接入当地电网系统。光伏并网型逆变器并网后与电网安全运行，所产生的电与电网电力是同频、同相，且具备抗孤岛等控制特殊情况的能力。其发电原理框图如下：2、设计依据2.1 本项目各部分的设计严格遵循和参考以下规范、标准：配电系统和并网接口设计参考标准：GB 18479-2001 地面用光伏（ PV）发电系统概述和导则DL/T 527-2002 静态继电保护装置逆变电源技术条件GB/T 13384-1992 机电产品包装通用技术条件GB/T 14537-1993 量度继电器和保护装置的冲击与碰撞试验GB 16836-1997 量度继电器和保护装置案值设计的一般要求DL/T 478-2001 静态继电保护及安全自动装置通用技术条件GB/T 19939-2005 光伏系统并网技术要求GB/T 20046-2006 光伏 (PV) 系统电网接口特性（ IEC 61727:2004,MOD ）GB/Z 19964-2005 光伏发电站接入电力系统技术规定GB/T 2423.2-2001 电工电子产品基本环境试验规程 试验 B: 高温试验方法4 GB 4208-2008 外壳防护等级（ IP 代码）（ IEC 60529:1998 ）GB 3859.2-1993 半导体变流器 应用导则GB/T 14549-1993 电能质量 公用电网谐波GB/T12325-2003 电能质量 供电电压允许偏差GB/T15945-1995 电能质量 电力系统频率允许偏差GB 19939-2005 太阳能光伏发电系统并网技术要求SJ 11127-199 光伏 (PV) 发电系统的过电压保护— - 导则GB 20513-2006 光伏系统性能监测 测量、数据交换和分析导则GB 20514-2006 光伏系统功率调节器效率测量程序GB 4208-2008 外壳防护等级（ IP 代码）GB/T4942.2-1993 低压电器外壳防护等级GB 3859.2-1993 半导体变流器 应用导则Q/SPS 22-2007 光伏并网发电专用逆变器技术要求和试验方法GB/T14598.3-93 6.0 绝缘试验JB-T7064-1993 半导体逆变器通用技术条件2.2 太阳能电池组件选型本项目暂选用 250Wp多晶硅电池组件进行相关计算分析，具体参数见下表。表 3-1 250W 多晶硅光伏电池技术参数峰值功率（ W） 250 开路电压（ Voc） 35.4 短路电流（ I sc） 7.12 工作电压（ Vmpp） 27.6 工作电流（ I mpp） 6.56 最大保险丝额定值 15A 尺寸 (L*W*H) 1650*990*40 重量 (kg) 19.1 最大系统电压 (V) 1000VDC额定电池工作温度（ NOCT） 46± 2℃5 工作温度 - 40° C ~85°CPm温度系数 - 0.45%/°CVoc 温度系数 - 0.33%/°CIsc 温度系数 0.06%/°C正面最大静载荷 5400Pa 背面最大静载荷 2400Pa 组件效率 15.3% 二、 太阳电池组件的串、并联设计太阳电池组件串联的数量由逆变器的最高输入电压和最低工作电压、以及太阳电池组件允许的最大系统电压所确定。太阳电池组串的并联数量由逆变器的额定容量确定。在条件允许时，应尽可能的提高直流电压，以降低直流部分线路的损耗，同时还可减少汇流设备和电缆的用量。经计算得出：串联多晶硅太阳电池数量 N为： 16≤ N≤ 25。本项目屋顶形式多样，综合考虑各屋顶的结构，以尽可能多布置电池板为目标，结合支架承重、抗风能力以及 450kW逆变器的允许串联组件数量，本工程 N取 20。则固定式安装每一路多晶硅组件串联的额定功率容量计算如下：6 P（ N）＝ 250Wp× 20=5000Wp；对应于所选 450kW逆变器的额定功率计算，需要并联的路数：N＝ 450/5 ＝ 90 路。根据逆变器和组件的技术参数， 屋顶每组光伏组件采用 90 串 45 并的方式， 共计 1800 块光伏组件，装机容量为 450.00kWp。每个方阵光伏组件串并联后，经 2 台 10 汇 1 防雷汇流箱， 1 台 100kW直流配电柜， 接入 1 台 100kW并网逆变器。 并网逆变器逆变产生的 380V 三相交流电并入超市指定的配电柜。产生的电能供超市内部负载使用。四、安装方式设计大型的太阳电池方阵的安装主要有固定式和跟踪式两种。根据项目特点，本项目采用固定式安装。固定式结构简单，安全可靠，安装调试及管理维护都很方便。4.1 固定式支架倾角的设计方阵安装倾角的最佳选择取决于诸多因素，如地理位置，全年太阳辐射分布，直接辐射与散射辐射比例，负载供电要求和特定的场地条件等，并网光伏发电系统方阵的最佳安装倾角可采用专业系统设计软件来确定，它是系统全年发电量最大时的倾角，根据项目所在地气象资料及实际情况，选择倾角为 36o。4.2 、方阵支架方位角的设计一般情况下，太阳电池方阵面向正南安装。7 2.6 、项目清单及预报价序号 设备名称 型号 单位 数量 单价 备注1 光伏组件及安装 YL250P-29b 元 /W 450kw 3.5 英利2 光伏列阵支架 元 /W 1800 0.3 3 水泥基础 元 /W 1 0.4 4 光伏专用电缆 批 1 4.0 电缆数量为暂估米数，实际以现场为准5 交流电缆 批 1 90 电缆数量为暂估米数，实际以现场为准6 防雷汇流箱 10汇 1 台 9 3200 7 直流配电柜 100kW 台 5 3500 8 并网逆变器 SG100K 台 5 135000 9 交流配电柜 100kW 台 5 6000 10 桥架管线及辅材 批 1 11 安装调试费用 项 1 12 监控系统 套 1 13 运输 项 1 注：报价有效期为二个月；初步预估工程造价为： 3,825,000.00 元。8 4 电气接入示意图5、系统运行维护5.1 、 运行维护本光伏发电系统由电气值班人员控制和维护。准备光伏电站的检验与维护手册，内容应包括进行定期和年度检验、日常维护、大修维护和年度维护的程序和计划，以及调整和改进检验及维护的9 安排程序。5.1.1 日常维护主要内容光伏电站的日常维护计划编制主要是方便日常维护人员对光伏系统进行日常检查，及时发现隐患并得以排除，日常维护的内容主要包括：a) 光伏组件阵列1) 检查表面有无污物、破损；2) 检查支架是否腐蚀、生锈；3) 检查外部布线是否破损；4) 检查接地线的损伤，接地端是否松动。b) 电气部分1) 防雷汇流箱、逆变器、低压配电柜的外壳是否腐蚀、生锈；2) 防雷汇流箱、逆变器、低压配电柜的外部布线是否损伤；3) 逆变器工作时声音是否正常，有否异味产生；4) 逆变器换气口过滤网是否堵塞；5) 电缆接线端子的检查与紧固；6) 防雷系统检查；7) 接地装置检查；8) 显示器及控制按键开关功能检查。5.1.2 运行维护计划安排根据光伏发电系统的设计要求和本地区的气候、环境条件，在正常运行情况下，本光伏电站的年度例行维护周期执行下列标准：新投运的光伏组件：运行 240 小时 ( 一个月试运行期后 ) 例行维护；已投运的光伏组件：每 2 年例行维护 3 次；每次例行维护间隔运行时间为 1000h。六、技术经济效果分析与评价6.1 、系统的发电量估算光伏发电系统的发电量影响因素较多，不仅与光伏电站所在地区的光照条件、地理位置、气侯条件、空气质量有关，也与电器负荷功率、用电时间有关，还与需要確保供电的阴雨天数有关，其它尚与光伏组件的朝向、倾角、表面清洁度、环境温度等等因素有关。10 倾斜光伏组件上的辐射量 / 水平面上辐射量 =1.05 — 1.15 ； η ----- 发电系统综合影响系数；光伏发电系统各种影响因素分析表系数代号 系数名称 损失率η 1 组件表面清洁度损失 约 3% η 2 温升损失 0.4%/ ℃η 3 方阵组合损失 约 3% η 4 最大功率点偏离损失 约 4% η 5 组件固定倾角损失 约 7% η 6 逆变器效率 85-97% η 7 线 损 约 3% 合计 η 并网系统 η =72-85% 在计算光伏系统发电量中，发电系统综合影响系数 η 取 0.8 ；则系统发电量如下：450kW光伏电站 25 年发电量计算（考虑组件功率每年衰减 0.83%）年份 衰减率 年发电量 (KWh) 1 0.00% 586080.000 2 0.83% 581215.536 3 1.66% 576351.072 4 2.49% 571486.608 5 3.32% 566622.144 6 4.15% 561757.680 7 4.98% 556893.216 8 5.81% 552028.752 9 6.64% 547164.288 10 7.47% 542299.824 11 8.30% 537435.360 12 9.13% 532570.896 13 9.96% 527706.432 14 10.79% 522841.968 11 15 11.62% 517977.504 16 12.45% 513113.04 17 13.28% 508248.576 18 14.11% 503384.112 19 14.94% 498460.106 20 15.77% 493655.184 21 16.60% 488790.72 22 17.43% 483926.256 23 18.26% 479061.792 24 19.09% 474197.328 25 19.92% 469332.864 25 年年均发电量 (KWh) 527704 25 年累计发电量 (KWh) 13192601 按系统寿命 25 年，寿命终期的光伏组件转化效率为首年的 80%，电站年发电量在寿命期内为线性衰减计算， 25 年寿命周期内，累计产生理想电能 13192601KWh, 年平均发电量约 52.8 万 kwh。6.2 、经济效益分析本项目总投资额为 382.5 万元，投资资金企业自筹。本项目为 450KWp晶硅太阳能光伏并网电站项目，由于光伏发电时间与电价峰值段吻合，北京地区工商业基础电价为 0.8745 元人民币，又根据国家有关文件规定，采用太阳能光伏发电，每发一度电补贴 0.42 元，北京市地方补贴 0.30 元。全部上网电价， 全国分为三类电价区， 光伏标杆电价分别为 0.9 元 /kWh、 0.95 元 /kWh、 1 元 /kWh;北京属于二类电价区，上网电价为 0.95 元 /kWh。北京市 0.95 元 /kWh 的光伏标杆电价组成是：0.95 元 /kWh =0.3754 元 /kWh(脱硫标杆电价 )+0.5746 元 /kWh( 国家补贴 ) 自发自用，余电上网模式收益分析：自发自用收益 = 52.8 万 kwh× 70%× 0.8745 元 /kwh=32.32 万元余电上网收益 =52.8 万 kwh× 30%× 0.3515 元 /kwh =5.57 万元国家补贴收益： 1-20 年 52.8 万 kwh*0.42 元 /kwh =22.18 万元12 地方补贴收益： 1-5 年 52.8 万 kwh*0.3 元 /kwh =15.84 万元以上合计： 76 万元全部上网模式收益收益分析：全部上网收益 ==52.8 万 kwh*0.98 元 /kWh≈ 52 万元本项目总投资额约为 382.5 万元，如采用自发自用，余电上网的模式，每年收益大约 76 万元，经测算，项目实施后约 5 年即可收回投资。但根据政策规定如采用全部上网的模式，每年收益 52 万元，大约 7.4 年可收回投资，项目纯收益时间不少于 17 年，由于采用自发自用，余电上网模式申报时，需要用户自用消纳 70%电量，而该厂每年只能消纳 25 万 kwh，仅为发电总量的 47%，达不到政策要求，因此，采用全部上网的模式，可以带来更稳健的收益，既可以充分利用屋顶资源，又可以规避因经营风险造成停产而使自用电量无法消纳。节能减排评估光伏电站的生产过程是将太阳能转变为电能的过程。 在整个流程中， 不需要消耗其他常规能源，不产生大气、液体、固体废弃物等方面的污染物，也不会产生大的噪声污染。450KW光伏发电系统年均发电量以 527704KWh，换算成原煤数量依据国家发改委能源研究所资料： 1 度电≒ 0.4 千克标准煤， 1 千克原煤≒ 0.7143 千克标准煤则： 1 度电≒ 0.5599888 千克原煤，每年减少 CO2排量 : 发 1 度电≒ 0.997 千克（二氧化碳），每年少排“碳”的计算： 1 度电≒ 0.272千克（碳）。系统发电量相当于每年节约标准 211 吨，每年减少 CO2排放量约 526 吨，每年减少排“碳”为143.54 吨，系统节能减排效果较好。编制人 : 屈玉秀日期 : 2017/4/13