1MW屋顶光伏并网发电技术方案

屋顶光伏并网发电系统技术方案 北京东润环能科技股份有限公司 2016年 05 月 目 录 一、概述 . 1 1.1 项目介绍 1 1.2 项目系统设备材料 3 二、总体方案设计 . 4 2.1 光伏系统项目介绍 4 2.2 系统选型设计 4 2.3 并网系统原理框图 5 2.4 主要设备选型说明 6 三、光伏系统发电评估 . 10 四、系统安装及施工组织 . 12 4.1 光伏阵列的布置和安装 . 12 4.2 系统接线 . 12 4.3 土建 12 4.4 电气设计 15 4.5 接入电力系统方案 . 15 4.6 电缆敷设及防火 16 五 . 光伏项目效益分析 . 17 5.1 项目环境效益 17 5.2 节能减排分析 17 5.3 经济性分析 19 1 一、概述 1.1 项目介绍 项目情况： 1MW屋顶光伏并网发电 本项目单位为河南郑州某屋顶。本项目太阳能电池组件安装在主楼屋 顶上，不单独占用建筑区域的宝贵土地资源，是安装于建筑之上的屋顶并 网光伏发电 (BAPV： Building Attached Photovoltaic) 系统。光伏发电系 统将太阳能资源通过太阳能电池组件转换成直流电能，再通过并网逆变器 将符合电能质量的交流电给负载提供电能。 太阳能电池组件与建筑结合的光伏发电是近十几年发展起来的在城市 中推广应用太阳能发电的一个主要方向。技术成熟，成功运营项目较多。 城市建筑物屋顶能为光伏系统提供足够的面积，不需要另外占用宝贵的土 地资源。 预选的屋顶位于郑州，郑州市属北温带大陆性季风气候，冷暖适中、 四季分明，春季干旱少雨，夏季炎热多雨，秋季晴朗日照长，冬季寒冷少 雪。郑州市冬季最长，夏季次之，春季较短。年平均气温在 14~14.3 ℃之 间。郑州年平均降雨量 640.9 毫米，无霜期 220 天，全年日照时间约 2400 小时。项目地地约处东经 113.62 °，北纬 34.78°，郑州市太阳能辐射量 年均总太阳能辐射量约为 4798.6MJ／ m2（水平条件下），年均日照时数为 近 1332.9h。 2 光资源数据 3 1.2 项目系统设备材料 表一 屋顶太阳能光伏并网发电系统概况表 序号 项目名称 规格型号 单位 数量 1 总装机容量 1MW P 万度 25 年总发电量约为 3332.25 万度 2 太阳能光伏组件 HONEY组件 块 3774 3 太阳能光伏组件 支架 镀锌角钢 项 足量 4 并网逆变器 SG50KTL 台 21 5 交流并网配电柜 - 台 1 6 监控装置 监控软件 套 1 PC机 套 1 通信传输系统 套 1 7 光伏导线 4 平方 1500V电缆 红 米 6500 4 平方 1500V电缆 黑 米 6500 70 平方 1500V电缆 红 米 900 70 平方 1500V电缆 黑 米 900 8 交流电缆 ZRC-YJV 180mm2 米 50 9 通信电缆 阻燃屏蔽控制电缆 米 100 10 系统的防雷和接 地装置 - 套 1 11 土建及配电等基 础设施 - 套 1 12 系统连接电缆防 护材料 - 项 1 4 二、总体方案设计 2.1 光伏系统项目介绍 该项目总载机容量为 1000KWp,采用并网方式进行发电， 其发电原理如 下所述： 并网光伏屋顶系统由光伏组件、逆变器、直流配电柜、交流配电柜组 组成。太阳能组件产生的直流电经过逆变器转换成符合市电电网要求的交 流电直接接入或者经过升压站后接入公共电网，并网系统中光伏方阵所产 生的电力除了供给交流负载外，多余的电力反馈给电网。 2.2 系统选型设计 太阳能光伏组件安装位置需要避免阴影遮挡，根据郑州项目的具体情 况进行组件的铺设设计，预计可装 3774 块 265Wp电池板，装机容量为 1000kWp。 5 2.3 并网系统原理框图 并网部分总装机容量为 1000kWp，组件方阵以 20 块光伏组件为 1 串， 不同组串通过并联汇流后， 用 21 台 50K 并网逆变器输出 0.4kV 交流 电， 经变压器升压后， 接入内部高压配电房 10kV 母线侧并网点进行并 网。 本方案共用 1 台交流配电柜， 21 台逆变器（ 9 路输入， 带负级接 地 / 无隔离变） ， 1 台升压变压器， 1 台高压开关柜（ 10kV，配计量） 。 6 2.4 主要设备选型说明 （ 1）太阳能板组件 多晶硅太阳能板优势： ① 优异的弱光发电表现（阴天、早晨、傍晚） 先进的电池正面制绒、背电场工艺 选择性发射极技术 ② 极佳的空间利用率 最高功率至 265 瓦 功率密度为 162 瓦 / 平方米 ③ 基于严格质量管控而具备的高可靠性 超过 30 项的内部测试（紫外、热循环、湿冻等） 内部测试严于行业认证标准 抗 PID ④ 应对严酷环境的最佳解决方案 通过 5400 帕正面雪压， 2400 帕风压载荷认证测试 通过直径达 35 毫米，速度 97 千米 / 小时的冰雹测试 太阳能板具体参数如下： 7 8 （ 2）逆变器 为了更加充分的利用逆变器的 MPPT 功能以及使用比，提高效率，本 项目拟采用选用 21台 50K并网逆变器， 技术参数达到智能、 高效、 安全、 可靠。 SG50KTL系统参数： 9 标注： 组件的串联数 根据上述数据得知：每路组串 mppt电压范围为 200V-1000V，组件开路 电压为 38.3V， 38.3*20=766V1000V；每路组串的满载 MPPT电压范围为 550V-850V，组串的额定电压为 30.8V， 30.8*20=616V850V 所以，每路组串串联 20件组件。 组件的并联数 系统总容量为 1000KWp。单板功率为 265Wp, 20块为一串列，总计 3774 块组件， 3774÷ 20≈ 189，故 得出， 共需 189串并联， 每个逆变器共有 9路， ， 需要 21台逆变器可完全容 纳系统 189串并联，容纳系统容量，满足设计要求。 10 三、光伏系统发电评估 本系统在郑州某屋顶安装多晶电池组件， 可安装数量总共 3774 块， 预 计铺设容量 1000kWp， 并网系统装机容量为 1000kWp， 年发电量计算如下： 发电量 Q=P× R× η s÷ R0，式中： P- 系统直流总功率 1000kWp； R-30 °倾角所接受的年太阳总辐射量 1462kWh/m2； η s- 光伏系统发电效率 0.8 ； R0- 标准日照辐射强度即 1kW/ m2， 其中： η s=K1× K2× K3× K4× K5 K1-光电电池运行性能修正系数； K2- 灰尘引起光电板透明度的性能修正 系数； K3- 光电电池升温导致功率下降修正系数； K4- 导电损耗修正系数； K5-逆变器效率； 考虑光伏组件在室外长期工作带来的损耗， 经过行业及产品测算标准， 该系统在 25 年内的发电量如下表所示： 各年 / 全年发电量统计（万 kwh） 第 1 年 1,173,279.36 第 2 年 1,149,813.77 第 3 年 1,137,846.32 第 4 年 1,125,996.20 第 5 年 1,114,263.41 第 6 年 1,102,647.94 第 7 年 1,091,149.80 第 8 年 1,082,232.88 第 9 年 1,073,433.29 第 10 年 1,064,633.69 第 11 年 1,055,834.10 第 12 年 1,047,034.50 第 13 年 1,038,352.23 第 14 年 1,029,669.97 第 15 年 1,020,987.70 第 16 年 1,012,422.76 第 17 年 1,003,975.15 第 18 年 995,527.54 第 19 年 987,197.25 第 20 年 978,984.30 第 21 年 970,771.34 11 第 22 年 962,558.39 第 23 年 954,580.09 第 24 年 946,601.79 第 25 年 938,629.73 总计 2,605.84 年均发电量（万 KWH) 104.23 综上所述，该光伏系统在 25 年运营期间，年平均实际发电量为 104.23 万 kWh/ 年， 25 年共可产生电量 2,605.84 万 kWh。 12 四、系统安装及施工组织 4.1 光伏阵列的布置和安装 根据设计方案， 1000KWp光伏系统共需 21 台逆变器，每个串列为 20 块，共需 265Wp光伏组件 3774 块。 4.2 系统接线 光伏电池板安装完成后，根据设计方案中的电气设计，逐步安装如下 器件。 其中，逆变器为 9 路输入，一路输出，输出交流并网配电柜。 逆变器防护等级为 IP65，可户外安装，但考虑安装方便，装于靠近组 件合适地点悬挂安装 。 4.3 土建 平屋顶： 建筑物屋面为水泥屋面，光伏组件采用固定式安装方式，保证组件与 支架连接牢固可靠，并能很方便地更换太阳能电池组件。光伏系统中单块 组件重量 18.6Kg/ 块， 水泥基础 20Kg/个， 每块组件平均一个水泥基础， 每 块组件下平均光伏支架 8Kg，每块组件占地约 2.5 平方米，折算该光伏系 统约为： （ 18.6+20+8） /2.5=18.64Kg/ 平方米 建筑物屋顶承重需大于 18.64Kg/ 平方米， 屋顶光伏工程的安装屋顶面 13 积需 20000 平方米，可满足光伏系统安装需求。 组串之间距离： D=0.707H/tan 〔 arcsin(0.648cos Φ -0.399sin Φ ) 〕 算出 D=1.658m 水泥屋顶光伏项目案例 14 彩钢瓦： 建筑物屋面为彩钢瓦，光伏组件采用平铺安装，保证组件与支架连接 牢固可靠，并能很方便地更换太阳能电池组件。光伏系统中单块组件重量 18.6Kg/ 块，每块组件下平均光伏支架 8Kg，每块组件占地约 1.6335 平方 米，折算该光伏系统约为： （ 18.6+8） /1.6335 ≈ 16.29Kg/ 平方米 建筑物屋顶承重需大于 16.29Kg/ 平方米， 屋顶光伏工程的安装屋顶面 积需 8000 平方米，可满足光伏系统安装需求。 组串之间距离： 0.5m 此距离作为维修通道使用，组件与屋顶间的支架应保留出大于 20cm 的空间，以便组件散热。 彩钢瓦光伏屋顶项目案例 15 4.4 电气设计 本工程为用户侧并网，自发自用，余电上网。以单个屋顶为一个并网 单元，根据该单位所装容量，确定所用并网逆变器容量，就地以 0.4KV 接 入相应单位的用户侧低压电网。 逆变器交流侧输出接入并网低压开关柜 ( 或 配电箱 ) 。光伏逆变器均采用壁挂式，壁挂于原有建筑物屋顶。 4.5 接入电力系统方案 根据国家电网公司发布的 《光伏电站接入电网技术规定》 （ Q/GDW617-2011） ，对光伏电站接入系统一般原则有以下规定，南方电网 公司接入方式也同样处理： ①光伏电站分类 根据光伏电站接入电网的电压等级，可分为小型、中型或大型光伏电 站。 a）小型光伏电站 --- 通过 380V 电压等级接入电网的光伏电站。 b） 中型光伏电站 --- 通过 10kV～ 35kV 电压等级接入电网的光伏电站。 c） 大型光伏电站 --- 通过 66kV 及以上电压等级接入电网的光伏电站。 本项目属于 b 类中型光伏电站， 就地以 10KV接入相应园区的用户侧低 压电网，实现并网发电功能。 ②接入方式 光伏电站接入公用电网的连接方式为专线接入公用电网、 T 接于公用 电网以及通过用户内部电网接入公用电网的三种方式。 本项目采取通过用户内部电网接入公用电网， T 接于用户内部网络， 16 实现并网发电功能。 ③接入容量 a） 小型光伏电站总容量原则上不宜超过上一级变压器供电区域内的最 大负荷的 25%。 b ） T 接于公用电网的中型光伏电站总容量宜控制在所接入的公用电 网线路最大输送容量的 30%内。 本项目属于中型光伏电站，光伏装机容量设计不超过上一级变压器供 电区域内的最大负荷的 30%。 4.6 电缆敷设及防火 电缆敷设采用桥架和电缆沟两种方式 ； 配电室至光伏方阵及光伏方阵内电缆主要采用桥架敷设方式 ； 新增交流柜至原有低压母线段采用电缆沟敷设方式。 电力电缆选用交联聚乙烯或聚氯乙烯绝缘电缆；连接微机设备的控制 电缆选用聚氯乙烯绝缘屏蔽控制电缆。 电缆设施遵循《电力工程电缆设计规范》 （ GB 50217-2007）的要求。 电缆防火按照根据《火力发电厂与变电站设计防火规范》 （ GB 50229-2006） 的要求设计， 在电缆从室外进入室内的入口处、 电缆接头处、 长度超过 100m的电缆沟、电缆通过的孔洞，均应进行防火封堵。 17 五 . 光伏项目效益分析 5.1 项目环境效益 太阳能光伏发电是一种清洁的能源，既不直接消耗化石资源，同时又 不释放污染 物、 废料， 也不产生温室气体破坏大气环境， 也不会有废渣的 堆放、废水排放等问题， 有利于保护周围环境，是一种绿色可再生能源。 与其它传统火力发电方式相比，本项目每年可以减少大量的温室效应性气 体二氧化碳（ CO2） ，大气污染气体二氧化硫（ SO2） 、 氮氧化物（ NxOy） 等的排放。 此外还可节约用水， 减少相应的废水对水环境的污染。 由此可 见，光伏发电系统有明显的环境效益。 5.2 节能减排分析 节能量可根据申报基数实际应用中减少的一次能源及二次能源的熟练 折算为标准煤进行估算，能源折标系数以国家统计局公布的数据为准。其 中，电力折标系数可按 350gce/kWh 计算。碳减排量可根据节能量乘以相 应能源品种的排放系数进行估算，其中以每发 1kWh电能减少 750g 二氧化 碳的排放来计算。本光伏发电项目装机容量约为 1000kWp，该项目的建设 将在节省燃煤上，起到积极的示范作用。 本项目按照每发 1 kWh 电减少 30 g 二氧化硫、 15 g 氮氧化物的排放来估算节能减 排效益，计算结果如 表 5-1 所示。 表 5-1 本项目的节能减排效益 项目 节能标煤（吨） CO2减排量（吨） SO2减排量（吨） NxOy减排量（吨） 年均节能减排 364.79 781.71 31.27 15.64 运行期内 总节能减排量 9119.84 19542.84 781.78 391.03 18 图 5-1 本项目的节能减排效益 从上面的计算结果可以看到，本项目预计平均年发电量约为 104.23 万 kWh，每年可节约标准煤约 364.79 吨，减排二氧化碳约 781.71 吨，减 排二氧化硫约 31.27 吨， 减排氮氧化物约 15.64 吨。 本项目预计 25 年 发电总量为 2605.84 万 kWh， 25 年可节约标准煤共计 9119.84 吨，减排 二氧化碳约 19542.84 吨，减排二氧化硫约 781.78 吨，减排氮氧化物约 391.03 吨。 19 5.3 经济性分析 分布式光伏电站经济评价表 1 规划装机容量 1 MW 工程总投资 733.96 万元 2 计算期 25 年 每瓦投资额 7.34 元 3 资本金（ 30%） 220.19 万元 国家电价补贴 0.42 元 / 度 4 贷款资金（ 70%） 513.77 万元 含增值税电价 ( 合同电价 ) 0.61 元 / 度 5 年维护费 16.91 万元 日照强度 ( 单位面积年辐射 ) 1333.27 kWh/m2 6 次年发电量： 114.98 万度 年均等效发电小时数 1042.34 小时 7 计算结果（财务指标） 8 全投资财务净现值（税前） ￥ 238.16 万元 投资回收期（年） 8.15 年 9 全投资财务净现值 （税后） ￥ 155.08 万 元 全投资内部收益率 IRR（税 后） 11.02% 10 资本金财务净现值（税前） ￥ 505.73 万元 投资回收期（年） 4.50 年 11 资本金财务净现值（税后） ￥ 463.99 万元 资本金内部收益率 IRR（税后） 18.25%