1000亩非晶硅薄膜光伏农业大棚发电项目建设可行性研究报告

一、项目概况国家制定的新能源产业振兴规划正全力推进我国新能源和可再生能源的发展，减少二氧化碳排放，减缓全球气候变化。在推动市场经济条件下，这将进一步加快我国光伏发电产业和应用项目的建设。拓展光伏发电产业到 “三农”工作和新农村建设。省政府审议政府工作报告时强调，大力加强城乡统筹，加快推进工业化、城镇化进程，努力实现云南经济社会发展的新跨越。要大力加强城乡统筹，加快推进工业化、城镇化进程。统筹城乡发展是科学发展观的重要方面，工业化、城镇化是社会发展的必然阶段。要把推进农业产业化、提高农民收入，作为工业化、城镇化的基础，通过不断推进农业产业化，带动农民持续增收，促进农村人口有序向城镇集中。积极探索适应城镇化发展的新办法、新措施，科学规划、完善功能、改善环境，作为工业化、城镇化的基本要求，努力走出一条符合云南省情、具有云南特色的新型工业化和城镇化路子。发展方向是加快推进城镇化建设、提升都市型现代农业开放度、加快沟域经济发展、加快农村基础设施建设、加强生态文明建设、改善农村民生。光伏发电是推动三农工作和新农村建设的重要技术基础。将光伏发电产业与农业开发及节约资源结合起来，可以实现节约土地、能源、资源，用最少的投入获得最大的效益，致力于经济与资源、环境的协调发展。在大力发展光伏产业的同时坚持节约和集约用地的原则、坚持多元使用的原则。农业开发坚持使用太阳能等清洁能源原则。将光伏产业链延伸至农业科技发展。云南省地处东经 100° 21′，北纬 25° 20′附近。全省年太阳总辐射量 3620 － 6682 兆焦耳／平方米，年日照射数 2400 － 3000 小时。太阳能资源地区分布特点是西多东少，丰富区在楚雄州、大理州、丽江地区、红河州的中北部、德宏州、保山地区等地，年太阳辐射量在 5800 兆焦耳／平方米以上。在薄膜光伏应用方面确定了领域综合发展方向。在以绿色环保，可再生能源利用和节能减排为基础的前提下，提出光伏农业低碳经济的深入发展项目。大理源畅光电能源有限公司在省市政府支持下制定了《 1000 亩非晶硅薄膜光伏农业大棚发电项目》 。该项目在可再生能源利用、推动新能源产业发展、节能减排保护环境、提高空气质量、节省土地资源，提高3 土地利用率的同时，推动农业经济向着现代化农业方向发展。解决大幅增加农民收入，快速提升农业产值，加快新农村建设，促进社会和谐发展。光伏农业大棚（光伏温室）是利用光伏发电技术，光伏组件结构设计实现的温室农作物生产系统，是根据植物生长技术为农作物，特别是蔬菜，在其正常的生长发育过程中，提供必需的光照、温度、水分、空气、养分的环境空间。由于这些作物生长条件并非单独与其发生关系，而是诸因素相互联系，相互影响，其中有任一条件不符合其生长需求，作物不能正常生长，甚至死亡。云南省属亚热带气候，四季分明，在早春和冬季气温低，不利反季节蔬菜等作物生长，在早春和冬季有不少蔬菜市场供应存在淡季。这两个季节很多蔬菜是从外地调入，不但价格高，而且品质差，甚至有些蔬菜还有对人体含有害的防腐剂。在云南省大规模实施光伏大棚项目具有重要意义。本项目并网类型为用户侧并网光伏发电项目。采用非晶硅薄膜电池组成阵列，经带变压器的逆变器将直流电变换成 0.4KV 频率 50Hz 正弦波交流电 , 在本厂区变电室低压侧接入电网。本项目光伏农业大棚发电系统装机容量 30MWp。总投资 117728 万元。预计 25 年总发电量 98107 万 KWh。二、光伏温室工作原理（ 1） 光合作用光合作用（ Photosynthesis ）是植物用叶绿素和某些细菌利用其细胞本身，在可见光的照射下，将二氧化碳和水（细菌为硫化氢和水）转化 为有机物，并释放出氧气（细菌释放氢气）的生化过程。太阳光入射到地球表面包括：紫外线、可见光及红外线紫外线占 7% （改变植物物质结构，具有破坏性）可见光占 71% （提供照明、供植物光合作用）红外线占 22% （产生热能）植物能够通过光合作用利用无机物生产有机物并且贮存能量。通过食用可以吸收到植4 物及细菌所贮存的能量。对于生物界的几乎所有生物来说，这个过程是赖以生存的关键。而地球上的碳氧循环，光合作用是必不可少的。植物利用阳光的能量，将二氧化碳转换成淀粉，以供植物及动物作为食物的来源。叶绿体由于是植物进行光合作用的地方，因此叶绿体是阳光传递生命的媒介。对于绿色植物来说，在阳光充足的白天，它们将利用阳光的能量来进行光合作用，以获得生长发育必需的养分。 这个过程的关键参与者是内部的叶绿体。叶绿体在阳光的作用下，把经有气孔进入叶子内部的二氧化碳和由根部吸收的水转变成为淀粉，同时释放氧气。叶绿体膜上的两套光合作用系统：光合作用系统 1 和光合作用系统 2 ，在光照的情况下，分别吸收 680nm和 700nm波长的光子（以蓝紫光为主，伴有少量红色光），作为能量，将从水分子光解过程中得到电子不断传递，最后传递给辅酶 NADP+。而水光解所得的氢离子则因为顺浓度差通过类囊体膜上的蛋白质复合体从类囊体内向外移动到基质，势能降低，其间的势能用于合成 ATP 供暗反应所用。大棚是以玻璃或塑料薄膜等材料作为屋面，全部以透光材料做为屋面和围墙的房屋，具有充分采光、防寒保温能力。室内可设置一 些加热、 降温、补光、遮光设备，使其具有较灵活的调节控制室内光照、空气和土壤的温湿度、二氧 化碳浓度等蔬菜作物生长所一种5 需环境条件的能力。光伏农业大棚是使用太阳能电池组件作为大棚屋面的主要材料（半透明非晶硅薄膜太阳能电池板）。光伏发电系统为实现加热、 降温、调光、遮光设备的能源，使其具有较灵活的调节控制温室内光照、空气和土壤的温湿度、二氧 化碳浓度的温室，即使在寒冷的季节，只依靠太阳光来维持室内一定的温度水平，以满足蔬菜作物生长的需要。（ 2） 光伏农业大棚组成大棚结构主体：采用热浸镀锌钢制骨架。大棚顶部覆盖材料采用为 1245x635x6mm 非晶硅薄膜光伏组件，其余采用聚碳酸酯板（ PC 板）。聚碳酸酯中空板是以高性能的工程塑料及聚碳酸酯（ PC）树脂加工而成，具有透明度高、质轻、抗冲击、隔音、隔热、难燃、抗老化等特点，是一种节能环保型塑料板材，是目前国际上普遍采用的塑料建筑材料。建筑规格： 南北 45m ，东西 150m，前屋面高 1.5m ，后屋面高 5.0m ，跨度： 7.5m，开间 3.3m ，天沟高： 3.0m，抗雪载： 35KG/㎡，抗风载： 60KG/㎡。光伏温室系统可选择配置：开窗系统（以达到通风降温的效果）湿帘—风机降温系统（利用水的蒸发降温原理实现降温目的，特制的湿帘能确保水均匀地淋湿整个降温湿帘墙，空气穿透湿帘介质时，与湿润介质表面进行的水气交换空气的显热转化为汽化潜热，实现对空气的加湿与降温）6 喷雾系统（对于温室不仅起灌溉作用，还可以起到降温，调节湿度，叶面施肥等作用）LED 植物生长灯（ 400 ~ 520nm-- 蓝色的光线以及 610 ~ 720nm-- 红色光线，对于光合作用最大。 520 ~ 610nm-- 绿色的光线，被植物色素吸收的比率很低）叶绿素 a,b 的吸收峰选择蓝红 LED 灯，两种波长的光线，覆盖光合作用所需的波长范围。蓝色 (470nm)和红色 (627nm)的 LED 灯，可以提供植物所需的光线。7 非晶硅薄膜太阳能组件发电需要的主要光谱为 600nm。有效阻挡紫外线对植物的生长影响，发电的同时确保植物光合作用有效进行。并起到有效的保温作用。薄膜透光光伏组件构成的农业大棚光伏系统，具有保温、长寿、抗老化、抗紫外线、防尘、暴雨、冰雪等优点，有利于植物形态生成、花果着色及维生素合成 , 促进农作物提早收获、提高品质、增加产量，从而增加农业生产效益。三、工程方案1、项目设计方案（ 1）设计依据及说明根据项目建设位置地理环境，气象资料及太阳能资源数据，变电站位置，建筑物条件及电力负荷作为设计依据。分析太阳能电池的应用发展状况，选择太阳能电池组件的类型。根据电气设备技术指标和设计技术文件，并按照如下规范和标准进行光伏发电系统设计。GB/T 19939-2005 光伏发电系统并网技术要求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 14549-1993 电能质量 公用电网谐波GB/T 15543-1995 电能质量 三相电压允许不平衡度8 GB/T 18479-2001 地面用光伏（ PV）发电系统概述和导则设计依据太阳能组件技术指标，逆变器及相关交直流低压配电柜设备和计量仪表技术和设计手册等资料，以及本地接入电网技术条件和要求等。（ 2）系统设计基本原则节省系统建设投资，尽可能减小使用功率，减小污染，保护环境，电池板提供的功率应满足发电量要求安装电池板的区域要满足系统需要的面积说明光照等气象条件，提供系统发电效率避免对太阳能组件的光照遮挡系统设计要求使用的设备与电网兼容系统设计各连接部分要求最小电气损耗系统设计满足接入电网条件和要求（ 3）太阳能光伏组件的选择本项目设计选择型号 SE-39 透光非晶硅薄膜电池组件。技术指标见下面图表：SE-39 非晶硅薄膜电池组件技术指标表SE-39 非晶硅薄膜电池组件 V-I 特性9 （ 4）光伏大棚屋顶设计本项目光伏大棚屋顶设计，按照 10 亩光伏大棚为一个单元进行设计。即大棚东西方向为 150 米，南北方向为 45 米，前屋面高 1.5m ，后屋面高 5.0m ，跨度： 7.5m，开间3.3m，天沟高： 3.0m，抗雪载： 35KG/㎡，抗风载： 60KG/㎡。10 根据非晶硅太阳能电池组件面积， 10 亩大棚屋面积，每 14 片太阳能组件为一串，东西方向安装 16 组（每组 14 片），南北方向安装每跨度 5 排，共计 30 排，总计设计安装太阳能电池组件 6720 片（ Wp=300KW）。基础尺寸： 500x500x1000 材料： C25 商品混凝土立柱尺寸： 1500（前）， 5000（后），材料： ? 114x3mm 钢管横梁尺寸： 11285（斜） x10000（水平） x1000（高）材料： ? 50x3mm 钢管立面龙骨： 40x20x2mm 角钢间距： 1245mm 屋面龙骨： 35x35x2.75mm 金属方管 +40x20x2mm（ 07）角钢间距： 1255mm 左右侧双开门尺寸： 2000x1800（单门 900 ）材料：铝合金 +玻璃立面面积： 1240M2材料：阳光板11 大棚顶做法示意图材料：阳光板屋面龙骨： 35x35x2.75mm 金属方管 +40x20x2mm（ 07）角钢间距： 1255mm 大棚金属件连接方式：焊接（ 5）光伏并网逆变器的选择考虑系统使用的安全性，管理的灵活性和维护的方便性，确定 10 亩光伏农业大棚发电容 300KW，设计采用 1 个型号 XP350HV TL 350KW 光伏并网发电单元构成 350KW 并网发电系统。（ 6）光伏阵列设计计算逆变器的直流工作电压范围为： 450Vdc～ 900Vdc，最佳直流电压工作点为： 560Vdc。SE-39 光伏组件的最大功率 48.25Wp，最大输出电压 46.22V 。根据逆变器最佳直流电压工作点 840V 要求，计算光伏组件串接数量 Ns=14 片。12 考虑光伏发电系统安全运行，光伏阵列设计防雷系统。将太阳电池串列通过光伏方阵防雷汇流后，再接入配电房的直流配电柜。每个太阳电池串联的电池组件接线如下图所示：太阳电池串联的电池组件连接图在电池串联后做每 10 路并联汇流，以减少电缆数量。将若干个太阳电池串联、并联、汇流，加上保护电路和防雷电路，构成一个光伏阵列防雷接线集中箱。（ 7）光伏阵列防雷集中接线箱光伏阵列防雷集中接线箱图光伏阵列防雷集中接线箱功能包括：室外使用；接入 10 路光伏组件串联，电流最大约 10.8A; 接入光伏串联电压最大值 750VDC; 熔断器的耐压值不小于 DC1000V；每路光伏串联具有二极管防反保护；配有光伏专用高压防雷器，正极负极都具备防雷功能；采用正负极分别串联的四极断路器提高直流耐压值，可承受的直流电压值不小于DC1000V。13 （ 8）直流配电控制柜设计直流配电控制柜接入 2 路 350KWp 的直流配电单元， 2MW 光伏发电系统设计配置3 组直流配电控制柜。（ 9）交流防雷配电控制柜每台逆变器的交流输出接入交流配电控制柜负荷开关，并配有每台逆变器的输出电能计量表，电网电压表，输出电流表和频率表，显示电网侧电压及光伏发电运行状况，并在与电网连接的三相交流电源输出侧配有防雷器。（ 10）系统接入电网设计本光伏发电项目装机容量 120MW。接入电压等级 110KV。计划接入距光电场东侧距离10 公里处在建大功山 220KV 变电站。光伏发电场站通过单回 110KV 架空输电线路接入将建成投人运行的大功山 220KV 变电站。（本项目接入系统方式最后以接入系统设计为准）。接入 11OKV 电气主接线图光伏农业大棚 1000 亩（ 66.7 万平米）。单个发电单元容量 1MW，出线电压 0.4KV 。每个发电单元配置一台箱式变电站。根据光伏电场容量规模，接入电压等级，光伏电场的输变电系统采用二级升压方式。选择箱变高压侧为 35KV，发电单元电压 0.4KV 经箱变升压至35KV 后接入光伏电场 110KV 升压站，经 35/110KV 主变压器二次升压至 110KV 后接入 220KV 大功山变电站 110KV 电压母线。每个 3 个光伏农业大棚（ 1MW）发电单元与一箱变组合，安装接线简单，操作维护方14 箱变选择 1000KVA 箱式变电站，箱变电压 35/0.4KV ， 10 台。布置在电场的升压变电站位置。汇接连接 110KV 升压站的 35KV 电压母线。这样设计将减小箱变连接到 110KV 升压站的距离。110KV 升压变电站在光伏电场配套建设一座 110KV 升压站。 110KV 升压站由一台 10000KVA 变压器，35KV 屋内配电设备， 110KV 高压配电设备和中控继电保护等组成。为减少 35KV 高压配电设备的占地面积，便于检修和运行维护，选用金属封闭移开式高压开关柜。由于升压变电站位于山区，环境相对潮湿，选用 SF6 全封闭设备（ GIS）。其占地面积小，维护工作量少，运行可靠等，适合本项目使用环境。由于本期项目装机容量不大， 110KV 侧为单回出线及主变压器故障概率很低，所以本项目设计安装一台 10000KVA 主变压，型号 SZ10-10000/110, 电压 121± 8X1.25%/35KV,接线组别 YN、 dll ，阻抗电压 Uk=10.5%有载调压变压器。考虑电场环境，主变压器安装室内。场用电源本项目设计 2 台场用变压器，其中 1 回场变压器电源来自升压变电站 35KV 电压母线。另 1 回场变压器电源来自当地电网 35KV 专用回路作为场用电备用电源。变压器型号SC-100/35,100KVA， 35± 2X2.5%/0.4KV。两台变压器低压侧设 2 套低压变电柜。由于发电单元的功率因数为 1 （可调），所以不设 35KV 侧无功补偿装置。主要电气设备选择设备短路电流暂按照如下标准选择： 35KV 侧短路电流为 23KA， 110KV 侧短路电流为40KA。主变压器型号 SZ10-10000/110, 电压 121± 8X1.25%/35KV,接线组别 YN/dll ，阻抗电压 Uk=10.5%有载调压变压器 1 台。箱式变电站型号 BS-1000/35, 容量 10000KVA,电压组合： 35± 2X2.5%/0.4KV接线组别 Y/dll ，阻抗电压 Uk=6.5%。， 10 台。其中包括高压负荷开关，熔断器设备。场用变压器型号 SC-100/35 ，额定容量 100KVA,电压组合 35± 2X2.5%/0.4KV，接线组别 Y/dll ，阻抗电压 Uk=6.5%。， 2 台。35KV 高压开关柜型号 KYN61-40.5, 额定电压 40.5KV ，额定电流 500A，开断电流25KA，15 110KV SF6 全封闭电器（ GIS） , 额定电压 125KV，额定电流， 400A，开断电流 40KA，1 套。防雷过电压保护对于直击雷保护，在配电室采用避雷带保护。光伏组件安装框架接地。根据国家标准 >(DL/T 620-1997) 规定，在110KV 线的入口处装设氧化锌避雷器保护。箱变高压侧采用氧化锌避雷器保护。防止配电装置遭雷电波损坏。保护接地按照 >(DL/T 621-1997) 要求做接地。接地电阻小于等于4 欧姆。照明系统分为正常工作照明和事故照明。主控制室，通讯机房， 35KV 配电装置， 110KV 配电装置，主变压器室，主要通道设置正常照明外，还需要事故照明。事故照明有逆变器柜供电。升压变电站电气设备布置考虑地处山区，升压站的主要设备均布置在屋内。升压变电站设计成 3 层建筑，地下一层，地上 2 层。地下一层为电缆层，地上一层安装 35KV 屋内配电设备，电气检修室。地上 2 二层安装 110KV SF6 全封闭电器（ GIS），主控制室，场用低压配电柜，通讯机房。主变压布置在单独的变压器室内。光伏组件安装设计根据大理大功山地理位置：北纬 25.25 ° \u21644X东经 99.80 ° \u65307X太阳能辐射强度近二十年平均日太阳辐射强度 4.54kWh/ ㎡ / d 。设计光伏组件倾角 25° \u12290X将其固定在铝合金结构框架上（铝合金框架安装热浸锌结构框架上）选择压片固定安装方式。在工厂制作铝合金结构框架 , 将框架基础运输至山区安装地，按照设计图纸坐标位置建设基础，安装调平框架。然后将太阳能光伏组件用卡压件固定。选用不锈钢螺钉、螺母及垫圈。(11) 系统防雷接地装置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。设计系统防雷接地装置。系统的防雷接地装置包括：选择在配电室附近地点，挖 2 米深地线坑，采用 40 扁钢，添加降阻剂引出接地线地16 引出线采用 35mm2 铜芯电缆，接地电阻应小于 4 欧姆。在配电室附近设置避雷针，高 25 米，做一地线。光伏组件支架良好的接地，光伏阵列防雷集中接线箱内设计有高压防雷器保护装置，光伏阵列集中后再接入直流防雷配电控制柜，经过多级防雷装置可有效避免雷击导致设备损坏。每台逆变器的交流输出连接交流防雷配电柜（内设防雷保护装置），可有效地避免雷击和电网浪涌导致设备的损坏。所有的配电柜柜有良好的接地。2、发电计量系统配置方案（ 1）发电计量仪表配置示意图、仪表类型本光伏发电系统采用发电侧电能量计量自动化系统，即计量自动化主站系列 /DF6100 电能量采集及计费自动化主站系统。在低压侧配置 DSSD176 三相四线线电子式多功能电能表进行计量。表计量精度为有功0.5s ，无功 2.0 级。配置 1 台插箱式电能量采集装置，对电能表数据进行采集、存储，并将数据传输至主站系统。电能量计量系统由本地电能量小主站系统、电能量采集装置和多功能电能表构成。电能量处理装置和多功能电能表通过 RS485 线连接通讯，当地电能量小主站和采集终端支持17 RS232 直接连接 / 网络 / 拨号方式进行通讯。（ 2）电能量计量小主站操 作 系 统 采 用 Windows 系 列 操 作 系 统 ， 数 据 库 采 用 商 用 数 据库 管 理 系 统 支 持oracle/Sybase/sql server/access ，充分保证系统容量和计算能力；数据采集采用多线程、多任务模式，采集所有机组的全部电能量数据；系统采用后台服务方式，按设定的统计方案统计电量。实现电能量的自动采集、存储、总加计算、统计、报表打印等功能。 系统配置图：（ 3）电能计量系统功能：实现电能量计量系统的基本要求；电能量小主站通过电能量采集装置自动采集电能表相关数据。实现电相关电量统计，损耗统计，报表等功能。配置有 32 路 ~96 路脉冲 / 遥信采集接口，采集脉冲电能表的脉冲输出并分时段计算累计电能量，也可以采集遥信等状态信号；配置有 6~18 路 RS485 接口，每路 RS485 接口可接31 块全电子式电能表（每路 RS485 接口可支持多种电能表规约，即一口多规约），能通过RS485 接口自动采集数字电能表带时标、带费率的电量数据（电能数据、最大需量及最大需量发生时间、瞬时量数据、失压断相数据、其他电表规约提供的数据等）。针对 CS 电流环接口的全电子式电能表，可配置 6 ～ 18 路 CS 电流环接口进行采集。通讯功能：支持最多 4 路 RS232 接口，可用于维护或用于连接 GPS 时钟、 RTU、数传电台等外部智能设备；支持最多 4 路普通 Modem 接口，主站可以通过拨号、专线访问；/IP 协议访问；18