3KW屋頂分布式光伏電站設(shè)計(jì)方案解析

1、3KW屋頂分布式光伏電站設(shè)計(jì)方案解析Xxx市XX鎮(zhèn)xx村3.12KWp分布式電站設(shè)計(jì)方案設(shè)計(jì)單位： xxxx有限公司編制時(shí)間： 2021年月目錄1、項(xiàng)目概況. - 2 -2、設(shè)計(jì)原則. - 3 -3、系統(tǒng)設(shè)計(jì). - 4 - （一）光伏發(fā)電系統(tǒng)簡介. - 4 - （二）項(xiàng)目所處地理位置. - 5 - （三）項(xiàng)目地氣象數(shù)據(jù). - 6 - （四）光伏系統(tǒng)設(shè)計(jì). - 8 -4.1、光伏組件選型. - 8 -4.2、光伏并網(wǎng)逆變器選型. - 9 -4.3、站址的選擇. - 9 -4.4、光伏最佳方陣傾斜角與方位. - 11 -4.5、光伏方陣前后最佳間距設(shè)計(jì). - 12 -4.6、光伏方陣串并聯(lián)設(shè)計(jì).

2、- 13 -4.7、電氣系統(tǒng)設(shè)計(jì). - 13 -4.8、防雷接地設(shè)計(jì). - 14 -4、財(cái)務(wù)分析. - 18 -5、節(jié)能減排. - 19 -6、結(jié)論. - 20 -1、項(xiàng)目概況光伏發(fā)電特指采用光伏組件，將太陽能直接轉(zhuǎn)換為電能的發(fā)電系統(tǒng)。它是一種新型的、具有廣闊發(fā)展前景的發(fā)電和能源綜合利用方式，它倡導(dǎo)就近發(fā)電，就近并網(wǎng)，就近轉(zhuǎn)換的原則，不僅能夠有效提高同等規(guī)模光伏電站的發(fā)電量，同時(shí)還有效解決了電力在升壓及長途運(yùn)輸中的損耗問題。分布式光伏發(fā)電具有以下特點(diǎn)：一、是輸出功率相對較小。一般而言，一個(gè)分布式光伏發(fā)電項(xiàng)目的容量在數(shù)千瓦以內(nèi)。與集中式電站不同，光伏電站的大小對發(fā)電效率的影響很小，因此對其經(jīng)濟(jì)性

3、的影響也很小，小型光伏系統(tǒng)的投資收益率并不會比大型的低。二、是污染小，環(huán)保效益突出。分布式光伏發(fā)電項(xiàng)目在發(fā)電過程中，沒有噪聲，也不會對空氣和水產(chǎn)生污染。三、是能夠在一定程度上緩解局地的用電緊張狀況。但是，分布式光伏發(fā)電的能量密度相對較低，每平方米分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)的功率僅約100瓦，再加上適合安裝光伏組件的建筑屋頂面積有限，不能從根本上解決用電緊張問題。四、是可以發(fā)電用電并存。大型地面電站發(fā)電是升壓接入輸電網(wǎng)，僅作為發(fā)電電站而運(yùn)行；而分布式光伏發(fā)電是接入配電網(wǎng)，發(fā)電用電并存，且要求盡可能地就地消納。2、設(shè)計(jì)原則（一）合理性由于分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)也是屬于光伏電站的一種，所以其設(shè)計(jì)、施工均需滿足國

4、標(biāo)GB50797-2012光伏發(fā)電站設(shè)計(jì)規(guī)范的要求，將根據(jù)其對項(xiàng)目站址選址、太陽能發(fā)電系統(tǒng)、電氣部分、接入系統(tǒng)進(jìn)行合理性設(shè)計(jì)。（二）安全性設(shè)計(jì)的光伏系統(tǒng)需安全可靠，防止意外情況造成的人身意外傷害與公共財(cái)產(chǎn)的損失。光伏系統(tǒng)的安裝施工納入建筑設(shè)備安裝施工組織設(shè)計(jì)，并制定相應(yīng)的安裝施工方案和特許安全措施；（三）美觀性對光伏方陣與地面上的土建房屋等進(jìn)行統(tǒng)一設(shè)計(jì)，美觀大方，實(shí)現(xiàn)整體協(xié)調(diào)。（四）高效性優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，盡可能的提高光伏系統(tǒng)的整體發(fā)電效率，減少不必要是能耗損失。達(dá)到充分利用太陽能、提供最大發(fā)電量的目的。（五）經(jīng)濟(jì)性作為光伏項(xiàng)目，在滿足光伏系統(tǒng)外觀效果和各項(xiàng)性能指標(biāo)的前提下，最大限度的優(yōu)化設(shè)計(jì)方案

5、，合理選用各種材料，把不必要的浪費(fèi)消除在設(shè)計(jì)階段，降低工程造價(jià)，為業(yè)主節(jié)約投資。3、系統(tǒng)設(shè)計(jì)（一）光伏發(fā)電系統(tǒng)簡介分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)根據(jù)系統(tǒng)容量大小劃分可分為大型系統(tǒng)與小型系統(tǒng)之分，其中小型系統(tǒng)主要是指容量在KW級別的發(fā)電系統(tǒng)，其主要是由太陽能光伏方陣、逆變部分、接地防雷部分、計(jì)量裝置、保護(hù)設(shè)備等主要部分組成。其系統(tǒng)工作原理如下：光伏發(fā)電系統(tǒng)在白天太陽照射的情況下，將光伏組件產(chǎn)生的直流電先經(jīng)由光伏專用線纜送入光伏并網(wǎng)逆變器，將不穩(wěn)定的直流電轉(zhuǎn)換為穩(wěn)定的交流電，再經(jīng)由配電保護(hù)設(shè)備送入用戶側(cè)低壓配電網(wǎng)。本方案屋頂有效面積約30m2，采用260Wp光伏組件12塊組成，共計(jì)建設(shè)3.12KWp屋頂分布式

6、光伏發(fā)電系統(tǒng)。系統(tǒng)采用1臺3KW光伏逆變器將直流電逆變?yōu)?20V交流電，接入220V線路送入戶業(yè)主原有室內(nèi)進(jìn)戶配電箱，再經(jīng)由220V線路與業(yè)主室內(nèi)低壓配電網(wǎng)進(jìn)行連接，即可送電進(jìn)入市電網(wǎng)。（二）項(xiàng)目所處地理位置本項(xiàng)目所在地紅安縣位于湖北省東北部大別山南麓，東鄰黃岡麻城，西接孝感大悟，南臨武漢黃陂，北接河南信陽，縣城距省會武漢80公里。地跨東經(jīng)1142311449，北緯30563135之間。全縣國土總面積為1796平方公里，轄12個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)場，396個(gè)行政村，人口66.36萬人，其中農(nóng)村人口52.9萬人，城鎮(zhèn)人口13.46萬。紅安縣地勢北高南低，海拔高度一般為200米?？h東北部為山區(qū)，坡度1540，最

7、高點(diǎn)為縣北的老君山，海拔840.5米?？h境最低處是南部的太平橋鎮(zhèn)與新洲縣交界的倒水河畔杜家灣，海拔僅30米。紅安縣南部多丘陵，坡度520。全縣河谷平原少，為半山半丘陵地區(qū)。屬亞熱帶季風(fēng)氣候，年平均氣溫為15.7，最高氣溫為41.5，最低氣溫為-14.5。全縣無霜期平均為236.4天；全縣年平降水量為1116.2毫米，夏季降雨量占年總雨量的一半，年平降雪日為8.3天，年平相對濕度77%，年平均風(fēng)力3級。年均總?cè)照諡?998.8小時(shí)，占可照時(shí)數(shù)45%，屬于太陽能資源三類可利用地區(qū)。圖：項(xiàng)目所在地衛(wèi)星區(qū)位圖（三）項(xiàng)目地氣象數(shù)據(jù)（美國NASA氣象局提供）（四）光伏系統(tǒng)設(shè)計(jì)4.1、光伏組件選型本項(xiàng)目選用

8、XX公司生產(chǎn)的260P-60多晶硅太陽電池組件產(chǎn)品，額定功率260Wp。其主要性能參數(shù)如下表所示：表1.選用的光伏組件產(chǎn)品參數(shù)電池類型多晶硅太陽電池組件組件最大功率（Wp）260組件工作電壓（V）31.2組件工作電流（A）8.36組件開路電壓（V）38組件短路電流（A）8.95最大功率溫度系數(shù)Tk（Pm）0.45%/K開路電壓溫度系數(shù)Tk（V oc）0.35%/K短路電流溫度系數(shù)Tk（Isc）0.060%/K組件尺寸大?。╩m）164099235組件效率（含邊框）15.98%重量（Kg）184.2、光伏并網(wǎng)逆變器選型根據(jù)本項(xiàng)目業(yè)主為居民分布式，電網(wǎng)入戶電壓為AC220V,故選用單相光伏逆變器。

9、其主要性能參數(shù)如下表所示：產(chǎn)品技術(shù)參數(shù)最大直流輸入功率 3.4KW最大直流輸入電壓550V DC輸入電壓范圍MPPT 70V-550VMPPT路數(shù)1路/1并單路輸入電流13A額定交流輸出功率3KW額定輸出電壓220V電網(wǎng)頻率50HZ交流連接類型單相MTTP效率99.5%歐洲加權(quán)效率96.5%4.3、站址的選擇對于居民及家用分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)而言，其站址一般選在居民屋頂或空曠地面之上，故在此暫不考慮大范圍上的自然條件（太陽輻射量、地理位置、交通條件、水源）和接入電網(wǎng)條件（接入點(diǎn)的距離、接入點(diǎn)的間隔等）。環(huán)境影響更能直接影響到居民及家用分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)的選址，其關(guān)鍵要素如下：A.有無遮光的障礙物

10、（包括遠(yuǎn)期與近期的遮擋）B.鹽害、公害的有無C.冬季的積雪、結(jié)冰、雷擊等災(zāi)害結(jié)論：本案安裝在業(yè)主屋頂，周圍無高大建筑物，在設(shè)計(jì)布局時(shí)無需對此進(jìn)行陰影分析。4.4、光伏最佳方陣傾斜角與方位為了保證本項(xiàng)目收益最大化，并且也為了組件安裝簡便與效果美觀，通過專業(yè)光伏模擬軟件分析得出，此地的最佳太陽能傾斜角度為26 度，及朝正南向傾斜26度安裝。這樣可保證系統(tǒng)發(fā)電量在全年周期中的最大化。另考慮到光伏支架強(qiáng)度、系統(tǒng)成本、屋頂面積利用率等因素。在保證系統(tǒng)發(fā)電量降低不明顯的情況下（降低不超過1%）盡可能降低光伏方陣傾斜角度，以減少受風(fēng)面做到增加支架強(qiáng)度，減少支架成本、提高有限場地面積的利用率。經(jīng)分析得出，本項(xiàng)

11、目建議傾斜角約為17度左右（屋面正南面傾斜角度）。4.5、光伏方陣前后最佳間距設(shè)計(jì)為了追求太陽能發(fā)電系統(tǒng)全年的最佳發(fā)電量并盡可能的提高屋面利用率，我們在此要求在冬至日（每年的12月22日或12月23日）當(dāng)天9:00至15:00，光伏方陣列不會互相遮擋，此時(shí)的前后間距即為最佳間距。經(jīng)專業(yè)PV軟件模擬可知，光伏方陣傾斜角度17度，組件陣列與陣列間最低點(diǎn)間距保持在5M，冬至日當(dāng)天9:00至15:00，光伏方陣列基本不會互相遮擋。4.6、光伏方陣串并聯(lián)設(shè)計(jì)分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)中太陽能電池組件電路相互串聯(lián)組成串聯(lián)支路。串聯(lián)接線用于提升集電系統(tǒng)直流電壓至逆變器電壓輸入范圍，應(yīng)保證太陽能電池組件在各種太陽輻射

12、照度和各種環(huán)境溫度工況下都不超出逆變器電壓輸入范圍?？紤]到適用于晶體硅電池的逆變器最大直流電壓（最大陣列開路電壓）為550V，最大功率電壓跟蹤范圍為70550V,MPPT路數(shù)為1路/1并。對于本項(xiàng)目選用12塊260W多晶硅太陽電池組件，每個(gè)太陽電池組件額定工作電壓為31.2V，開路電壓為38V，串聯(lián)支路太陽電池?cái)?shù)量初步確定為12個(gè)。在環(huán)境溫度為252、太陽輻射照度為1000W/m2的額定工況下，12個(gè)太陽電池串聯(lián)的串聯(lián)支路額定工作電壓為374.4V，開路電壓456V，均在逆變器允許輸入范圍內(nèi)，可確保正常工作。在工況變化時(shí)考慮在平均極端環(huán)境溫度為-10時(shí)，太陽能電池組件串的最大功率點(diǎn)工作電壓為1

13、231.2（0.35%35+1）=420.3V，滿足550V最高滿載MPPT點(diǎn)的輸入電壓要求；在極端最高環(huán)境溫度為42時(shí)，太陽能電池組件的工作電壓為1231.2（-0.35%17+1）=352.1V，滿足70V最低MPPT點(diǎn)的輸入電壓要求?？紤]系統(tǒng)電壓線損為2%，可以看出上述方案完全滿足使用要求。經(jīng)上述校核，確定串聯(lián)支路太陽電池?cái)?shù)量為12。4.7、電氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)根據(jù)光伏組件選型、光伏并網(wǎng)逆變器選型、光伏方陣串并聯(lián)設(shè)計(jì)等，結(jié)合業(yè)主低壓接入情況，對本案光伏發(fā)電進(jìn)行電氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)，如下圖所示：圖：系統(tǒng)電氣一次4.8、防雷接地設(shè)計(jì)太陽能光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的基本組成為：太陽電池方陣、光伏匯流箱、箱變和逆變器等

14、。太陽電池方陣的支架采用金屬材料并占用較大空間且一般放置在開闊地，在雷暴發(fā)生時(shí)，尤其容易受到雷擊而毀壞，并且太陽電池組件和逆變器比較昂貴，為避免因雷擊和浪涌而造成經(jīng)濟(jì)損失，有效的防雷和電涌保護(hù)是必不可少的。太陽能光伏并網(wǎng)電站防雷的主要措施有：外部防雷裝置主要是避雷針、避雷帶和避雷網(wǎng)等，通過這些裝置可以減小雷電流流入建筑物內(nèi)部產(chǎn)生的空間電磁場，以保護(hù)建筑物和構(gòu)筑物的安全。太陽能光伏發(fā)電設(shè)備和建筑的接地系統(tǒng)通過鍍鋅鋼相互連接，在焊接處也要進(jìn)行防腐防銹處理，這樣既可以減小總接地電阻又可以通過相互網(wǎng)狀交織連接的接地系統(tǒng)可形成一個(gè)等電位面，顯著減小雷電作用在各地線之間所產(chǎn)生的過電壓。水平接地極鋪設(shè)在至少

15、0.5m 深的土壤中（距離凍土層深0.5m ），使用十字夾相互連接成網(wǎng)格狀。同樣，在土壤中的連接頭必須用耐腐蝕帶包裹起來。針對本案光伏發(fā)電系統(tǒng)，防雷設(shè)計(jì)包括外部防雷裝置（接地引下線）和內(nèi)部防雷裝置（浪涌保護(hù)），如下圖所示：防雷設(shè)計(jì)說明：外部防雷：將露天安裝的光伏方陣構(gòu)件（方陣支架、組件等金屬外殼部件）利用接地水平接地極與屋頂原有防雷帶有效連接。內(nèi)部防雷：將光伏并網(wǎng)逆變器交流輸出端，零線、火線與地線之間加裝級浪涌保護(hù)器，浪涌保護(hù)器接地端利用接地水平接地極與接地網(wǎng)（原有或新建）有效連接。 4.9光伏供電系統(tǒng)發(fā)電量統(tǒng)計(jì)光伏發(fā)電系統(tǒng)的總效率由光伏陣列的效率、光伏逆變器效率、線路效率等組成。光伏發(fā)電系統(tǒng)

16、發(fā)電量計(jì)算公式如下：發(fā)電量式中：P 方陣總功率；R 傾斜方陣面上的太陽總輻射量； s 光伏系統(tǒng)發(fā)電效率。Ro-標(biāo)準(zhǔn)日照輻射強(qiáng)度，即1KW/m 2。計(jì)算設(shè)定：光伏陣列為固定式安裝,實(shí)際傾角年輻射量為1444kWh/m 2/年，選用的組件為晶體硅光伏組件，總功率3.12KWp 。s=K1*K2*K3*K4*K5*K6K1-光電電池運(yùn)行性能修正系數(shù)K2-灰塵引起光電板透明度的性能修正系數(shù) K3-光電電池升溫導(dǎo)致功率下降修正系數(shù) K4-導(dǎo)電損耗修正系數(shù) K5-逆變器效率K6-山區(qū)霧氣消減修正系數(shù)系統(tǒng)效率計(jì)算： 參數(shù) K1 K2K3K4K5K6s=K1*K2*K3*K4*K5*K6數(shù)值0.960.94

17、0.95 0.98 0.965 0.9476.21%初始年（投運(yùn)第一年）發(fā)電量計(jì)算：Q =P R s/R 0=3.12KWp 1444kWh/m2/D 76.21%/1KW/m2=3433KWH R s R P Q ?=考慮到光伏組件功率的衰減，未來25年發(fā)電量預(yù)計(jì)：25年平均發(fā)電量計(jì)算：3123KWH20年平均發(fā)電量計(jì)算：3184KWH 25年累計(jì)發(fā)電量：78075KWH20年累計(jì)發(fā)電量：63690KWH4、財(cái)務(wù)分析財(cái)務(wù)評價(jià)的主要依據(jù)有：（1）建設(shè)項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)評價(jià)方法與參數(shù)（第三版）（國家發(fā)改委和建設(shè)部2006年7月頒發(fā)）、國務(wù)院關(guān)于固定資產(chǎn)投資項(xiàng)目試行資本金制度的通知，以及國家現(xiàn)行的有關(guān)政策；

18、（2）湖北省相關(guān)政策；（3）國家現(xiàn)行貸款利率、有關(guān)財(cái)稅制度及規(guī)定。本工程靜態(tài)總投資2.81萬元，計(jì)算期20年，其中建設(shè)期1個(gè)月，運(yùn)行期20年。資本金比例為100%本金，計(jì)算基準(zhǔn)年為第一年，基準(zhǔn)點(diǎn)為第一年年初。折舊年限為20年，殘值率為5%。本次財(cái)務(wù)評價(jià)中其它參數(shù)，參照國家相關(guān)財(cái)務(wù)規(guī)定或行業(yè)規(guī)范取值。財(cái)務(wù)指標(biāo)匯總表（100%本金）序號項(xiàng)目單位原始數(shù)據(jù)序號項(xiàng)目單位原始數(shù)據(jù)1 裝機(jī)容量KWp 3.12 11 電站定員人/2 實(shí)施周期月 1 12 人工工資福利元/年/3 運(yùn)營期年20 13 20年總發(fā)電量KWH 636904 折舊年限年20 14 單位造價(jià)元/W 95 殘存率% 5 15 發(fā)電自發(fā)自用比例% 70%6 增值稅% 0 16 發(fā)電上網(wǎng)比例% 30%7 所得稅% 0 17 屋頂租賃費(fèi)用元/年無8 國家上網(wǎng)電價(jià)元/KWH 0.42 18 湖北省發(fā)電補(bǔ)貼元/KWH 0.259 國家補(bǔ)貼年限年20 19 湖北省發(fā)電補(bǔ)貼年限年 510 組件年衰減率% 0.8 20 湖北省脫硫電價(jià)元/KWH 0.3981主要經(jīng)濟(jì)指標(biāo)匯總表序號項(xiàng)目單位指標(biāo)1 裝機(jī)容量KWP 3.122 20年總發(fā)電量KWH 636903 靜態(tài)總投資萬元 2.814 借貸資金萬元無5 自用部分售電收入萬元 4.76 余額上網(wǎng)部分售電收入萬元 1.697 20年總發(fā)電收入萬元 6.398 國家發(fā)電補(bǔ)貼元/KWH