屋頂太陽能光伏發(fā)電

1、屋頂太陽能光伏發(fā)電分析摘要介紹了XXXX住宅小區(qū)43kW屋頂太陽能并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)的設(shè)計思路，以及系統(tǒng)的具體功能與配置，提出了設(shè)計中需要注意的問題及具體的解決方案。 包括：光伏系統(tǒng)提供公用設(shè)施用電，在陰雨天時使用城市電網(wǎng)為公用負荷供電；光伏系統(tǒng)在小區(qū)內(nèi)局部并網(wǎng)不考慮將電能輸入上級城市電網(wǎng)；太陽能電池組件方陣傾角確定為3O。，選用175W高效單晶硅電池組件。分析了組件分組串接原則，確定了布置方案；( 并網(wǎng)逆變器選擇德國艾思瑪(SMA)公司SMC6o(0rIL型無變壓器集中式逆變器和SB5o0仇1型無變壓器多組串逆變器；( 地下車庫照明負荷曲線與日照曲線接近因此選擇地下車庫照明和智能化設(shè)備用電為光

2、伏系統(tǒng)負荷； 簡介了防直擊雷和防感應(yīng)雷措施以及選擇電纜和設(shè)計支架時應(yīng)考慮的因素；監(jiān)控系統(tǒng)選用SMA的Sunny Boy Control Plus產(chǎn)品。關(guān)鍵詞 住宅小區(qū) 并網(wǎng)光伏發(fā)電 太陽能電池組件 多組串逆變器1 項目簡介 11XXXX住宅小區(qū)概況 XXXX住宅小區(qū)占地面積64 788m2，總建筑面積134萬m2。小區(qū)住宅整體布置方式為南北朝向，南北均無高大建筑物，無遮陰情況，日照充分。小區(qū)建筑住宅以多層為主，屋頂呈人字形，樓高2222286m。計劃在小區(qū)2O號樓屋頂裝設(shè)太陽能電池板，建住宅小區(qū)太陽能光伏發(fā)電示范電站。2O號樓目前處于在建狀態(tài)，-屋頂可利用面積有：西側(cè)平臺，面積87m ；斜屋面

3、， 7共7塊，總面積(斜面)1139m。；露臺，厶一厶共5個，總面積23344m 。 1-2設(shè)計要求 a該項目有一定的公眾影響力。美觀與否非常重要，要求光伏電池組件的安裝應(yīng)保持屋頂?shù)娘L(fēng)格和美觀，并與小區(qū)及周圍環(huán)境相協(xié)調(diào)。 b該光伏電站主要提供小區(qū)公用設(shè)施用電，包括：地下車庫西區(qū)照明燈352kW，地下車庫東區(qū)照明燈214kW，智能化設(shè)備2kW等。要求在陰雨天氣時，應(yīng)能使用城市電網(wǎng)為公用負荷供電。c光伏電站建設(shè)費用計入小區(qū)開發(fā)成本。建成后隨小區(qū)移交物業(yè)管理，要求節(jié)省投資。維護管理方便。 2 光伏發(fā)電系統(tǒng)運行方式的選擇 太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的運行方式可分為兩類。即：獨立運行和并網(wǎng)運行1。 獨立運行的光

4、伏發(fā)電系統(tǒng)需要有蓄電池作為儲能裝置，主要用于無電網(wǎng)的邊遠地區(qū)。由于必須有蓄電池儲能裝置，所以整個系統(tǒng)的造價很高。 在有公共電網(wǎng)的地區(qū)。光伏發(fā)電系統(tǒng)一般與電網(wǎng)連接，即采用并網(wǎng)運行方式。并網(wǎng)型光伏發(fā)電系統(tǒng)的優(yōu)點是可以省去蓄電池，而將電網(wǎng)作為自己的儲能單元。由于蓄電池在存儲和釋放電能的過程中，伴隨著能量的損失，且蓄電池的使用壽命通常僅為58年，報廢的蓄電池又將對環(huán)境造成污染，所以，省去蓄電池后的光伏系統(tǒng)不僅可大幅度降低造價，還具有更高的發(fā)電效率和更好的環(huán)保性能，且維護簡單、方便。在建筑密度很大的城市住宅小區(qū)中，能夠安裝太陽能電池板的面積有限，住宅小區(qū)屋頂光伏發(fā)電系統(tǒng)的容量通常遠遠小于其變壓器的容量，

5、即光伏系統(tǒng)的發(fā)電功率始終小于小區(qū)負載的功率，沒有剩余電能送入上級城市電網(wǎng)2】。 綜合考慮，該光伏發(fā)電系統(tǒng)擬采用并網(wǎng)運行方式并在小區(qū)內(nèi)局部并網(wǎng)，不考慮將電能輸入上級城市電網(wǎng)，系統(tǒng)原理圖如圖l所示。采取小區(qū)內(nèi)局部并網(wǎng)3 系統(tǒng)設(shè)計 31設(shè)計依據(jù) 該系統(tǒng)的設(shè)計依據(jù)有：光伏系統(tǒng)并網(wǎng)技術(shù)要求(GBT199392005)；當?shù)貧庀筚Y料；建設(shè)方提供的相關(guān)資料及要求等。 32光伏系統(tǒng)太陽能電池組件的配置方案 321最佳方陣傾角的確定 安裝地點介于北緯3O。O2 一3O。24 和東經(jīng)121。02 一121。42 之間，處于北亞熱帶南緣，屬季風(fēng)型氣候。平均年日照時數(shù)2 038小時，太陽年輻射量4 0004 800M

6、Jm ，年日照百分率47。查閱相關(guān)資料可知，太陽能電池組件方陣最佳傾角為30。 32-2太陽能電池組件的選擇與布置 32-21太陽能電池組件的選擇 目前，高效晶體硅太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率已達2l以上，大批量生產(chǎn)的單晶硅光伏電池組件的光電轉(zhuǎn)換效率也已達到14以上。該系統(tǒng)選用了常州天合光能有限公司生產(chǎn)的rlSM一175D型高效單晶硅電池組件其外形如圖2所示。 175W電池組件技術(shù)參數(shù)如下，峰值功率：Pm=175WP；開路電壓： =4358V；最佳工作電壓：=362V；短路電流：厶=497A；最佳工作電流：，m=485A；重量：G=16kg；尺寸：長寬厚=l 581 mm809mm 40mm。 3

7、222太陽能電池組件的布置將太陽能光伏發(fā)電應(yīng)用于城市住宅小區(qū)時，與建在邊遠地區(qū)、荒漠地區(qū)的獨立光伏電站有很多不同點，不能簡單地將太陽能電池方陣按最佳傾角的要求布置，必須要充分考慮與周圍環(huán)境的協(xié)調(diào)和美觀。根據(jù)建設(shè)方提供的加號樓屋面圖(參見圖3)以及現(xiàn)場考察情況，電池方陣布置方案如下： a西側(cè)平臺面積87mz。采用鋸齒型方陣。共安裝組件36塊，方陣傾角為30o。功率為：175Wp36=6 300W 。 b斜屋面 一，共7塊小屋面可安裝太陽能組件，總面積(斜面)1139m：，與斜屋面平行安裝組件87塊，方陣傾角為斜屋面坡度31。功率為：175W 87=15 225Wp。 c頂層露臺上方裝飾性花架有厶

8、一共5個可安裝太陽能組件。面積23344m。，考慮露臺的采光和建筑的整體布局和美觀。將露臺上方裝飾性花架前半部分空出一定面積，保持裝飾性花架的原貌，后部約有163 m2安裝組件，共安裝組件126塊，為減少風(fēng)壓及屋頂?shù)拿烙^，方陣傾角為7。功率為：175Wp126=22 050Wp。該布置方案共安裝了175W高效單晶硅太陽能組件249塊，總功率為43 575W。，設(shè)計按43kWp配置、計算 323太陽能組件的分組串接 從系統(tǒng)效率考慮，直流電壓越高效率就越高，住宅用電電壓為220400V。安裝組件時原則上要在同一日最低的組件影響導(dǎo)致整體輸出嚴重下降。該方案屋面布置的太陽能電池組件在安裝后的光照有兩種

9、情況： a平臺、露臺上方裝飾性花架安裝的組件將不會受到建筑物等的擋光影響；b斜屋面安裝的組件在每天的不同時間段，其光照將會受到不同方向建筑的一定影響。 為了將組件串接后的熱斑效應(yīng)損耗降到最低，受到不同方向建筑物影響的組件進行分組。將受到相同方向建筑物影響的組件歸為一組。并且在系統(tǒng)中采用多組串逆變器(在后面的逆變器中詳述)。為了平衡逆變器的功率，每臺多組串逆變器都接入了多組的組件。由多組串逆變器的每路MPPT(最大功率跟蹤)電路對每路組件進行最大功率點跟蹤，從而使因擋光引起的組件功率損失降低到最低限度。電池組件分組數(shù)參見圖3所示(電池組件被圈的為一組)。33并網(wǎng)逆變器選擇與配置方案331并網(wǎng)逆變

10、器的選擇 并網(wǎng)逆變器是并網(wǎng)光伏系統(tǒng)的重要電力電子設(shè)備其主要功能是把來自太陽能電池方陣輸出的直流電轉(zhuǎn)換成與電網(wǎng)電力相同電壓和頻率的交流電，并把電力輸送給與交流系統(tǒng)連接的負載，同時還具有極大限度地發(fā)揮太陽能電池方陣性能的功能和異?；蚬收蠒r的保護功能，即：盡可能有效地獲取因天氣變化而變動的太陽能電池方陣輸出所需的自動運行和停機功能，以及最大功率跟蹤控制功能；保護電網(wǎng)安全所需的防單獨運行功能和自動電壓調(diào)整功能 電網(wǎng)或并網(wǎng)逆變器發(fā)生異常時，安全脫網(wǎng)或停下逆變器的功能。已進入實用階段的并網(wǎng)逆變器的回路方式有電網(wǎng)頻率變壓器絕緣方式、高頻變壓器絕緣方式和無變壓器方式3種。其中無變壓器回路方式因在成本、尺寸、質(zhì)

11、量和效率等方面具有優(yōu)勢而被廣泛采用。該系統(tǒng)的并網(wǎng)逆變器選用德國艾思瑪公司(SMA)生產(chǎn)的Sunny Mini Central系列SMC6000TL型無變壓器集中式逆變器和Sunny Boy系列SB50OOTL MultiString無變壓器多組串逆變器，具有過壓保護、對地故障保護、孤島效應(yīng)保護、過載保護、短路故障保護等完善的保護功能，并具有內(nèi)置逆變采集器和RS485、RS232通信接口，可方便地獲取逆變器的運行參數(shù)(直流輸入電壓和電流、交流輸出電壓和電流、功率、電網(wǎng)頻率等)。其技術(shù)參數(shù)如表1所示。多組串逆變器采用了每路獨立的最大功率跟蹤，可以處理不同朝向和不同型號的光電組件，也可以彌補不同連接

12、串中的光電組件數(shù)量和部分陰影的影響。因而可以有效地避免屋面安裝的組件因陰影引起的功率損失。 332逆變器與電池組件的分組匹配 逆變器與電池組件的分組串接如圖4所示。在標準測試條件下逆變器所接入的每路組件數(shù)量、輸入電壓、功率如表2所示。對照表1可知，該方案逆變器與電池組件的配置是合理的，滿足要求。34太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)負載的選擇從嚴格意義上來講。并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)是將整個城市電網(wǎng)作為自己的儲能單元，因而，光伏系統(tǒng)所帶負荷是任意的，不存在選擇問題。但由于我國可再生能源法剛剛于2006年1,q 1日實施，可再生能源法的“上網(wǎng)電價法”和“全網(wǎng)平攤”法規(guī)尚未實施，這就帶來了住宅小區(qū)移交物業(yè)管理后電費管理上

13、的困難。因而，為了更好地保證上級城市電網(wǎng)的安全，方便管理，太陽能并網(wǎng)光伏系統(tǒng)負載的選擇原則應(yīng)是使屋頂并網(wǎng)光伏系統(tǒng)的發(fā)電功率小于所帶負載的用電功率，并且盡可能使負載的用電時間與光伏系統(tǒng)的發(fā)電時間相匹配。小區(qū)設(shè)置了高壓環(huán)網(wǎng)站一座，在小區(qū)各負荷點設(shè)置了7個箱變其中2 箱變?yōu)?00 kVA，6 箱變l ooO kVA其它均為630 kVA。與光伏系統(tǒng)公共接入點相連的箱變變壓器容量為630kVA，主要供小區(qū)公用負荷用電。小區(qū)公用負載主要有：地下車庫西區(qū)照明燈352kW，地下車庫東區(qū)照明燈214kW，智能化設(shè)備2 kW，以及小區(qū)景觀燈、圍墻燈等。地下車庫照明負荷曲線與太陽光日照曲線接近，因此，選擇地下車庫

14、照明和智能化設(shè)備用電為光伏系統(tǒng)的負荷?？傌摵晒β蕿?86kW，大于光伏系統(tǒng)的峰值功率43kW ，且所安裝的光伏系統(tǒng)峰值功率43kW。不到所連4#箱變?nèi)萘康?0，保證了無電能輸入上級城市電網(wǎng)，符合設(shè)計要求。 35防雷設(shè)計 351防直擊雷措施 直擊雷是指直接落到太陽能電池陣列、低壓配電線路、電氣設(shè)備以及在其旁的雷擊。防直擊雷的基本措施是安裝避雷針。由于該光伏系統(tǒng)中的外置設(shè)備在整個環(huán)境中不是最高建筑物，所以設(shè)計為：把所有屋頂電池組件的鋼結(jié)構(gòu)與屋頂建筑的防雷網(wǎng)相連，以達防雷擊的目的，并符合光伏(PV)發(fā)電系統(tǒng)過電壓保護一導(dǎo)則(SJT11127)中有關(guān)規(guī)定。 352防感應(yīng)雷措施 太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的雷電

15、浪涌入侵途徑，除了太陽能電池陣列外。還有配電線路、接地線以及它們的組合。從接地線侵入是由于近旁的雷擊使大地電位上升，相對比電源高，從而產(chǎn)生從接地線向電源側(cè)反向電流引起的。根據(jù)sJT11127中有關(guān)規(guī)定。該系統(tǒng)主要采取以下措施：。 a在每路直流輸入主回路內(nèi)裝設(shè)浪涌保護裝置，并分散安裝在防雷接線箱內(nèi)。屋頂光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)在組件與逆變器之間加入防雷接線箱，不僅對屋頂太陽能電池組件起到防雷保護作用。還為系統(tǒng)的檢測、維修、維護提供了方便。縮小了電池組件故障檢修范圍。該設(shè)計選用了IP65防護等級的TRIFL型接線箱。并隨組件方陣直接安裝在室外。其接人方式參見圖4。b在并網(wǎng)接人控制柜中安裝避雷元件，以防護從

16、低壓配電線侵入的雷電波及浪涌。并網(wǎng)控制柜原理圖參見圖5所示。 36電纜選擇 組件之間的連接電纜和組件與逆變器之間的電纜都使用在戶外，直接暴露在陽光下，因此，該光伏系統(tǒng)直流部分選用耐氧化、耐高溫、耐紫外線的DCEYHR系列電纜，以保證系統(tǒng)長時間的安全正常運行。 37支架設(shè)計 該地區(qū)為沿海地區(qū)。在抗風(fēng)壓以及抗腐蝕方面采取了以下措施： a所有支架采用國標型鋼，多點結(jié)合，即：增加鋼支架與屋面結(jié)構(gòu)和相關(guān)承重結(jié)構(gòu)的連接點，將受力點均勻分布于各承重結(jié)構(gòu)上。按抗l2級臺風(fēng)要求進行力學(xué)設(shè)計計算各連接點選用特制型鋼和不銹鋼螺栓連接。 b所有支架都采用熱鍍鋅，局部外裸部分噴涂氟碳涂料來有效防腐。 38監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計

17、該監(jiān)控系統(tǒng)選用德國艾思瑪公司(SMA)配套生產(chǎn)的Sunny Boy Contwl Plus產(chǎn)品，具有強大的監(jiān)控功能： a監(jiān)控系統(tǒng)內(nèi)置可連接外部傳感器的輸入測量端口和操作界面。包含8個模擬量(如溫度、輻照度、氣壓、濕度等)和8個數(shù)字量(如風(fēng)速、智能電表等)輸入接口。 b通過RS485通信總線與逆變采集器相連接，獲取每組光伏組件的發(fā)電情況和每臺逆變器的發(fā)電功率。 e監(jiān)控系統(tǒng)可以存儲數(shù)據(jù)，記錄250個數(shù)據(jù)通道，可以顯示實時運行狀況，分析運行數(shù)據(jù)。 d監(jiān)控系統(tǒng)可以連接外置顯示屏昆示戶外系統(tǒng)運行情況。也可以與遠程監(jiān)控器相連，實現(xiàn)無線遠程連接，遠程管理員通過普通手機即可了解到系統(tǒng)的運行情況。 4 結(jié)束語

18、a該設(shè)計方案充分考慮了各種因素和要求，在遵循國家標準系統(tǒng)并網(wǎng)技術(shù)要求的前提下，充分體現(xiàn)了其科學(xué)合理性、經(jīng)濟性、美觀性、示范性、人性化等特點選用的高效率單晶硅電池組件、高效率并網(wǎng)逆變器、多組串逆變器、監(jiān)控系統(tǒng)(可拓展到遠程監(jiān)控)等也充分反映了這些特點，達到了最佳效果，有著較好的示范性和影響力。目前該工程正在申報國家示范性項目。b太陽能是一種清潔、可再生能源，太陽能光伏發(fā)電實現(xiàn)了直接將太陽能轉(zhuǎn)化為電能。我國人LI眾多。人均能源資源量較低，發(fā)展可再生能源是落實科學(xué)發(fā)展觀的必然選擇。其中太陽能發(fā)電是最有前景的技術(shù)之一，從環(huán)境保護和能源戰(zhàn)略上都具有重大意義。 c將太陽能光伏發(fā)電技術(shù)應(yīng)用于城市住宅小區(qū)建設(shè)

19、項目，國內(nèi)目前尚無先例。我國新能源法已從2OO6年1月1日正式實施，隨著“上網(wǎng)電價法”和“全網(wǎng)平攤”等法規(guī)的進步實施，光伏發(fā)電的成本將接近于商業(yè)化，這必將極大地推動我國光伏產(chǎn)業(yè)的發(fā)展相信不久的將來，我國民用建筑物的屋頂太陽能并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)將會得到廣泛的應(yīng)用3I 最佳利用型太陽能光伏發(fā)電方案通訊供電系統(tǒng)節(jié)能減排 2009年12月，聯(lián)合國氣候變化框架公約第15次締約方會議在丹麥哥本哈根召開。會議對京都議定書一期承諾于2012年到期之后全球應(yīng)對未來氣候變化的行動進行了激烈的討論，并發(fā)表了哥本哈根協(xié)議。按照該協(xié)議，工業(yè)化國家應(yīng)在2010年1月31日之前向公約秘書處提交經(jīng)濟層面量化的2020年排放目標

20、，發(fā)展中國家應(yīng)提交在可持續(xù)發(fā)展的情況下計劃實行的延緩氣候變化舉措。截至2010年3月末，據(jù)聯(lián)合國消息，聯(lián)合國氣候變化框架公約秘書處表示，已經(jīng)有70多個締約方做出了到2020年的溫室氣體減排承諾，這些國家的排放量之和占世界總量的80%以上。其中41個工業(yè)化國家已經(jīng)正式通告了它們到2020年的減排目標，另外35個發(fā)展中國家也已經(jīng)宣布了各國在獲得資金和技術(shù)支持的前提下計劃采取的減排行動。節(jié)能減排是貫徹落實科學(xué)發(fā)展觀、構(gòu)建和諧社會的重大舉措；是建設(shè)資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會的必然選擇；是推進經(jīng)濟結(jié)構(gòu)調(diào)整，轉(zhuǎn)變增長方式的必由之路；是維護中華民族長遠利益的必然要求。中國“十一五”規(guī)劃綱要提出了“十一五”期

21、間單位GDP能耗降低20%左右，主要污染物的排放總量減少10%。通訊系統(tǒng)耗能逐年增加，信息產(chǎn)業(yè)已成全球第五大耗能產(chǎn)業(yè)，亟待大力推動節(jié)能減排。早在兩年前，信產(chǎn)部就宣稱：單就通信行業(yè)來講，我國通信行業(yè)年耗電超過200億度以上，已經(jīng)成為一個高耗能行業(yè)。重視通信系統(tǒng)節(jié)能減排，不但有利于運營節(jié)約成本，更能實現(xiàn)增長方式轉(zhuǎn)變，提高企業(yè)可持續(xù)發(fā)展能力，同時節(jié)能減排也是運營企業(yè)所應(yīng)承擔的社會責任。自1954年恰賓和皮爾松在貝爾實驗室第一次研制出實用的單晶硅太陽電池開始，經(jīng)過半個多世紀的發(fā)展，晶體硅太陽能光伏組件已經(jīng)成為成熟的商用化產(chǎn)品。太陽能光伏發(fā)電在通訊供電領(lǐng)域的應(yīng)用也經(jīng)過了多年探索。由于太陽能光伏發(fā)電有不受

22、地域限制的特點，與風(fēng)能發(fā)電等其他“綠色”能源相比，太陽能光伏發(fā)電占據(jù)了通訊系統(tǒng)節(jié)能減排最重要的地位。中興通訊在太陽能光伏供電應(yīng)用方面積累了豐富的經(jīng)驗，在已執(zhí)行的海外通訊項目中，累計在網(wǎng)運行的太陽能光伏發(fā)電總?cè)萘砍^10兆峰瓦（1兆=106）。2009年6月，中興通訊應(yīng)邀提供了上海世博會場館移動通信基站的太陽能光伏供電解決方案。本著節(jié)能減排最大化，充分利用太陽能資源的原則，特別推薦了“最佳利用型”太陽能光伏供電解決方案。最佳利用型太陽能光伏供電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖如圖一。圖一最佳利用型太陽能光伏供電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)世博會場館移動基站對太陽能供電要求的特點： 需要考慮社會效益，最大化降低全年碳排放量； 上海地區(qū)各月太陽輻照量差別較大； 熱點通信地區(qū)基站功耗較大； 組件安裝方式需要根據(jù)現(xiàn)有建筑條件設(shè)計； 對通信供電可靠性要求特別高。設(shè)備功耗表：功率(W)每天工作時間(Hr)耗電量 (WHr)BTS9002421600傳輸設(shè)備50241200照明等50241200全天耗電量24000上海地區(qū)地理位置信息和氣象資料：緯度：311348N；平均海拔：7m。月份IIIIIIIVVVIVIIVIIIIXXXIXII輻照量kWh/m/day2.613.083.544.465.054.645