廠房屋頂分布式光伏發(fā)電工程技術(shù)可行性分析

1、廠房屋頂分布式光伏發(fā)電工程技術(shù)可行性分析系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案設(shè)想將在以下幾個(gè)方面來(lái)闡述：² 光伏方陣及結(jié)構(gòu)本次工程光伏組件選型及性能，及組件安裝方式的認(rèn)定各建筑安裝結(jié)構(gòu)方案。² 系統(tǒng)主要設(shè)備包括逆變器、防雷匯流箱、直流配電箱設(shè)備選型及配合。² 系統(tǒng)主電路系統(tǒng)功率認(rèn)定和系統(tǒng)主電路構(gòu)成。² 光伏電場(chǎng)監(jiān)控系統(tǒng)光伏發(fā)電場(chǎng)監(jiān)控系統(tǒng)，監(jiān)控顯示方案構(gòu)建。² 系統(tǒng)主要設(shè)備材料清單項(xiàng)目主要設(shè)備材料清單列表。² 防雷接地系統(tǒng)直接雷防護(hù)及感應(yīng)雷防護(hù)，系統(tǒng)接地保護(hù)系統(tǒng)。1.1光伏方陣及結(jié)構(gòu)1）太陽(yáng)能組件在市面上出售的各種太陽(yáng)能電池中晶體硅太陽(yáng)能電池組件技術(shù)成熟，且產(chǎn)

2、品性能穩(wěn)定，使用壽命長(zhǎng)。商用的太陽(yáng)能電池組件中，單晶硅組件轉(zhuǎn)換效率最高，多晶硅其次，但兩者相差不大；晶體硅電池組件故障率極低，運(yùn)行維護(hù)最為簡(jiǎn)單；使用晶體硅光伏組件安裝簡(jiǎn)單方便，布置緊湊，可節(jié)約場(chǎng)地，使用壽命期較長(zhǎng)，25年。因此，本工程擬選用常州天合生產(chǎn)的成熟可靠的TSM-250PC05A型多晶組件。電池組件詳細(xì)技術(shù)參數(shù)見表5-1：表5-1太陽(yáng)能電池組件技術(shù)參數(shù)表太陽(yáng)電池種類多晶硅電池太陽(yáng)電池生產(chǎn)廠家常州天合光能有限公司太陽(yáng)電池組件生產(chǎn)廠家常州天合光能有限公司太陽(yáng)電池組件型號(hào)TSM-250PC05A指標(biāo)單位數(shù)據(jù)峰值功率Wp250(0+3%)開路電壓（Voc）V37.8短路電流（Isc）A8.9工

3、作電壓（Vmppt）V30.5工作電流（Imppt）A8.2尺寸（薄邊框）mm1650×992×26安裝尺寸mm990×941重量kg14.5峰值功率溫度系數(shù)%/K-0.41開路電壓溫度系數(shù)%/K-0.32短路電流溫度系數(shù)%/K0.0532)方陣安裝傾角及間距常州市處于31°09-32°04、東經(jīng)119°08-120°12。本項(xiàng)目的光伏組件全部采用固定式安裝方式。選擇合適的組件安裝傾角，將使并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)具有較好的全年發(fā)電量。一般情況下，組件的安裝傾角選擇等于或在緯度附近值，系統(tǒng)全年發(fā)電量較好。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)和模擬的結(jié)果，本項(xiàng)目組件

4、選擇了25°安裝傾角。合適的光伏方陣間距才能避免發(fā)電量的損失，一般情況下，光伏方陣的安裝要求，每年冬至日的上午九點(diǎn)到下午三點(diǎn)之間，前排方陣不會(huì)遮擋后排方陣的直射陽(yáng)光。如下圖5-1所示：圖5-1方陣陰影示意圖方陣間距的計(jì)算公式為：D=0.707H/tanrcsin(0.648cos?-0.399sin?)式中：H為前排方陣高度（或遮擋物）?為當(dāng)?shù)鼐暥雀鶕?jù)常州的緯度計(jì)算獲得，間距倍率為1.987（H高度的）。方陣的高度與方陣的布置方案有關(guān)。項(xiàng)目將大部分采用單行組件豎向布置的方布置方案。TSM-250PC05A組件的外形尺寸為1650mm*992mm*46mm。單行方陣前后間距為1395m

5、m，如下圖所示：圖5-2方陣前后間距示意圖3）方陣安裝結(jié)構(gòu)平屋頂平屋頂為預(yù)應(yīng)力屋面，有較好的承載能力，經(jīng)與原建筑設(shè)計(jì)單位初步復(fù)核，可在屋面現(xiàn)澆筑水泥墩，后安裝光伏方陣。安裝過(guò)程中要求單行方陣高度一致（方陣東西方向高度一致）。屋面水泥墩設(shè)計(jì)主要考慮以下因素：方陣布置為四行方式，考慮安裝方陣后給建筑增加了荷載，因此水泥墩自身不能過(guò)重，以免給局部連接點(diǎn)增加荷載過(guò)多；充分考慮水泥墩的固定連接方案，防止方陣在最大風(fēng)力下可能出現(xiàn)的滑動(dòng)、側(cè)翻等；制作過(guò)程中水泥墩要直接從屋面板生根，不能在保溫層上部生根制作，以使水泥墩有更強(qiáng)固著力；水泥墩底部放入鋼筋以防止后期打化學(xué)錨栓的過(guò)程中出現(xiàn)水泥墩開裂；及時(shí)補(bǔ)做防水材料

6、。在方陣周圍要求留有足夠的維護(hù)維修通道。因屋面沿中間的分水線呈3%的兩個(gè)散水坡，制作水泥墩的過(guò)程中，要求相鄰的三列水泥墩頂部保持在一個(gè)水平面，并重復(fù)循環(huán)，以降低后續(xù)施工難度。屋面靠北最后一排的方陣與前面的方陣有區(qū)別，為兩行布置方式，因此最后一排方陣具有三排水泥墩。支架采用可調(diào)輕鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，采用穩(wěn)定三角支撐結(jié)構(gòu)，前后立桿采用化學(xué)錨栓與水泥墩錨固。所有支架熱浸鍍鋅防銹防腐處理，強(qiáng)度要求滿足GB50009-2001建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范。圖5-3平屋頂安裝示意圖彩鋼瓦頂采用目前較先進(jìn)的彩鋼瓦屋面光伏陣列安裝技術(shù)直接在彩鋼瓦使用夾具安裝。這種安裝方式示意圖如圖5-4所示，其相對(duì)傳統(tǒng)彩鋼板屋頂項(xiàng)目安裝方式具有

7、如下優(yōu)勢(shì)：優(yōu)點(diǎn)1：無(wú)需打穿屋頂結(jié)構(gòu)，100%防漏：優(yōu)點(diǎn)2：專業(yè)的模具設(shè)計(jì)，讓夾具與彩鋼板波峰完美結(jié)合，最大限度節(jié)省材料，相對(duì)傳統(tǒng)安裝方式節(jié)約多35%鋼材用量?jī)?yōu)點(diǎn)3：使用鋼材量，荷載降低，對(duì)工程結(jié)構(gòu)荷載要求低，同時(shí)產(chǎn)品經(jīng)過(guò)專業(yè)人員力學(xué)驗(yàn)算，軟件模擬及第三方機(jī)構(gòu)的受力測(cè)試，力學(xué)性能保證，全鋁型材設(shè)計(jì)，25年質(zhì)量保證，美觀實(shí)用優(yōu)點(diǎn)4：100%環(huán)保，可循環(huán)使用，安裝簡(jiǎn)單方便快捷，相對(duì)傳統(tǒng)安裝方式施工時(shí)間、成本節(jié)約一半左右屋面水泥墩設(shè)計(jì)施工主要考慮以下因素：首先屋面修設(shè)木板或竹板施工棧道，避免材料二次搬運(yùn)直接踩踏在屋面板上，導(dǎo)致屋面板變形，密封膠脫開而漏水；明確原屋面結(jié)構(gòu)檁條的位置，彈墨線標(biāo)識(shí)出具體位置

8、；施工人員在屋面上行走，必須穿絕緣軟底鞋，走波谷，每天必須清除屋面板上雜物，防止銹蝕和劃傷屋面板。所有需要敷設(shè)密封膏的位置不得有遺漏。屋面外板安裝完畢后，清除屋面全部雜物、鐵屑，如發(fā)現(xiàn)屋面板涂層劃傷，須用彩板專用修補(bǔ)漆進(jìn)行修補(bǔ)。拉鉚釘及自攻螺釘如發(fā)生空釘，應(yīng)隨時(shí)用鉚釘和密封膏補(bǔ)牢，橡膠墊圈不能損壞。圖5-4彩鋼瓦屋面安裝示意圖1.2建筑荷載分析1）鋼結(jié)構(gòu)彩鋼瓦屋面荷載驗(yàn)算廠區(qū)彩鋼瓦屋面全部為鋼結(jié)構(gòu)，根據(jù)上述彩鋼瓦屋面組件安裝方案，組件、支架和夾具的安裝增加原有屋面的恒荷載。組件尺寸為1.65m×0.992m，重量為14.5kg，支架和夾具約1.5kg?？傇黾雍奢d為16kg/m2，約0

9、.1KN/M2。載荷原設(shè)計(jì)屋面恒載0.25KN/M2，現(xiàn)增加屋面荷載（恒載）0.1KN/M2，按0.35KN/M2校核鋼檁條和鋼梁，（活載按0.5KN/M2）滿足使用要求，配筋包絡(luò)和鋼結(jié)構(gòu)應(yīng)力比圖如圖5-5。校核計(jì)算書詳見附件7。圖5-5配筋包絡(luò)和鋼結(jié)構(gòu)應(yīng)力比圖鋼結(jié)構(gòu)應(yīng)力比圖說(shuō)明：柱左：強(qiáng)度計(jì)算應(yīng)力比右上：平面內(nèi)穩(wěn)定應(yīng)力比（對(duì)應(yīng)長(zhǎng)細(xì)比）右下：平面外穩(wěn)定應(yīng)力比（對(duì)應(yīng)長(zhǎng)細(xì)比）梁左上：上翼緣受拉時(shí)截面最大應(yīng)力比右上：梁整體穩(wěn)定應(yīng)力比（0表示沒(méi)有計(jì)算）左下：下翼緣受拉時(shí)截面最大應(yīng)力比右下：剪應(yīng)力比2）鋼筋砼屋面荷載驗(yàn)算根據(jù)上述彩鋼瓦屋面組件安裝方案，組件、支架、夾具及混凝土的安裝增加原有屋面的恒荷載。

10、組件尺寸為1.65m×0.992m，重量為14.5kg，支架和夾具約1.5kg，單個(gè)混凝土重約265kg，供四塊組件使用?？傇黾雍奢d約為50kg/m2，即0.5KN/M2。原設(shè)計(jì)屋面活載2KN/M2，按上人屋面考慮，先增加屋面荷載（恒載）0.5KN/M2，但屋面活載按0.5KN/M2（不上人）考慮，總荷載減少1.0KN/M2，經(jīng)校核能滿足使用要求。1.2系統(tǒng)主要設(shè)備1）逆變器一般情況下，單臺(tái)逆變器容量越大，轉(zhuǎn)換效率越高。大型逆變器具有效率和價(jià)格上的優(yōu)勢(shì)。但在實(shí)際使用中，逆變器的選用并不是容量越大越好，還要考慮安裝條件、電網(wǎng)條件以及與光伏方陣匹配等多種因素。具體要求如下：逆變器的選擇必

11、須與光伏方陣的優(yōu)化匹配結(jié)合，才能獲得較高的系統(tǒng)效率；安裝條件：選擇適合現(xiàn)場(chǎng)條件和要求的逆變器在上述兩條的基礎(chǔ)上，盡量選擇大容量，高轉(zhuǎn)換效率的逆變器。技術(shù)先進(jìn)、性能穩(wěn)定可靠、價(jià)格低廉。本項(xiàng)目將配置多種逆變器，該平臺(tái)將成為一個(gè)系統(tǒng)整合多種逆變器技術(shù)試驗(yàn)平臺(tái)，為后續(xù)規(guī)?；茝V同類項(xiàng)目提供設(shè)計(jì)參考數(shù)據(jù)，也為同類項(xiàng)目實(shí)施積累經(jīng)驗(yàn)。本系統(tǒng)為多種逆變器試驗(yàn)平臺(tái)（同一廠家不同規(guī)格產(chǎn)品）。并網(wǎng)逆變器是太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)中的關(guān)鍵設(shè)備。并網(wǎng)逆變器的品質(zhì)好壞直接影響系統(tǒng)的運(yùn)行效果；并網(wǎng)逆變器的效率高低，直接影響系統(tǒng)的發(fā)電量。根據(jù)對(duì)該產(chǎn)品的市場(chǎng)調(diào)研，以及支持本土和國(guó)內(nèi)光伏技術(shù)的發(fā)展總指導(dǎo)原則，本工程分別根據(jù)項(xiàng)目屋頂裝機(jī)容量

12、。擬選用合肥陽(yáng)光電源有限公司的SG100K3SG500K3并網(wǎng)逆變器，其主要技術(shù)參數(shù)見表5-2：表5-2合肥陽(yáng)光逆變器參數(shù)概表直流側(cè)參數(shù)最大直流電壓880Vdc最大功率電壓跟蹤范圍450820Vdc最大直流功率30500kWp最大輸入電流1501200A最大輸入路數(shù)6交流側(cè)參數(shù)額定輸出功率30500kW額定電網(wǎng)電壓400Vac允許電網(wǎng)電壓310450Vac額定電網(wǎng)頻率50Hz/60Hz允許電網(wǎng)頻率4751.5Hz/5761.5Hz總電流波形畸變率<3%(額定功率)功率因數(shù)0.99（額定功率）系統(tǒng)最大效率97.3%（含變壓器）歐洲效率96.7%（含變壓器）防護(hù)等級(jí)IP20（室內(nèi)）夜間自耗電

13、<30W允許環(huán)境溫度-25+55冷卻方式風(fēng)冷允許相對(duì)濕度095%,無(wú)冷凝允許最高海拔6000米顯示與通訊顯示LCD標(biāo)準(zhǔn)通訊方式RS485可選通訊方式以太網(wǎng)/GPRS機(jī)械參數(shù)外形尺寸（寬x高x深）1020x1964x770mm重量900kg2）項(xiàng)目規(guī)劃與逆變器的匹配光伏發(fā)電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過(guò)程中，在電氣上需將系統(tǒng)分為多個(gè)獨(dú)立的發(fā)電單元，以便于設(shè)計(jì)規(guī)劃、建設(shè)施工、后續(xù)維護(hù)，更利于提高系統(tǒng)性能。發(fā)電單元的劃分需與光伏方陣現(xiàn)場(chǎng)安裝結(jié)合考慮，原則上單元?jiǎng)澐指鶕?jù)方陣布局，方陣的布局配合電氣單元?jiǎng)澐?。?xiàng)目中各棟建筑位置和安裝面積已經(jīng)確定，建筑所處位置分散，因此難以選擇集中式中大型地面的大型逆變器，選擇大型逆

14、變器會(huì)因?yàn)殡娎|長(zhǎng)度差異大而使效率損失；各區(qū)廠房逆變器配置如下表所示：表5-3分區(qū)逆變器配置表廠區(qū)名稱廠房數(shù)廠房名稱裝機(jī)容量（W）30KW50KW100KW250KW500KW配置逆變器容量(KW)常州*廠房機(jī)械有限公司1二分廠1,000,000210002技術(shù)質(zhì)量大樓（新）90,00011803辦公樓（兩部分）115,00011004中小件分廠1,000,000210005大件分廠1,000,000210006廠11,125,00011211307廠2700,000217008廠3375,0001113809連鑄加工車間400,00011140010大型裝配廠房700,0002170011軸承

15、座加工中心機(jī)械加工特區(qū)375,00011138012連珠設(shè)備裝配車間750,0001175013空壓機(jī)房105,000110014制造事業(yè)部鑄鋼車間225,0001223015中小件分廠堆焊和輥裝配325,0001135016制造事業(yè)部45,00015017制管工具事業(yè)部機(jī)加工車間350,0001135018制管工具事業(yè)部鑄鐵車間500,000150019熱處理廠1300,0001130020熱處理廠2250,000125021廠4150,0001115022機(jī)電倉(cāng)庫(kù)120,0001100項(xiàng)目總計(jì)4516812100003）直流防雷匯流箱并網(wǎng)系統(tǒng)防雷匯流箱應(yīng)用原理基本一致，常用產(chǎn)品有六進(jìn)一出、

16、八進(jìn)一出、十六進(jìn)一出。本項(xiàng)目根據(jù)各屋頂容量選擇防雷匯流箱。以減少接入組件數(shù)量，減少組件組串連接電纜損耗原則進(jìn)行選擇。防雷匯流箱的主要特點(diǎn)：不銹鋼外殼，滿足室外安裝的使用要求；每路配10A,1000Vdc保險(xiǎn)絲；配有光伏專用高壓防雷器，正極負(fù)極都具備防雷功能；采用正負(fù)極分別串聯(lián)的四極斷路器提高直流耐壓值。本項(xiàng)目采用的防雷匯流箱直接安裝于各方陣支架后部。4）直流防雷配電柜直流防雷配電柜安裝在機(jī)房逆變器旁。直流配電柜主要是將匯流箱輸出的直流電進(jìn)行二次匯流，再接至并網(wǎng)逆變器。該配電柜含有直流輸入斷路器、輸出斷路器、光伏防雷器。方便操作和維護(hù)。本項(xiàng)目共采用的直流防雷配電箱，每臺(tái)直流柜對(duì)應(yīng)輸入一臺(tái)并網(wǎng)逆變

17、器，其主要特點(diǎn)：規(guī)格：10kW500kW簡(jiǎn)化并減少系統(tǒng)布線操作簡(jiǎn)單維護(hù)方便提高系統(tǒng)可靠性、安全性選用ABB斷路器，魏德米勒防雷器等高品質(zhì)器件1.3系統(tǒng)主電路項(xiàng)目在實(shí)際設(shè)計(jì)過(guò)程中，根據(jù)已經(jīng)確定的組件安裝方式及建筑樓頂安裝面積，經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)確認(rèn)安裝范圍，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際勘察結(jié)果，各建筑的裝機(jī)功率如表5-3。根據(jù)電氣布局及場(chǎng)區(qū)布局結(jié)合的需要，逆變器的配置是根據(jù)場(chǎng)區(qū)布局的劃分，即根據(jù)各分區(qū)組件安裝功率來(lái)配置逆變器的數(shù)量及總功率。逆變器與組件的組串匹配主要是為了電壓匹配，根據(jù)逆變器的技術(shù)數(shù)據(jù)，此次使用的逆變器的MPP電壓范圍普遍在450Vdc800Vdc之間，最大直流電壓為880Vdc以上?，綜合考慮逆變器其它

18、各項(xiàng)特點(diǎn)、天合光能組件特點(diǎn)、環(huán)境特點(diǎn)，選定每串組件的串聯(lián)數(shù)量為20塊TSM-250PC05A串聯(lián)連接。根據(jù)建筑的安裝要求及組串?dāng)?shù)量要求，將每棟建筑安裝的組件數(shù)量確定為組串?dāng)?shù)量的整數(shù)倍，以減少組串電纜數(shù)量和組串電能損耗。逆變器的配置是根據(jù)場(chǎng)區(qū)布局分區(qū)的匹配的，各分區(qū)配置的逆變器功率與分區(qū)內(nèi)方陣功率較好匹配，才能保證穩(wěn)定運(yùn)行，并不致造成過(guò)剩浪費(fèi)。數(shù)據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)是指通過(guò)安裝數(shù)據(jù)計(jì)量和采集裝置，同時(shí)對(duì)采集到的生產(chǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行加工處理，并由專業(yè)的軟件進(jìn)行展示和監(jiān)控、分析，而且采用遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸手段，將數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)、在線上傳給國(guó)網(wǎng)電科院數(shù)據(jù)中心，數(shù)據(jù)中心是接收示范項(xiàng)目上傳的監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)，并進(jìn)行匯總、分析和展示等。光伏電站

19、數(shù)據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)由數(shù)據(jù)采集單元、內(nèi)網(wǎng)、服務(wù)器、操作站等組成。數(shù)據(jù)采集單元采集逆變器、環(huán)境監(jiān)測(cè)儀、多功能儀表和電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)儀的數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)通過(guò)企業(yè)內(nèi)部劃分網(wǎng)段的網(wǎng)絡(luò)與服務(wù)器進(jìn)行通信，數(shù)據(jù)保存在服務(wù)器中。通過(guò)操作站可以對(duì)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控和分析。圖5-6監(jiān)控系統(tǒng)示意圖1.5系統(tǒng)主要設(shè)備材料清單項(xiàng)目主要設(shè)備材料清單列表。表5-4項(xiàng)目配置表序號(hào)名稱型號(hào)及規(guī)格單位數(shù)量1太陽(yáng)能組件TSM-250PC05AW100000002太陽(yáng)能組件安裝支架及平屋面方陣基礎(chǔ)工程熱浸鍍鋅鋼支架/鋁型材彩鋼瓦支架項(xiàng)13逆變器根據(jù)各屋頂配置容量項(xiàng)14直流防雷匯流箱及配電柜根據(jù)各屋頂配置容量項(xiàng)15交流配電柜根據(jù)各屋頂配置容量項(xiàng)16升壓每個(gè)區(qū)域1套項(xiàng)17監(jiān)控顯示系統(tǒng)含整個(gè)項(xiàng)目監(jiān)控顯示系統(tǒng)及氣象站項(xiàng)18電纜各種型號(hào)項(xiàng)19輔材金屬橋架、連接器、接線端子、線管等項(xiàng)11.6防雷接地系統(tǒng)對(duì)于與建筑結(jié)合安裝的光伏發(fā)電系統(tǒng)，不做單獨(dú)的接地系統(tǒng)。按照建筑設(shè)計(jì)要求，每棟建筑都有可靠的聯(lián)合接地體，接地電阻1。光伏系統(tǒng)的接地直接使用建筑聯(lián)合接地體。雷電分為感應(yīng)雷和直接雷，按發(fā)生的時(shí)期分為夏季雷和冬季雷。直接雷是指直接落到太陽(yáng)能電池陣列、低壓配電線路、電氣設(shè)備以及在其旁的雷擊。直