45兆瓦太阳能屋顶双轴自动跟踪示范电站实施方案.docx
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45兆瓦太阳能屋顶双轴自动跟踪示范电站实施方案
4.5兆瓦太阳能屋顶双轴自动跟踪
示范电站实施方案
总论
随着全球气候变暖、国际油价攀升以及日本福岛核辐射等一系列全球性事件的发生，引起了世界各国对能源和环境的高度重视，由此也将以低碳、无污染为特点的新型可再生能源推向了前所未有的高潮，世界各国都在多方寻求和探索以求一劳永逸的解决人类耐以生存的能源和环境问题。
而在这些新型可再生能源中只有太阳能才是真正的零碳、无排放，而且是取之不尽用之不竭。
因此许多国家都将太阳能产业作为节能减排的一项重要举措。
我国十二五节能减排明确指出到2015年，全国万元国内生产总值能耗下降到0.869吨标准煤（按2005年价格计算），比2010年的1.034吨标准煤下降16%，比2005年的1.276吨标准煤下降32%；“十二五”期间，实现节约能源6.7亿吨标准煤。
2015年，全国化学需氧量和二氧化硫排放总量分别控制在2347.6万吨、2086.4万吨，比2010年的2551.7万吨、2267.8万吨分别下降8%；全国氨氮和氮氧化物排放总量分别控制在238.0万吨、2046.2万吨，比2010年的264.4万吨、2273.6万吨分别下降10%，并将这一目标下达给各级政府，同时指出在做好生态保护和移民安置的基础上发展水电，在确保安全的基础上发展核电，加快发展天然气，因地制宜大力发展风能、太阳能、生物质能、地热能等可再生能源，到2015年，非化石能源占一次能源消费总量比重达到11.4%。
因此节能减排在较长一段时间内都将成为各级政府的重点工作，**市作为皖南工业重市在节能减排和环境保护上亦面临着严峻的挑战。
某高科铝业有限责任公司为了积极响应**市委市政府有关节能减排的号召，积极筹措资金投资建设4.5兆瓦太阳能屋顶示范电站。
通过对光伏企业产品的深入市场调研，决定选择黄山曙华新能源有限公司的双轴簧轮自动跟日机和上海太阳能科技有限公司的太阳能电池组件为主要设备，逆变系统选择国际领先的合肥阳光电源。
建设本示范电站的现实意义在于：
1、减轻**市节能减排的压力
2、引导相关企业进行节能改造，实现企业用电自发自用。
因此根据财政部、科技部、国家能源局《关于做好2012年金太阳示范工作的通知》（财建[2012]21号）、##省十二五节能减排目标等的规定，特编制本申报材料。
一、项目概况
1.1项目名称
某市经济技术开发区4.5兆瓦太阳能屋顶（热电联产）示范电站
1.2项目承办单位
某高科铝业有限责任公司
1.3法人代表：
1.4项目负责人：
1.5项目建设地点：
某市经济技术开发区**园区
1.6项目总投资
项目总投资6529.99万元。
1.7项目业主单位信息
某高科铝业有限责任公司坐落于中国美丽的“山核桃之乡”---某市，位于经济技术开发区创新北路。
是一家专业生产高、低压及重力铝铸件的现代化企业，公司拥有一流的技术人才和先进的生产设备，是充满活力和具有广阔发展前景的企业。
公司占地面积10000平方米，现有职工100人，管理人员10人，技术人员10人，高级工程师2人。
公司拥有全自动低压铸造机、英国阿朗光谱仪、热处理生产线等现代化生产设备及检测设备。
公司的产品广泛应用于汽车、高压电器法兰、五金电机、光伏发电、风能发电、精密仪表仪器等用途的相关配件。
目前的客户有中船重工、合肥ABB、国能风电、柳汽集团、东升机电、黄山曙华新能源等一批行业代表企业。
1.8项目任务及规模
本示范项目是在**市经济技术开发区**工业园部分企业的厂房、办公楼、职工宿舍等建筑的屋顶上安装“双轴自动簧轮跟日发电机”机群，”建成4.5MW太阳能光伏并网发电系统，发电系统输出端与用户侧电网相连，这样可以解决相关企业的部分用电和全部用电，并在系统发电量有余量时向电网供电。
该项目实施后，日均发电量为2.239万KWh，年发电量为817.24万KWh。
相当于年节省标煤2809.26吨，减少二氧化碳排放6861.38吨，二氧化硫约21.49吨，氮氧化物20.94吨。
项目实施的目标：
a、实现太阳能光伏发电与建筑的一体化；
b、采用太阳能光伏发电系统与用户侧区域电网并网；
c、太阳能光电建筑示范；
d、节能减排、解决企业部分和全部用电。
1.9、投资概算
（1）投资估算依据
a安装工程执行《##省统一安装工程预算定额》
b辅助材料执行宣城地区建筑材料指导价；
c主要设备价格为问询价，其他设备价格参考《全国机电产品价格汇编》，结合市场价格加运费估算。
在以上依据的基础上，本投资估算还考虑了市场对于光伏组件及其他不见的调节作用，目前受国际金融危机的影响，所有设备及材料价格还有下调的空间，计算时已充分考虑以上因素影响。
（2）费用估算
表1主要设备及报价表（单位：
万元）
序号
项目
单位
单价
数量
小计
备注
1
双轴簧轮自动跟日机
台
0.32
2632
842.24
2
逆变、监控、防雷系统
瓦
0.00014
4500000
630
3
电池组件
瓦
0.0007
4500000
3150
4
场地基础及土建工程
批
239
1
239
5
安装调试、运输
批
1350
1
1350
6
其它（设计、线材、专用设备、支架等）
批
318.75
1
318.75
7
合计
14.51元/瓦
1.10、地理位置及气候条件
**市地处东经118.97741度，北纬30.62562，年均气温15.4℃，全年无霜期为229天，全年日照时间2162小时左右，有效光照时间1297.2小时，年太阳辐射总量为4918mj/㎡,处中国太阳能资源丰富带上，具有利用太阳能的良好条件，可积极开发、推广利用太阳能资源。
二、项目规划
2.1、建设规划
本项目是利用**市经济技术开发区**工业园的部分连片厂房的屋顶安装“双轴簧轮自动跟日发电机”机群，设计容量为4.5兆瓦，需“双轴簧轮自动跟日发电机”2632台，每台占地面积12平方米，运行面积20平方米，安装总面积需要52640平方米，其中屋顶建筑面积：
47350平方米，可利用厂区绿化面积为5500平方米。
屋顶面积中**高科铝业有限公司自有屋顶面积5000平方米，周边企业为：
**耐磨配件总厂10000平方米，宝银电机有限公司15000平方米，阿莫斯泵业有限公司10000平方米，五星集团8000平方米。
目前**园区日用电量达60万兆瓦。
（见平面图）。
2.2、项目并网方案
项目采用分块发电，就近低压并网方案，根据屋面面积及方位不同，将系统分成若干个光伏并网发电单元，分别经过并网逆变装置后并入电网。
三、实施周期及进度计划
整个实施周期为10个月，其中项目申报、规划及审批1个月，计划从2012年2月开始，到2012年12月全部建成投产。
时间
任
务
2012年
2
月
2012
年
3
月
2012
年
4
月
2012
年
5
月
2012
年
6
月
2012
年
7
月
2012
年
8
月
2012
年
9
月
2012
年
10
月
2012
年
11
月
2012
年
12
月
方案设计
材料采购
工程施工
安装调试
项目验收
四、技术经济分析
4.1经济效益分析
本工程为4.5兆瓦的光伏建筑一体化太阳能发电工程，年平均有效日照时数为1297.2小时，日平均发电时间约3.56，则一年发电度数为：
4500KWp×3.56h×365天=583.74万KWh
由于本机采用了“双轴簧轮自动跟日机”的全方位跟日技术，发电量比固定式安装法提高了40%，则本系统的实际发电量为：
583.74×1.4=817.24万KWh
整个系统按20年发电计算，则总发电量为：
817.24万KWh×20年=16344.72万KWh
根据发改价格[2011]1594号规定定的光伏并网电价，则预计电费收益是16344.72×0.418=6832.09万元，但实际本电站所产生的电量全部是供给园区协作企业自己使用，按照国家电网供给**市经济技术开发区企业的平均电价0.85元/千瓦时来算则电费收益是：
16344.72×0.85=13893.01万元，而投资估算为：
6529.99万元，按国家财政补贴最低标准补贴项目7元/瓦计算，即3150万元。
同时目前国际上的1吨碳排放权卖价约为20欧元/吨，本项目年可减少二氧化碳排放6861.38吨，碳买卖年可收入137.23万元，二十年可收入2744.55万元。
综上所述，20年收益13893.01+3150+2744.55-6529.99=13257.57万元
表2经济效益投入产出分析
装机容量
初始投入
运营期
政府补贴
20年发电量
20年运营收入
20年碳排放收益
综合收益
4500KWp
6529.99
万元
20年
3150
万元
16344.72
万KWh
13893.01万元
2744.55
万元
13257.57万元
4.2、发电计量配置方案
1、光伏并网发电系统技术方案
太阳能光伏并网发电系统是太阳能推广利用的重要途径之一。
并网系统直接与电力系统相连，将太阳能电池板发出的直流电能转变为与电网同频、同相的交流电后直接送往电力系统（称为卖电）；负载所需电能则直接从电网获取（称为买电）。
图1太阳能光伏并网发电系统结构示意图
太阳能光伏并网发电系统主要包括：
太阳能电池组件、并网逆变器、电能表、空气开关和负载等。
1）太阳能电池组件：
太阳能电池组件（也叫太阳能电池板）是太阳能发电系统中的核心部分，也是太阳能发电系统中价值最高的部分。
其作用是将太阳能转化为电能，或送往蓄电池中存储起来，或推动负载工作。
太阳能电池板的质量和成本将直接决定整个系统的质量和成本。
本系统选用的太阳能电池组件为上海太阳能科技有限公司的产品，其光电转化效率为17.5%。
SEC单晶硅太阳能电池组件S-275C
规格
S-275C
额定功率（Wp）
285W
280W
275W
开路电压（Voc）
45.1V
44.9V
44.7V
短路电流（Isc）
8.42A
8.33A
8.27A
额定电压（Vm）
36.5V
36.1V
35.6V
额定电流（Im）
7.81A
7.76A
7.73A
功率误差
0/+3％
测试条件：
AM1.5；1000W/m2；25℃
短路电流温度系数
+0.038%/K
开路电压温度系数
-0.34%/K
最大功率温度系数
-0.47%/K
NOCT
46±2℃
最大系统电压
DC1000V
最大熔丝电流
15A
抗风强度
2400Pa
重量
27.0Kg
尺寸
1956mm×992mm×46mm
2）双轴簧轮自动跟日机：
是将其运载的太阳能电池组件与太阳始终保持直射状态，大大提高了太阳能电池组件的采光时间和光照强度，该技术可以将系统的发电量提高40%，因此该系统的运用极大的降低了光伏发电系统的成本。
3）并网逆变器：
并网逆变器是将太阳能电池阵列发出的直流电能转换为交流电能的电力电子装置。
并网逆变器是光伏并网发电系统的核心，直接影响并决定整个系统能否稳定、安全、可靠、高效地运行，同时也是影响整个系统使用寿命的主要因素。
逆变器选用的是目前国内领先技术的合肥阳光电源逆变器。
3）电能表：
电能计量装置，为光伏并网发电系统卖电、买电提供依据。
4）空气开关：
电气装置，实现电气的接通与断开。
2、汇线盒配置方案
由于光伏组件数量庞大，而逆变器的输入端有限，所以光伏组件适当串并联后必须先进入汇线盒再接入逆变器。
本项目选用定制的直流防雷汇线盒，该汇线盒具有以下特点：
（1）10路光伏支路接入汇流；
（2）具有直流输入防雷保护；
（3）实现各光伏支路直流保护；
（4）防护等级为IP65，满足室外安装要求；
图2光伏并网发电系统电气设计框图
3、光伏阵列防雷汇流箱设计
直流防雷汇流箱的作用是根据逆变器输入的直流电压范围，把一定数量的规格相同的光伏组件串联组成1个光伏组件串列，再将若干个串列接入光伏阵列防雷汇流箱进行汇流，通过防雷器与断路器后输出，便于逆变器的接入。
将每1个光伏组件串列的正负极分别与光伏专用直流保险丝相连，再通过汇流端子与断路器后输出，向逆变器提供直流电压输入。
雷电分为直击雷和感应雷。
直击雷是指雷电直接落到太阳能电池组件阵列、交直流配电线路、电气设备以及配线等处。
感应雷是指由静电感应或电磁感应形成的雷。
光伏发电系统的防雷分为防直击雷、防感应雷。
（1）防止雷击设计
太阳能光伏阵列的结构件通过接地体接地防止雷击，即太阳能光伏阵列的金属支架及其它金属构件均应与屋面避雷带或防雷引下线可靠连接。
一般情况下防雷接地电阻应小于30Ω，对于大型比较重要的供电系统要求接地电阻小于10Ω。
本项目均属于大型公共设施，供电安全和供电可靠性要求较高，建议接地电阻小于10Ω。
而且光伏系统对接地电阻值要求比较严格，要求通过电阻测量仪器对接地电阻进行实测，建议采用复合接地体。
（2）防感应雷设计
为防止感应雷对光伏发电系统的设备器件造成损坏，需在光伏阵列的直流输出端安装光伏专用直流防雷模块，模块安装在直流汇线盒或直流配电柜内，采用串接断路器再并入主电路的正负极的连接方式。
系统绝缘应满足以下要求：
a.绝缘电阻：
各带电回路与地之间的绝缘电阻应不小于10MΩ
b.绝缘强度：
带点回路两导体之间及任意导体与机壳（或地）之间，按照其额定绝缘电压分级，应承受规定的50HZ正弦试验电压1min，不出现击穿或飞弧现象，漏电电流不小于10mA。
图3光伏阵列防雷汇流箱
光伏阵列防雷汇流箱的主要性能特点如下：
户外壁挂式安装，防水、防锈、防晒，能够满足户外安装使用要求；
可同时接入6路光伏阵列，每路光伏阵列的最大允许电流为10A；
光伏阵列的最大允许开路电压值为900V；
每路太阳电池串列配有光伏专用高压直流熔丝进行保护，其耐压值不小于1000V；
直流输出母线的正极对地、负极对地、正负极之间配有光伏专用高压防雷器，防雷器采用菲尼克斯品牌；
直流输出母线端配有可分断的直流断路器，断路器采用ABB品牌；
光伏方阵防雷汇流箱的电气原理框图如下图所示：
图4光伏阵列防雷汇流箱电气原理框图
4、交流防雷配电柜设计
图5交流防雷配电柜
PT-JD防雷交流配电柜适用于厂矿企业、通信基站及机房、农村电网和小型配电、高层楼宅的层间配电等电力用户作为交流50Hz、额定工作电压380V/220V,额定工作电流至100A的配电系统中作为动力、照明及配电设备的电能转换、分配与控制之用;防雷交流配电柜分断能力高,额定短时耐受电流40KA--160KA。
线路方案灵活、组合方便、实用性强、结构新颖、对雷电等浪涌电压具有良好的防护效果、防护等级高等特点,符合IEC439《低压成套开关设备和控制设备》,GB7251《低压成套开关设备》等标准。
主要特点：
（1）、主要组成部分：
由进线回路、普通馈电回路、带插座馈电回路组成；
（2）、操作方式：
正面操作；
（3）、输入方式:
市电、油机两路输入，手动切换；
（4）、安装方式：
户内式、悬挂固定垂直安装于墙面；
（5）、接线方式：
上进线、下进线；系统接地型式；
（6）、TN系统；箱体用冷轧钢板弯制焊接而成；箱体表面采用喷塑处理；各功能单元固定组合于箱体内，箱门上装有门锁；中性导体（N）和保护导体（PE）置于箱体底部。
5、监控及数据采集
监控系统主要由逆变器来实现，可以选用sunlnfo的数据记录器easyandwireless来进行逆变器系统的运行数据和工作状态的记录和检测。
easyandwireless可以和网络和本地计算机连接，可以实现与逆变器的数据连接交换，并提供数据分析、报告与演示等功能。
在任何可以连接Internet的地方都可以显示电站的运行情况，并提供年、月、日的运行报告。
通过这些设备采集的数据，可以掌握系统的运行情况，大大方便了系统维护工作。
同时，可以在显眼位置安装大型屏幕显示器，将太阳能光伏发电系统的相关信息直观展示出来，如实时发电量，直流电压，直流电流，交流电压及电流，历史发电量，减排CO2的量等。
下图是光伏系统的监控示意图。
图6光伏系统监控示意图
（1）数据采集器：
数据采集器是专门研发的电站通讯监控产品，不仅利用显示屏显示数据信息，还可以通过网络对大型光伏发电站进行监控。
数据采集器用于处理光伏系统电站数据，可与应用于光伏并网系统的光伏并网逆变器进行通讯，既可以对单台逆变器进行监控，也可以对数十台至上百台逆变器进行监测。
本项目选用的逆变器采用标准的数据通讯接口，包括RS485/232标准串口，USB，网络通讯等多种方式，最大限度的与用户现有系统相兼容，降低成本。
数据采集器主要用来采集关于发电站性能的所有数据，四行显示屏和按键使系统的调试和监测更为简单。
如果需要对光伏电站进行监测，每个单台逆变器都会通过RS485数据线连接到数据采集器上。
数据采集器可以对每台逆变器的数据进行全面监测。
图7光伏系统中数据采集器的作用示意图
（2）光伏并网系统的监控软件可连续记录运行数据和故障数据如下：
1实时显示电站的当前发电总功率、日总发电量、累计总发电量、累计CO2总减排量以及每天发电功率曲线图。
2可查看每台逆变器的运行参数，主要包括：
A、直流电压
B、直流电流
C、直流功率
D、交流电压
E、交流电流
F、逆变器机内温度
G、时钟
H、频率
I、功率因数
J、当前发电功率
K、日发电量
L、累计发电量
M、累计CO2减排量
N、每天发电功率曲线图
3监控所有逆变器的运行状态，采用声光报警方式提示设备出现故障，可查看故障原因及故障时间，监控的故障信息至少包括以下内容：
A、电网电压过高；
B、电网电压过低；
C、电网频率过高；
D、电网频率过低；
E、直流电压过高；
F、逆变器过载；
G、逆变器过热；
H、逆变器短路；
I、散热器过热；
J、逆变器孤岛；
K、DSP故障；
L、通讯失败；
（3）监控软件具有集成环境监测功能，主要包括日照强度、风速、风向、环境温度等参量。
（4）监控装置可每隔5分钟存储一次电站所有运行数据，可连续存储20年以上的电站所有的运行数据和所有的故障纪录。
（5）可提供中文和英文两种语言版本。
（6）可长期24小时不间断运行在中文WINDOWS2000，XP操作系统。
（7）监控主机同时提供对外的数据接口，即用户可以通过网络方式，异地实时查看整个电源系统的实时运行数据以及历史数据和故障数据。
（8）显示单元，用户可以选用大的液晶电视作为显示输出接口，这样将具有非常好的展示效果。
下图是为监控系统的部分截图，仅供参考：
图8光伏系统监控截图
（2）RS485-232转换器：
RS485接口和RS232接口的转换主要用于实现逆变器同PC机通讯，方便记录光伏阵列的电压、电流、交流输出端电压、电流、频率
图9RS485-232转换器
五、保障措施
5.1、运行机制
（a）建立电站设备技术档案和设计施工图纸档案
这是电站的基本技术档案资料，主要包括：
设计施工、竣工图纸；验收文件；各设备的基本工作原理、技术参数、设备安装规程、设备调试的步骤；所有操作开关、旋钮、手柄以及状态和信号指示的说明；设备运行的操作步骤；电站维护的项目及内容；维护日程和所有维护项目的操作规程；电站故障排除指南，包括详细的检查和修理步骤等。
（b）建立电站的信息化管理系统
利用计算机管理系统建立电站信息资料，对每个电站建立一个数据库，数据库内容包括两方面，一是电站的基本信息，主要有：
气象地理资料；交通信息；电站所在地的相关信息（如人口、户数、公共设施、交通状况等）；电站的相关信息（如电站建设规模、设备基本参数、建设时间、通电时间、设计建设单位等）。
二是电站的动态信息，主要包括：
（1）电站供电信息：
用电户、供电时间、负载情况、累计发电量等；
（2）电站运行中出现的故障和处理方法：
对电站各设备在运行中出现的故障和对故障的处理方法等进行详细描述和统计。
（c）建立电站运行期档案
这项工作是分析电站运行状况和制定维护方案的重要依据之一。
日常维护工作主要是每日测量并记录不同时间系统的工作参数，主要测量记录内容有：
日期、记录时间；天气状况；环境温度；子方阵电流、电压；蓄电池充电电流、电压；逆变器直流输入电流、电压；交流配电柜输出电流、电压及用电量；记录人等。
当电站出现故障时，电站操作人员要详细记录故障现象，并协助维修人员进行维修工作，故障排除后要认真填写《电站故障维护记录表》，主要记录内容有：
出现故障的设备名称、故障现象描述、故障发生时间、故障处理方法、零部件更换记录、维修人员及维修时间等。
电站巡检工作应由专业技术人员定期进行，在巡检过程中要全面检查电站各设备的运行情况和运行现状，并测量相关参数。
并仔细查看电站操作人员对日维护、月维护记录情况，对记录数据进行分析，及时指导操作人员对电站进行必要的维护工作。
同时还应综合巡检工作中发现的问题，对本次维护中电站的运行状况进行分析评价，最后对电站巡检工作做出详细的总结报告。
（d）建立运行分析制度
依据电站运行期的档案资料，组织相关部门和技术人员对电站运行状况进行分析，及时发现存在的问题，提出切实可行的解决方案。
通过建立运行分析制度，一是有利于提高技术人员的业务能力，二是有利于提高电站可靠运行水平。
完善维护管理的项目内容，不断总结维护管理经验，制定详细的巡检维护项目内容，保证巡检维护时不会出现漏项检查的现象，维护工作水平不断提高。
5.2、维护方案
（a）“双轴簧轮自动跟日发电机”机群
设计寿命能达到20年以上，其故障率较低，当然由于环境因素或雷击可能也会引起部件损坏。
其维护工作主要有：
保持机群阵列采光面和反射镜的清洁。
在少雨且风沙较大的时段，应每月清洗二次，清洗时应先用清水冲洗，然后用干净的柔软布将水迹擦干，切勿用有腐蚀性的溶剂冲洗，或用硬物擦拭。
清洗时应选在没有阳光的时间或早晚进行。
应避免在白天时，光伏组件被阳光晒热的情况下用冷水清洗组件，很冷的水会使光伏组件的玻璃盖板破裂。
定期检查光伏组件板间连线是否牢固，方阵汇线盒内的连线是否牢固，按需要紧固；检查光伏组件是否有损坏或异常，如破损，栅线消失，热斑等；检查光伏组件接线盒内的旁路二极管是否正常工作。
当光伏组件出现问题时，及时更换，并详细记录组件在光伏阵列的具体安装分布位置。
检查方阵支架间的连接是否牢固，支架与接地系统的连接是否可靠，电缆金属外皮与接地系统的连接是否可靠，按需要可靠连接；检查方阵汇线盒内的防雷保护器是否失效，按需要进行更换。
（b）逆变器
定期检查逆变器与其它设备的连线是否牢固，检查逆变器的接地连线是否牢固，按需要固紧；检查逆变器内电路板上的元器件有无虚焊现象、有无损坏元器件，按需要进行焊接或更换。
检查逆变器的运行工作参数点与设计值是否一致，如
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