某某绿色能源工业园光伏发电项目方案设计完整版.docx
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某某绿色能源工业园光伏发电项目方案设计完整版
某某绿色能源工业园光伏发电项目方案设计-完整版
1项目概况本项目计划在AA市XX绿色能源工业园内建设大型的建筑一体化并网光伏电站。
系统安装在院内三个大型厂房的屋顶，系统总装机容量达到9.31MW，安装面积70000m，预计项目总投资为33516万元。
1.1AAXX光伏科技有限公司简介XX集团介绍（硅料-电池-组件完整产业链）XX光伏介绍（公司资金、生产规模、公司以往项目。
可以重点强调XX为广东最早、最大的太阳电池生产企业，以及XX以前做的光伏建筑一体化项目。
1.2项目意义
1.2.1推动行业发展近年来，光伏产业迅速发展，世界太阳电池年产量在最近十年内保持了30%以上的增速，2007年年增长率达到了50%，2008年年增长率甚至达到了100%，年产量达到6.85GW。
太阳电池产量迅速增加的动力来自于世界对太阳能等清洁能源持续增长的需求。
2008年世界光伏系统新装机容量达到5.95GW，比2007年增长了110%。
按照目前光伏组件4.5$/W的价格计算，世界光伏市场规模接近三百亿美元。
借着世界光伏产业迅速发展的机遇，一批国内光伏企业经过努力，获得了世界瞩目的发展。
2008年，中国太阳电池产量占全球产量的44%，达到3.0GW。
但是，国内光伏企业面临着市场完全依赖国外的困境，要保持国内光伏企业长期健康的发展，必须尽快打开国内市场。
09年3月，国家颁发了《关于加快推进太阳能光电建筑应用的实施意见》以及《太阳能光电建筑应用财政补助资金管理暂行办法》，计划以财政补助的方式推动光电建筑应用示范项目的实施。
国内光伏建筑一体化市场有望在近期得到快速的发展。
但是，目前国内市场缺少高质量的光伏建筑一体化示范性项目作为指引和参考，国内关于光伏建筑一体化方面的国家标准仍然没有出台。
这两点不利于国内光伏市场的发展。
本项目计划在AA市XX绿色能源工业园建设9.31MW的光伏应用系统。
本项目的实施将有利于：
A.落实国家开拓国内光伏市场的政策，促进光伏系统特别是与建筑一体化的光伏系统在国内的应用；B.为日后的光伏建筑一体化项目提高参考和借鉴；C.积累建筑一体化光伏系统设计、施工和使用的经验，为制定相关国家标
准提供参考。
1.2.2提高城市形象本项目的实施将使XX绿色能源产业园建设成为集太阳电池生产和应用的绿色能源示范基地，反映AA市近年来对绿色能源发展的重视，反映AA市坚持环境与经济和谐发展的城市文化理念。
1.2.3扩大内需本项目预计总投资3.35亿元，除了购买光伏组件外，还需要购置大量的安装支架、电缆电线、逆变器以及电力电子控制设备，此外还需要雇请相关施工、监测人员，这些方面的投资预算接近2亿元。
本项目的实施将有利于带动相关下游产业的发展，并为AA地区提供大量的就业岗位。
1.2.3保护环境本项目有利于促进节能减排政策的落实，以及市民环保节能意识的提高。
长期以来，我国的能量消耗巨大。
我国巨大的能量需求多数以燃烧化石能源来满足，煤炭占了我国能源消费总量的70%。
大量燃烧煤炭导致了严重的大气污染，造成人们生活环境的恶化。
我国能源消耗中，建筑能耗占了1/4的份额。
与建筑结合的光伏发电系统是一种主动的节能方式应当受到重视。
本项目安装光伏发电系统总量达到9.31MWp，首年年发电量为828.59万度，可以减少排放二氧化碳8401.9吨、二氧化硫77.6吨，氮氧化合物22.6吨。
光伏系统的设计寿命为25年，25年内共发电18,843万度，共减少排放二氧化碳191,000吨、二氧化硫1,764吨、氮氧化合物514吨。
此外，本项目的实施反映AA市落实节能减排政策的决心，有利于提高市民的环保节能意识。
1.3项目特色规模大本项目的总装机容量达到9.31MW，是目前已建成的国内最大光伏建筑一体化项目――崇明岛1MW光伏发电项目系统规模的9倍。
设计质量高本项目以XX光伏科技有限公司为依靠，联合XX太阳能系统研究所进行项目的考察和设计。
项目设计充分体现光伏建筑一体化示范项目的美观性、先进性、稳定性以及展现性。
2项目可行性
2.2.1AA市日照资源AA市现辖区域在东经113°31′至114°15′、北纬22°39′至23°09′之间，年平均日照1940小时，日照资源丰富。
AA各月的气候情况如表2.1所示。
AA各月平均气温都在27°C以下，夏季辐照充足，非常适合光伏发电的应用。
2.2.2技术可行性目前，光伏发电已经在国内外得到许多成功的应用，光伏建筑一体化并网发电系统的技术已经成熟。
图2.2和图2.3展示了国内、外两个光伏建筑一体化项目的成功例子。
2.2.3经济可行性考虑国家国家补贴为20元/瓦，AAXX光伏建筑一体化并网发电项目初始投资为14896万元。
系统首年发电量828.59万度，在考虑衰减的情况下，系统在25年的生命周期内共发电18843万度，平均每年753.72万度。
假设能源成本为1元/度，则该项目每年能节约能源成本753.72万元。
项目投资回收期为14年。
此外，使用太阳能光伏发电将减少火力发电所导致的环境污染，从而减少国家治理污染的支出，具有难以估量的间接收益。
综上所述，本项目在经济上是可行的。
3项目建设条件本项目的实施地在AA市XX绿色能源工业园，光伏发电系统计划安装在园内三个大型厂房的屋顶。
厂房的外观如图3.1所示。
A、B、C三个厂房屋顶的面积分别为xxx，均是南偏东20度走向，屋顶为人字形斜面结构，倾角为3度屋顶等距分布有0.5米宽的采光带。
厂房采用钢结构，屋顶铺设彩钢板建筑承重为xxxkg/m光伏组件及导轨的重量为XXkg/m因此该屋顶可以承受光伏组件的重量。
各厂房屋顶表面平整，没有任何障碍物，非常适合安装光伏系统。
每个厂房楼顶中央安装有5米高的矩形排气口，形状规则，除此之外没有其它遮挡物。
排气口只有在辐照强度很低的清晨和黄昏对附近的小面积造成阴影，系统设计时沿排气口预留一定的距离可以避免阴影对光伏系统的影响。
此外，C区厂房现有的烟囱位于厂房北方，不会对光伏系统造成遮挡。
除此之外，厂房附近没有其它高大建筑，因而不会对光伏系统造成遮挡。
综上所述，XX绿色能源工业园适合建设光伏发电系统。
6项目方案设计6.1系统构成XX绿色能源工业园并网型光伏系统主要由光伏组件方阵、直流汇线盒、直流配电柜、逆变器交流配电柜以及与市电并网切换装置等部分构成光伏阵列由太阳能电池组件构成，光伏阵列安装在厂房屋顶上。
同时光伏阵列按照合理的组串方式接入汇线盒，然后接入直流配电柜，汇线盒和直流配电柜中包括防雷保护装置以及短路保护等功能。
经过直流部分的汇流调整之后，直流输出接入逆变器。
下图6.4是各个子系统中光伏组件与并网型逆变器间的连接图。
6.2光伏组件选型XX厂房屋顶光伏系统选用XX光伏科技有限公司生产的CSG170S1-35型单晶硅光伏组件该组件基本性能参数如下：
组件的IV曲线图如下所示：
图4.10CSG170S1-35组件的IV曲线图图4.11组件外观尺寸示意图本项目共使用XX光伏科技有限公司生产的CSG170S1-35型号单晶硅光伏组件54758块组件系统安装总功率为931MWp，安装光伏组件面积约为m6.3光伏组件布置方案综合考虑系统的美观性和发电性能，本项目计划把光伏组件平铺安装在厂房
原有屋顶之上。
光伏组件的排布如图6.1所示。
图6.1光伏组件安装位置光伏组件平行于建筑物走向平铺布置在原有屋顶之上，倾角为3度。
这样一方面有利于光伏系统排水自洁；另一方面使光伏系统与原有建筑和谐结合，保证了建筑整体美观性。
此外由于建筑走向为南偏东20度，所以东侧组件安装方位角为110度，西侧组件安装方位角为70度。
这样使光伏组件与建筑平行安装，保持建筑的美观性。
光伏组件采用铝合金或镀锌铁导轨进行固定，导轨由屋顶钢结构连接、固定。
组件与屋顶之间留出30厘米高的空间，以利于通风，降低组件工作时的温度。
由于光伏组件为平铺安装，组件之间不会造成阴影遮挡，所以本系统采用紧密排布的方式进行安装。
每4排组件之间留出0.5米宽的过道，以便于系统的维护。
此外为了不影响建筑的采光，屋顶采光带附近约1米范围不安装光伏组件。
为了避免排气口造成的阴影遮挡，排气口附件5米范围不安装光伏组件。
光伏组件的具体排布见附件本系统选用XX光伏科技有限公司生产的CSG170S1-35型单晶硅光伏组件，该组件的性能参数见4.5。
整个系统由45926个光伏组件组成，总装机容量为9.31MWp各屋顶不同方向安装光伏组件的数量如表6.1所示。
6.4逆变器选型XX是大型的生产型企业，对用电的安全，质量、可靠性等都有很高的要求，而逆变器作为其中重要的电气设备，其质量和稳定性直接影响光伏发电系统的发电质量和系统稳定性，所以，建议采用拥有国际先进光伏逆变技术的生产厂家的成熟产品。
该光伏系统选择使用SMA公司生产的高性能SunnyCentral系列并网光伏逆变器，该逆变器为三相集中式逆变器，其基本参数如下：
450V-820V
450V-820V450V-820V最大输入电流A235354472827额定输出功率kWp100150200350并网电压范围V400V±10%400V±10%3x270V±10%3x270V±10%并网频率范围Hz50Hz/60Hz50Hz/60Hz50Hz/60Hz50Hz/60Hz最大效率（%）97.695.397.397.5表5.2并网光伏逆变器基本参数
6.5逆变器配置方案为了减少电能损失，并提高光伏系统的稳定性本项目把整个系统分为多个子系统，每个系统配置一台逆变器。
A区光伏系统分为14个子系统东西两部分系统完全对称各分为7个子系统，命名为AE1~7和AW1~7。
B区东西两侧对称分为10个子系统，命名为BE1~5和BW1~5。
C区分为3个子系统命名为C1~3；D区分为3个子系统，命名为D1~3。
根据各子系统安装光伏组件的数量，配置容量相当的逆变器，如表6.3所示。
本项目使用的逆变器型号和数量如表6.4所示
6.6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：
A）12路光伏支路接入汇流；
B）具有直流输入防雷保护；
C）实现各光伏支路直流保护；
D）防护等级为IP65，满足室外安装要求；
各子系统配置的汇线盒数目如表x所示。
6.7通讯与监控方案监控系统主要由逆变器来实现，可以选用SMA的数据记录器WebBox来进行逆变器系统的运行数据和工作状态的记录和检测。
WebBox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XX绿色能源工业园等明显位置，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。
让市民可以真切的感受到光伏系统的节能减排效果。
下图6.5是光伏系统的监控示意图。
6.8直流防雷汇流箱设计
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。
6.8.1防直击雷设计太阳能光伏阵列的结构件通过接地体接地防止直击雷，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。
XX博物馆属于大型公共设施，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。
6.8.2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高压防雷模块，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。
上图为直流防雷汇流箱的结构其主要参数如下：
可连接6/12路太阳电池串列，每路电流最大可达10A
光伏阵列电压范围200V～900V
光伏专用直流保险丝，耐压值不小于DC1000V
输入阵列正负极连接线径：
4mm2
输出正负极与地线线径：
25mm2
直流总输出空开750V/63A
输出端子大小PG16/PG21
防护等级IP65环境温度－25～+60
环境湿度0～99％
宽/高/深（mm）400×500×180
重量16kg
系统绝缘应满足以下要求：
（1）绝缘电阻：
各带电回路与地之间的绝缘电阻应不小于10MΩ；
（2绝缘强度：
带电回路两导体之间及任一导体与机壳或地之间按照其额定绝缘电压分级，应能承受规定的50Hz正弦试验电压1min不出现击穿和飞弧现象，漏电流不大于10mA。
6.9交流防雷配电柜设计交流配电柜采用瑞士ABB公司生产的UniGearZS1设备。
UniGearZS1单母线开关设备是一种铠装式金属封闭中压开关设备，适宜户内安装。
该开关柜的结构为单层中置式，各隔室通过金属隔板相互隔离，同一隔室的各部件以空气做为绝缘介质。
UniGearZS1单母线开关设备是模块型式的开关设备，由若干标准单元组合而成。
通过单元的组合及元件仪表的选取，该产品易于组成多种解决方案。
开关设备的各功能单元通过了内部燃弧试验，满足IEC62271-200:
附录AAA类可触及性：
判据1～5的要求。
开关设备维护和服务均可在柜前进行主开关和接地开关均可在柜前闭门操作，开关设备可靠墙安装。
UniGearZS1单母线开关设备可装设真空断路器、真空接触器装设在同一型号开关柜上的主开关都是可互换的，这使得单一用户界面的应用成为可能，即ABB可为用户提供标准统一的服务、维护和运作。
ABB还可提供固定式负荷开关柜，完善了主开关的应用范围。
开关设备可装设传统的互感器和保护继电器，也可装设新型的传感器和智能型控制/保护单元。
UniGearZS1单母线开关设备主要技术数据如表6.3所示。
为保护光伏并网逆变器不受市电引入感应雷破坏，交流部分的防雷可以将防雷器串接断路器再并入三相交流输出线上，同时防雷器接地端与PE线可靠连接。
6.10交流升压变压器
根据单台逆变器的容量大小升压变压器选择如下：
SC9-400/1011±2x2.5％/0.4kV
空载损耗（W）：
960
负载损耗120：
4210
阻抗电压（V）：
4
空载电流（A）：
1.2
噪声（dB）：
48
外形尺寸（mm）（本体）：
1320X760X1390X660
技术参数/技术规范：
电压等级：
6～35KV
容量范围：
30～10000KVA
调压方式：
无励磁调压或有载调压（配真空或空气有载开关）
分接范围：
±2X2.5%（无励磁调压）、±4X2.5%（有载调压）或其它
频率：
50Hz或60Hz
相数：
三相
联接组别：
Yyn0；Dyn11；Yd11或其它
短路阻抗：
标准阻抗或用户要求
使用环境：
相对湿度100%，环境温度不高于40
温升限值：
100K
冷却方式：
自冷（AN）或风冷（AF）
防护等级：
IP00；IP20（户内）；IP23（户外）
绝缘等级：
F级
绝缘水平：
10KV级工频耐压35KV、冲击耐压75KV；
6.11系统接入电网设计并网系统的电力布置方式目前，常见的太阳能光伏发电系统的并网的电力布置方式根据光伏阵列的工
作电压可以分为低压系统和高压系统。
低压系统常常由3～5块组件串联组成，直流电压小于120V。
这种方式的优点是每一串的光伏组件串联较少，对太阳阴影的耐受性比较强；缺电是高电流，需要选用更粗的直流电缆。
高压系统常常用于光伏阵列的额定功率较大的系统，组件串联的数量较多，直流电压比较大，该方式的缺点是对太阳阴影的耐受性比较小；优点是高电压，低电流，使用的电缆的线径较小，和逆变器的匹配更佳，使得逆变器的转换效率更高。
目前比较大型的光伏发电系统都是多半采用高压系统。
考虑到XX博物馆的实际情况，因为光伏组件安装在屋顶，周围没有高大建筑物遮挡，在很长的时间内并不存在阴影问题，所以建议该光伏系统使用高压系统。
太阳能光伏发电系统的并网电力布置方式根据光伏逆变器的工作可以分为
三种方式：
集中式、主从式和分布式。
（1）集中式对于大型并网光伏系统，如果太阳能光伏阵列的安装情况即光伏组件的朝向、倾角和阴影等情况基本相同，通常采用大型的集中式三相逆变器，该方式的主要优点是：
整体结构中使用光伏并网逆变器较少，安装施工较简单；使用的集中式逆变器功率大，效率较高，通常大型集中式逆变器的效率比分布式逆变器要高大约2%左右，对于9.3MWp光伏电站而言，在AA地区每年可以多发电约20万度电；因为使用的逆变器较少，初始成本比较低；并网系统中的集中式逆变器的并网接入点较少，输出电能质量较高。
该方式的主要缺点是一旦故障，将造成大面积的光伏发电系统停用。
（2）主从式对于大型的光伏系统，有时候可以采用主从结构。
主从机构其实也是集中式的一种，该结构的主要特点是采用2～3个集中型逆变器总功率被几个逆变器均分。
在辐射较低的时候，只有一个逆变器工作，以提高逆变器在光伏阵列低功率时候的工作效率；在太阳辐射升高，超过一个逆变器的工作范围上限的时候，其他逆变器开始工作。
为了保证逆变器的工作机会均等，主从逆变器可以自动的轮换主从的配置。
主从式的电力配置原理如图6.6所示。
主从结构的初始成本会比较高，但是却可以提高光伏系统在使用时候的效率，对于大型的光伏系统，效率的提高能够产生较大的经济效益。
（3）分布式大型的分布式系统主要是针对光伏组件朝向、倾角和太阳阴影不尽相同的情况使用的。
分布式系统将相同朝向，倾角以及无阴影的组件串成一串，由一串或者几串构成一个子阵列，安装一台较小功率的分布式光伏并网逆变器与之匹配。
分布式电力配置原理如图6.7所示。
这种情况下可以省略汇线盒，降低成本；还可以对并网光伏发电系统进行分片的维修，减少维修时的发电损失。
其主要缺点是对于大中型的上百千瓦甚至兆瓦级的光伏系统，需要使用很多的并网逆变器，初始的逆变器成本可能会比较高；因为使用的逆变器较多，逆变器的交流侧和公用电网的接入点也较多，需要在光伏系统的交流侧将逆变器的输出并行连接，对电网质量有一定影响。
所以综合考虑上述各种电力布置方式的各种特点可以知道：
在大型光伏发电系统中，如果光伏组件的安装情况即光伏组件的朝向、倾角和太阳阴影等情况都相同，就最好是使用集中式光伏系统；如果光伏组件的朝向、倾角和太阳阴影等情况不尽相同，就按照安装情况进行分组，采用分布式的光伏系统。
考虑到XX博物馆的实际情况，因为光伏组件不存在阴影遮挡的问题，安装的朝向、倾角都基本一致；而且考虑到逆变器的防止和配电室的位置、布局的合理搭配，所以建议采用集中式高压系统。
6.12并网接入点的选择对于大型公用建筑BIPV系统的建设，常常需要考虑到该建筑的现有电力设施以及电力负载的实际情况，对于并网接入点数量以及位置的选择，我们的基本原则是对于光伏系统的并网接入方式，其基本原则是首先满足本地负载的需求，在满足本地负载需求之后才将多余的电能输入电网。
因为公用电网的电力分配和传输是有能量损耗的，目前我国的电网的传输能量损耗比较大达到5%～10%。
所以对于光伏系统所发的电能，基本做法是就地产生，就地消耗，这样能够提高能源的利用率，减少能源在传输中无谓的损失。
保证光伏发电系统发电的电力分配与负载的实际工作情况相匹配即光伏发电系统发出的电能优先满足XX博物馆的电力负载需求，针对XX博物馆电力负载工作的实际情况尽量使得光伏发电系统的发电曲线和负载的需求曲线相一致最大限度的提高光伏电能的利用效能；常见的并网，一般选择一个并网点集中并网，但是大型公共建筑通常有比较大的电力供应系统，根据业主的实际需要，可以选择多个并网点，均衡匹配多台供电变压器的负荷以免集中于单个变压器时出现逆流。
考虑到XX博物馆的实际情况，根据使用的逆变器的情况，可以考虑使4个或4个以上的并网接入点。
XX绿色能源工业园光伏系统为大中型光伏发电系统，其光伏阵列安装在屋顶，不会受到阴影的过多影响，安装方式基本一致，因此，建议采用高压的集中
式电力布置方式。
6.2.5光伏系统及安装支架构件重量XX公司生产的CSG170S1-35型光伏组件的重量约为16.2kg光伏安装支架的重量一般为2.5～3.5kg/m本光伏建筑一体化并网发电工程总共使用了54758块组件安装面积约为70217.4m2。
那么整个光伏组件系统以及安装支架的总重量约为1097.7吨，平均每平方米的重量为15.6kg按照一般情况下的建筑设计标准，此重量在屋顶结构承重范围内。
7施工组织设计
7.1施工条件本工程为AA市XX绿色能源工业园的光伏并网发电工程AA市地出逐渐三角洲现辖区域在东经113°31′至114°15′北纬22°39′至23°09′之间，年平均日照1940小时日照资源丰富。
XX绿色能源工业园位于AA市麻涌镇地处江苏中部，现辖区域在东经119°01′至119°54′、北纬32°15′至33°25′之间，全年平均日照2140小时太阳能资源十分丰富。
XX博物馆位于XX市文昌西路明月湖西侧总占地面积50730.4平方米，总建筑面积22146.99平方米，分主楼和附楼两幢，主楼建筑面积20991.7平方米，北库区附楼建筑面积1155.3平方米。
主楼与附楼都是采用平面顶设计，这对光伏系统建设中的太阳能电池阵列的安装提供了便利条件，对整个光伏建筑一体化工程的进行提供了良好的硬件条件。
开放后的XX博物馆XX博物馆已经成为扬州文化建设的标志性建筑，成为展示扬州传统文化和现代文明最重要的窗口之一。
自2005年10月份正式对外开放以来，XX博物馆参观观众人数已突破80万人。
在XX博物馆大楼楼顶安装光伏发电工程，具有良好的示范效应。
7.2施工交通运输XX市XX博物馆所在地周围基础建设齐全道路通畅公路交通网络建设完善，陆路交通便利，满足太阳能光伏发电场的对外交通运输要求。
7.3工程永久占地
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