分布式光伏发电站设计及经济性评估

-本科毕业设计论文分布式光伏发电站设计及经济性评估. z.-华南理工大学学位论文原创性声明本人重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进展研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的容外，本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要奉献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承当。学位论文作者签名： 日期： 年 月 日学位论文使用授权书本人完全了解华南理工大学学院关于收集、保存、使用学位论文的规定，即：按照有关要求提交学位论文的印刷本和电子版本；华南理工大学学院图书馆有权保存学位论文的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览效劳；可以采用复印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的的前提下，可以公布论文的局部或全部容。学位论文作者签名： 日期： 年 月 日指导教师签名： 日期： 年 月 日作者联系： 电子：. z.-摘 要太阳能光伏发电，是人类目前所研发的众多新型能源当中最可靠、最具实力、最具有代表性的发电技术。通过光伏发电把光能直接转换为电能，既能满足居民的日常用电需求，又减少了传统化石燃料的消耗，对节约资源、保护环境意义重大。可以减少温室气体排放，减少温室效应，保护环境，投资本钱较低，拥有着良好的经济前景和开阔的市场；太阳能产业化的开展，给人们提供越来越多的就业时机。本设计工程建立本于省市联邦工业厂房，主要对其进展屋顶分布式光伏电站设计，依据最光伏建筑一体化的技术，将太阳能发电站与建筑本体完美地结合在一起，核算其造价，以到达形成分布式光伏电站初步设计方案的目标，以形成对分布式光伏电站的电气局部有深入了解以及熟悉电力工程造价方面的计算方法的目的。该屋顶分布式太阳能光伏发电站可用面积达1.8万平方米，装机容量为1.25MWp，首年发电量为141万度电，减少炭粉尘306.25t CO2 排放量1125t、SO2排放量为33.75t、NO2排放量17.5t，此外还可节约大量的水资源，具有显著社会效益。由此可见，光伏电站节能减排的力度和意义对于企业、国家乃至整个社会是非常重大的。关键词：太阳能；分布式光伏电站；经济性评估. z.-AbstractSolar photovoltaic power generation, is currently developing human new energy among the many most reliable, most powerful, the most representative of power generation technology. By the photovoltaic solar energy directly into electricity, both to meet the daily electricity needs of residents, but also reduce the consumption of traditional fossil fuels, to conserve resources and protect the environment is significant. Can reduce greenhouse gas emissions, reduce greenhouse gas emissions, protect the environment, lower investment costs, has a good economic prospects and open markets; the development of solar energy industry, to provide people with more job opportunities.The design of the project in Foshan City, Guangdong Province, the federal industrial plants, primarily its roof design of distributed photovoltaic power plants, according to the most BIPV technologies, the solar power plant and building the perfect bination of body, its cost accounting in order to achieve the goal of distributed PV power plants form the preliminary design to form the electrical part of the distributed photovoltaic power plants have a good understanding and familiarity with the calculation method of the power project cost purposes.The roof of distributed solar photovoltaic power stations available area of 18000 square meters, installed capacity 1.25MWp, the first annual generation capacity of 1.41 million kWh, reduce carbon dust 306.25t CO2 emissions 1125t, SO2 emissions 33.75t, NO2 emissions 17.5t, but can also save a lot of water, with significant social benefits. Thus, the intensity and significance of photovoltaic power plants for energy saving enterprises, the state and the whole munity is very significant.Key words: Solar energy resources; Distributed photovoltaic power plants; Economic assessment目录摘 要IAbstractII第一章 绪论11.1 课题研究背景与意义11.2 国外光伏发电的研究现状和开展11.3 国光伏发电的研究现状和开展21.4 本章小结3第二章 光伏发电系统构造42.1 光伏发电原理42.2光伏发电系统的组成42.3光伏发电系统类型52.4 本章小结6第三章 工程概况73.1 工程概况73.1.1 工程地理位置73.1.2 太阳能资源73.1.3 场址建立条件133.2本章小结14第四章 光伏电站方案设计154.1 光伏电站组件设计154.1.1 光伏组件选型154.1.2 光伏电池支架的选取174.1.3 并网效率计算184.1.4太阳能光伏阵列安装倾角的设计184.1.5太阳能光伏阵列的布置194.2并网逆变器的选择214.3电气一次设计244.3.1接入系统方案244.3.2 光伏主接线图254.4电气二次设计254.4.1直流系统254.4.2 UPS 不停电电源系统254.4.3火灾报警系统254.4.4太阳能发电环境监测系统264.4.5 调度自动化与通信系统264.4.6 接地274.5本章小结27第五章 经济性评估285.1发电量估算285.2工程造价估算295.3 财务分析305.4 工程评估指标325.4.1静态投资回收期325.4.2 部收益率325.4.3 结论分析335.4减排效益分析335.5 本章小结33结 论34参考文献35致 36. z.-第一章 绪论1.1 课题研究背景与意义目前，随着传统的化石燃料逐渐减少，不可再生能源的储量逐渐下降，化石燃料开发所带来的环境污染的问题严重地约束着全球的经济开展。现在大局部的能源开发使用是化石燃料，而这些化石资源的使用不仅使储藏量减少，而且还带来一些的温室效应、破坏大气层、酸雨等环境污染问题。在这种严峻的情况下，应该提高可再生能源资源的最大转换效率来应对，开发新技术来实现可持续开展，解决日益增加的能源需求。相对于世界的其他国家来说，我国的化石能源更加短缺，也在逐渐下降，我国对可再生能源的需求有了更高的追求，希望通过开发利用可再生能源和各种绿色新能源来代替常规燃料来满足人们的迫切需求，来推动可持续开展战略的开展。可再生能源的主要类型包括太阳能、风能、水能和生物质能，所有这些能源都有巨大的潜力来满足未来的需求。在几个全球可再生能源技术中，太阳能光伏技术是第一个被开发利用来满足偏远地区的根本需求。在全球经济和政治条件下，那些国家更加依赖于他们自己的能源开发和使用，越来越感兴趣于可再生能源技术开发。随着单机容量不断增加，光伏组件技术逐渐兴旺，光伏发电本钱逐步下降，已成为公认的未来替代能源之一，开发大规模并网光伏发电工程是实现能源可持续开展的重要举措。在众多新能源当中，太阳能作为一种绿色清洁能源之一，具有清洁、应用地域广、无污染、易取用、太阳资源丰富的优点，可通过光伏发电把光能直接转换为电能，造价本钱较低。光伏发电既可以满足居民的日常用电需求，又减少了传统化石燃料的消耗，可以从根本上解决雾霾和酸雨等环境问题，对节约资源、减少污染、保护环境意义重大。1.2 国外光伏发电的研究现状和开展太阳能是一种具有开展潜力的产业，拥有着良好的经济前景带动着光伏市场的开拓，促进光伏发电技术的提高，而且随着太阳能产业化的开展，将会给全世界的人们提供越来越多的就业时机。太阳能光伏发电在世界经济中的作用和影响力已经越来越大，光伏发电市场的开展具有相当广阔的前景，这已经引起了世界各个国家的高度重视。日本利用其电子科技实力优势，大力开展光伏发电产品，其产量已经相当于全球产量的50%以上,德、日、英、荷、美等这些国家的光伏企业根本垄断了全球的光伏发电产品市场，出口额占世界贸易额80%以上1。有数据显示，2013 年，全球光伏新增装机容量到达27.5GW左右，相对上一年的18.1GW相比，涨幅高达52%，全球累计光伏装机容量超过67GW,其中全球近28GW左右的总装机量中，欧洲的装机容量接近20GW左右，但增长的速度相对放缓，其中近55%的全球装机增长量被意大利和德国市场占领，分别为7.6GW 和7.5GW，2013年以中日印为代表的亚太地区光伏产业市场需求同比增长129%，其装机量分别为2.2GW，1.1GW 和350MW1。此外，在日趋成熟的北美市场，去年新增安装量约2.1GW，增幅高达84%2。如图1-1所示：图1-1 全球光伏累计装机增速维持在20%以上单位：MW)与此同时，世界各国也出台相应的政策支持鼓励太阳能光伏产业的开展，德国政府从2009年就开场鼓励用户自发自用，并对自用电量给与额外的补贴，补贴的程度随着自用电量的比例增长，自发电量越多，补贴就越多；而美国政府出台了加速折旧、投资税收返还、投资直接补助等优惠政策，也为太阳能光伏产业的投资者提供较好的融资环境，同时孵化了光伏租赁业务、Power Purchase Agreements等创新业务模式1；日本政府主要是提供高额的上网电价补贴制度。由于近几年国外兴旺国家的补贴政策相对较好，国外光伏光伏市场迅速开阔，为了调节光伏发电的装机容量，一些兴旺国家将降低光伏发电补贴，使光伏市场自动调节，当光伏发电本钱减少，光伏组件价格降低，光伏发电效率提高时，光伏发电规模将会继续大幅度增加。1.3 国光伏发电的研究现状和开展我国的太阳能资源十分丰富，据统计理论储量高达每年1700亿吨标准煤。我国大多数地区的平均日辐射量可达每平方米4千瓦时以上，地区辐射量每平方米高达7千瓦时以上2。光伏发电技术的开发使用，既为我国多个省份的偏远地区共14万的无电用户解决了用电问题，有丰富了电网构造，提高了供电可靠性。在我国东、中部地区比拟适合开展分布式光伏发电，电力易于就地消纳，且网购电价高，度电补贴需求少，能有效推动产业技术进步、企业本钱下降，还可逐步减少补贴。我国公布的国务院关于促进光伏产业安康开展的假设干意见(国发201324号)就明确提出：大力开拓分布式光伏发电市场，鼓励各类电力用户按照自发自用，余量上网，电网调节的方式建立分布式光伏发电系统3这些政策的出台深刻说明了国家对分布式光伏电站开展的大力支持，并为这些光伏电站的开展提供了平台。随着社会的进步和科技水平的提高，我国用电量迅速增加，尤其是工业用电负荷的比重在用电构成中占很大份额。在现实生活当中，工业用电量非常大，需要支付数目庞大的电费以维持日常运转。而这些工业厂房拥有广阔的场地来安装光伏组件，省拥有各类工产业园区将近200个，集中连片的屋顶资源丰富。据初步调查统计，省可进展安装的分布式光伏发电系统的建、构筑物屋顶面积到达8000万平方米，其中珠三角地区大约有6000万平方米、粤东地区约800万平方米、粤区约500万平方米、粤北地区约700万平方米的安装面积，据估算全省可用来建立分布式光伏发电装机容量约800万千瓦4。据估算，全省每年新增建筑的屋顶面积超过2800万平方米，假设将其中10%的屋顶面积用来安装光伏发电系统，每年可在新增建筑屋顶面积建立光伏发电装机容量约30万千瓦4。如果合理利用工业厂房场地面积，充分利用这些屋顶空间资源，引入光伏等绿色能源对其进展用电补充，对减少巨额电费和创造经济效益具有重要意义。 在今后的十几年中，我国太阳能光伏发电产业将会继续快速开展，国家出台相关扶持制度政策将会吸引更多投资者到这个行业中来，太阳能光伏发电技术具有庞大的开展潜力，如果合理开发太阳能资源，我国光伏装机容量预计到2030年将会到达1亿千瓦，年发电量将可到达1300亿千瓦时，这相当于减少30多个大型煤电厂的建立4。1.4 本章小结开展太阳能光伏发电是我国推动可持续开展政略实践的必要趋势，我国能源政策对光伏发电的鼓励支持，足以说明了太阳能资源的开发利用及应用前景的广阔性，而太阳能光伏发电对节约资源、保护环境具有深刻的意义。. z.-第二章 光伏发电系统构造2.1 光伏发电原理光伏发电，其工作原理又可称为光伏效应，光子照射在金属面板上，金属板中的*个电子将吸收它的全部能量，可以用来做功时，电子将从金属外表脱离出来，成为光电子，是一种通过利用半导体界面的，。其发电原理图如图2-1所示：图2-1 光伏发电原理图2.2光伏发电系统的组成太阳能光伏发电系统，、防雷系统、8。根据屋顶的自然条件，将及支架，构成，和。合理地组件，吸收太阳能之后，产生的，选择器接入直流配电柜。，将直流电流转换为并入电网的交流电流。太阳能光伏发电系统如图2-2所示:图2-2 太阳能光伏发电系统图2.3光伏发电系统类型按照是否接入公共电网，可分为和独立光伏发电系统两种类型：（1） 光伏并网发电系统，主要是由和两构成。太阳能组件，；成可以用来供给负载使用或将多余的电量传输到电网的交流电能。当白天有光照时，通过太阳能光伏组件吸收太阳能，然后太阳能组件方阵将发出的直流电，通过并网逆变器逆变转换成交流电，供给负载使用或将多余的电量传输到公共电网。，系统将自动停顿运行，并从电网中吸收电能供给负载使用。同时不断检测电网和光照条件，当光照充足且电网正常时，。如图2-3所示：图2-3 光伏并网发电原理图（2） 独立光伏发电系统，也称为离网光伏发电系统。主要由太阳能电池组件、直流箱、控制器、蓄电池组成7，假设要为交流负载供电，还需要配置交流逆变器，独立光伏发电系统是孤立运行的，不同一般的电力系统相连，经常建立于远离电网和电网供电不到的遥远地区，其主要功能是解决无电问题。（3） 分布式光伏发电，指利用分散式资源，结合建筑物构造将太阳能转化为电能的发电方式，一般装机规模较小、经常布置在用户附近的发电系统，所生产的电力主要用来自用，当有剩余电量时上网，主要是建在城市建筑物屋顶的光伏发电工程，该类工程必须接入公共电网，与公共电网一起为附近的用户供电9。又可分为地面分布式电站和屋顶分布式电站。（4） 地面集中式光伏电站，一般装机规模较大、经常布置太阳能资源丰富的遥远地区，所生产的电力主要用来上网供电。表2-1 分布式光伏电站和地面集中式电站优缺点类型优点缺点分布式光伏电站1.电站直接供给用户侧，有效较少对电网供电依赖；1.如果形成微电网需要配套储能设备，本钱较高；2.充分利用建筑物外表，有效较少光伏电站的占地面积；2.大量分布式电站接入对于配电网提出较高要求，增加电力系统的复杂性。3.可以完成自发自用，形成分布式微网系统。地面光伏电站1.便于集中管理，可复制性强;1.需要依赖长距离输电线路送点入网；2.实行标杆电价，能够获得较为稳定的收益率;2.占用地面积大；3.运行方式较为灵活，可以更方便地进展无功控制和电压控制。分布式太阳能光伏发电技术的开展优势相对于其他发电模式，在于其环保、经济、保证供电可靠性，可以解决遥远地区的用电问题等。分布式光伏发电的装机容量相对较小，建立周期比拟短，初始投资和后期的运维本钱比拟低，能够实现就近供电。2013年下半年，我国将不断推出鼓励政策支持分布式光伏并网发电系统的应用。分布式光伏发电对于工业厂房来说，本设计主要针对工业厂房，对其进展屋顶分布式光伏电站设计。在现实生活中，工业用电量非常大，需要支付数目庞大的电费以维持日常运转。如果合理场地面积，充分利用屋顶空间资源，引入光伏等绿色能源进展用电补充，对减少巨额电费和创造经济效益具有重要意义。2.4 本章小结本工程建立于工业厂房，用电量大，太阳辐射量白天时较高，光伏系统发电充足，负荷水平处于顶峰状态。.。综上分析，并网分布式光伏发电系统适宜本工程工业厂房的建立，免除了储能装置的配置，自发自用。多余电量上网，发电缺乏由电网提供。. z.-第三章 工程概况3.1 工程概况本次分布式光伏电站的设计是依据于一项实际工程工程，以下是该工程的具体情况：该工程位于市南海区联邦工业厂房，主要业务为家具生产，用电量非常大，需要支付数目庞大的电费以维持日常运转，可利用面积达1.8万平方米，太阳能资源丰富。3.1.1 工程地理位置联邦工业厂房位于省市南海区，224803至231800,东经1125155至1131547之间，属于南亚热带海洋性季风气候，雨热同季，春湿多阴冷，夏长无炎热，秋冬暖而晴旱。在气象方面，日照辐射量为5000MJ/，日照小时数达16001800h，周围无高大建筑和遮挡物，最大阵风9级23.4m/s。21.9度，平均气温为13.0度，最低记录为-1.9度。七月最热，平均气温为28.5度，最高气温为29.2度。3.1.2 太阳能资源（1） 我国太阳辐射年总量的地理分布我国太阳能资源丰富，据统计全国有2/3总面积以上的地区日照小时数大于2000h，全国各地太阳年辐射总量为33408400MJ/ m2，中值为5852MJ/ m2，据统计资料分析，中国陆地面积每年接收的太阳能辐射总统计量为3.31038.4103MJ/ m2，相当于2.4104亿吨标准煤的储量1。 根据气象部门的调查测算：我国太阳能年总辐射量最大值在青藏高原，高达10100MJ/m，仅3300MJ/m。表3-1 中国水平面太阳辐射等级划分表类型资源地带全年辐射量一类地区资源丰富带67008370MJ/m2，相当于230kg标准煤燃烧所发出的热量二类地区资源较富带54006700MJ/m2相当于230kg标准煤燃烧所发出的热量表3-1 中国水平面太阳辐射等级划分表(续三类地区资源一般带42005400MJ/m2140180kg标准煤燃烧所发出的热量四类地区资源贫乏带4200MJ/m2以下图3-1 全国年平均的总辐射年总量空间分布kWh/m2图3-2 NREL提供的局部亚洲国家直接辐射空间分布kWh/m2/day 省具有丰富的太阳能资源，省太阳能资源理论总储量2.886GWh/年，年辐照时数2200小时左右，年辐射总量4200-5800兆焦耳/平方米，相当于一年辐射在我省土地的能量达300亿吨标煤左右，从地域分布上看，我省的太阳能资源呈南高北低的格局，南部属于太阳能资源三类地区全国按五类分，下同，以粤东、粤西沿海地区为主，主要是、揭阳、和，全年日照时数2200-3000小时，每平方米一年承受太阳辐射5000-5800兆焦耳，相当于170-200千克标准煤；我省其他地区属太阳能资源四类地区，主要是珠三角地区和北部山区，全年日照时数为1400-2200小时，每平方米一年承受太阳辐射4200-5000兆焦耳，相当于140-170千克标准煤4。2市地理特点市位于中国省中南部，地处珠江三角洲腹地，东经11306，北纬2302。，、，。通过Google地图，可以查知联邦工业厂房位于市南海区狮山镇，地处于北纬23.0711.60，东经113.0322.15，海拔26米，视角海拔高度85.82公里。图3-3 联邦工业厂房地理位置图图3-4 联邦工业厂房经纬度地理位置图图3-5 工程场址处太阳运动轨迹 根据本工程场址处经纬度及太阳运动规律，通过Meteonorm6.1软件计算得出太阳运动轨迹如图3-5所示，横坐标及纵坐标分别为方位角和太阳高度角。和太阳，。，处于较大值的时间较多，初步判断区域日照条件较好。通过PV syst6.0.5软件，输入工程相应经纬度等地理相关信息，由美国航天航空气象局提供数据，得出厂房场址气象数据图如图3-6所示：图3-6 厂房场址气象数据图3市太阳能资源市年总辐射量自东南向西北递减，一般变化在44005000 MJ/。月总辐射量最大值出现在7月份，高达510550 MJ/。30年平均辐射总量为1383.54kWh/。4市气象特点，、霜期短为特征，度。4月到6月为雨季，降雨量丰富，7至9月天气炎热，日照充分，多台风，10月、11月、和3月气温适中，12至2月为阴凉的冬季。全市无霜期一般为347天，年平均降水量1490毫米左右，年日照时数1600至1800小时。市近30年的主要气象数据统计如下列图所示：图3-7 市30年气温平均值图3-8 市30年平均日照时间图3-9 市30年平均降雨量表3-2 气候资源表南海区月份气温降水量日照时数月平均距平最高/低气温总量mm多年平均mm距平百分比时 数小时多年平均小时距平百分比2014.6291.435.8高151320.5-52.89%167.7155.57.85%2014.5260.334.8高383.125351.40%117.7132.1-10.90%2014.422.90.517.2低168.5185.8-9.30%5081.2-38.40%2014.318.30.110.8低176.266.9163.40%37.869.4-45.50%2014.213.9-1.44.2低39.961.6-35.20%70.276.9-8.70%2014.115.41.67.2低031.9-100%19411963%2013.1214-1.96.8低121.626.5358.87%164.3159.43.07%2013.1120.60.410.4低43.438.113.90%114.4173.2-33.90%2013.125.10.517.1低0.165.2-99.80%171188.5-9.30%1013.927.60.434.2高114.4216.9-47.30%145.7173-27.30%2013.828.3-0.134.6高401.1281.642.40%145.1192-24.40%2013.727.7-0.835.3高478.7258.785%160.4214.1-25.10%2013.628.10.535.8高138.4320.5-56.80%178.4155.514.70%3.1.3 场址建立条件（1） 非常丰富的太照资源，可保证高发电量；（2） 在屋顶建立光伏电站，减少用地面积；3主干电网的线径具备足够的承载能力，可在不改造的情况下有能力输送光伏电站的电力；4交通运输和生活条件便利，可保证施工顺利进展；3.2本章小结根据数据统计，场址最近三十年统计观测的太阳总辐射量数值为1383.54kWh/平方米年，此辐射量在中国属于太阳能资源可利用地区,这比拟有利于光伏发电系统的稳定发电。因此，南海区联邦工业厂房，当地拥有丰富的太阳能资源开发价值，其太阳能资源满足分布式光伏发电系统的建立条件。. z.-第四章 光伏电站方案设计联邦工业厂房屋顶分布式太阳能光伏发电站，采用分散并网方案，将太阳能光伏组件布置在各楼房楼顶，各楼房作为一个独立的子系统就近并入电网，最终实现将整个光伏并网系统并网发电。根据当地太阳能资源以及业主的初步开发规划，本工程在省市南海区的联邦工业厂房屋顶，充分利用当地丰富的太阳能资源建立分布式光伏发电站。工程可利用建筑屋顶面积约1.8万平方米，共安装了5000块255Wp 的多晶硅电池组件，总共安装1.25MWp光伏发电系统，工程采用高压10kV并网，整个系统设计的年均发电约130万kWh，具有良好的经济效益、社会效益与环境效益。4.1 光伏电站组件设计4.1.1 光伏组件选型 常用的太阳能电池组件分别有单晶硅太阳能电池、多晶硅太阳能电池、聚光太阳能电池电池。1晶体硅光伏组件 晶体硅光伏组件是目前工程应用最广的组件类型，已实现商业化。单晶硅光伏组件制造工艺成熟，大规模生产下和电池效率较高，可达15%以上，且稳定性好。因效率较高，一样装机容量下光伏方阵占地面积小，但组件本钱高。多晶硅光伏组件转化效率略低于单晶硅光伏组件，但大规模生产下组件效率也可达14%以上。与单晶硅光伏组件相比，多晶硅光伏组件虽然效率有所降低，但是节约能源、节能硅原料，工艺本钱与转化效率的平衡关系相对较优。2薄膜光伏组件 薄膜光伏组件的优势主要有：弱光性好、材料省且工艺简单。非晶硅光伏组件是在不同衬底上附着非晶太硅晶粒制成的。硅材料消耗少且工艺简单，衬底廉价，薄膜化较易实现。组件产品具有弱光性好、受高温影响小的特性。但非晶硅光伏组件转化效率远低于晶体硅光伏组件，且衰减较快。目前技术相对成熟的薄膜光伏组件还有铜铟镓硒光伏组件CIGS和碲化镉光伏组件CdTe等。薄膜光伏组件可在玻璃、不锈钢或塑料衬底上制备，在建筑一体化及特殊场所有较好的适应性。因价格及光伏建筑一体化优势，薄膜光伏组件在一些工程中有较广的应用。3高倍聚光型光伏组件 高倍聚光型光伏在太阳直接辐射分量较高的地区才具有较好的适应性。因为此类组件需先由聚光镜聚焦后再进展光电转换，需对太进展全程跟踪，且只能利用太阳辐射中的直接辐射局部。高倍聚光型光伏组件的典型特性是转换效率高、高温性能好，代表产品为多结砷化镓光伏组件，目前的组件效率可达28%。但聚光型光伏组件的主要缺点是需配置聚光装置及高精度跟踪装置，建立本钱及运行维护本钱较高。这三种光伏电池组件的特性如表4-1所示。表4-1 太阳能电池组件特性特点 类型单晶硅太阳能电池多晶硅太阳能电池聚光太阳能电池稳定性高较高低转换效率商业用电池片一般12%16%商业用电池片一般13%18%。商业用电池片一般大于26%。价格材料制造简便，节约电耗，总的生产本钱比单晶硅低材料价格及繁琐的电池制造工艺，使单晶硅本钱价格居高不下。需要配套技术复杂的机械跟踪设备、光学仪器、冷却设施等，未实现大规模生产，总的生产本钱相对较高。组件运行维护组件故障率极低，自身免维护组件故障率极低，自身免维护机械跟踪设备、光学仪器、冷却设施需要定期维护。技术成熟性目前常用的是铸锭多晶硅技术，70年代末研制成功。商业化单晶硅电池经50多年的开展，技术已达成熟阶段。开展起步较晚，技术成熟性相对不高。优点最广泛获取的电池原料，最成熟制造简便，市场使用量最大性价比高缺点本钱相对略高转换效率较单晶硅略低转换效率较低、衰减快 根据性价比分析，本方案推荐采用制造工艺技术成熟，造价相对较低的峰值功率250WP的多晶硅太阳能光伏组件，其主要技术参数见下表：表4-2 太阳能电池组件性能参数表峰值功率 Wp250W短路电流 Isc8.92A开路电压 Voc37.6V峰值电压 (Vmp)29.8V峰值电流 (Imp)8.39A工作温度围()-4085抗风力或外表压力2400Pa,130km/h绝缘强度DC3500V,1min, 漏电电流50冲击强度225g钢球1m自由落体,外表无损外形尺寸(mm)165099040重量(kg)18.5图4-1 太阳能电池组件性能参数4.1.2 光伏电池支架的选取 为了使发电系统获得最大的发电效率，一般选用安装逐日跟踪系统，使光伏方阵长期处于太的直射下，但是对于一般小型分布式光伏发电系统来说，跟踪式的本钱相对很高，所以一般采用固定支架式安装；与此同时，与固定式相比，尽管跟踪式会增加约30%的电能输出，但是会增加0.6元/W左右的发电本钱，同时会增加设备的维护工程量和维护难度。由于本工程屋顶安装条件有限，且用户也不便于进展设备维护，所以综合分析，选择使用固定支架。另外选择支架时，还需考虑防腐、风荷载、雪荷载和抗震的要求，以满足25年使用寿命年限。4.1.3 并网效率计算并网光伏发电系统的总效率主要由光伏阵列的效率、逆变器的效率两局部组成。 1光伏阵列效率1： 光伏阵列在1000W/太阳辐射强度下，实际的直流输出功率与标称功率之比。光伏阵列在能量转换与传输过程中的损失包括：组件匹配损失、不可利用的太阳辐射损失、温度的影响、最大功率点跟踪(MPPT)精度等。根据经历数据，光伏阵列效率1=88%。 2逆变器的转换效率2 ： 逆变器输出的交流电功率与直流输入功率之比。对于高效并网逆变器可取2 = 96%。 系统的总效率等于上述各局部效率的乘积：=12 = 88%96%= 85%；4.1.4太阳能光伏阵列安装倾角的设计太阳能光伏方阵的安装倾角的最正确选择取决于诸多因素，如地理位置，直接辐射与散射辐射比例，全年太阳辐射分布，负载供电要求和特定的场地条件等，光伏电池的安装角度是整个系统获得最正确发电量的最重要因素。电池方阵的角度分为方位角和倾斜角。( 1) 不同季节的太阳产生峰值的方位是不同的，如夏季的午后，太阳产生峰值照射的方位会偏西而不是正南。另外受屋顶方位角的影响，以及为躲避太阳阴影等因素的影响，如果想将方位角设置到负荷的最大值与光伏电池出力峰值一致的角度13，可按照下式计算: (4-1)式中 光伏电池板方位角;日负荷峰值时间;经度。 由于方位角受多因素影响，如无特殊要求，通常可取0。( 2) 倾斜角应选取使光伏系统年总发电量最大的角度。可按照下式计算: 4-2)式中光伏阵列面上的太阳能总辐射量;水平面上的太阳能直接辐射量;散射辐射量;正午太阳高度角;光伏阵列倾角。并网光伏发电系统方阵的最正确安装倾角可采用专业系统设计软件来确定，它应是系统全年发电量最大时的倾角，根据气象资料和PVsyst6.0.5软件计算得出，选择倾角为21。图4-2 光伏组件安装倾角设计4.1.5太阳能光伏阵列的布置1光伏电池组件阵列间距设计最小间距值应保证冬至日9 点至15 点期间，光伏阵列不出现遮挡，光伏电池组件阵列间距应不小于D，可依据下式计算7:4-2)式中阵列倾斜面长度；两排阵列之间距离；当地纬度(在北半球为正，南半球为负)；光伏阵列倾角。图4-3 光伏阵列间距示意图根据上式计算和PVsyst 6.0.5软件计算，调整图4-4光伏电池组件间距，使图4-5的太阳辐射路径图的曲线落在冬至日9点-下午3点的辐射点上，得到光伏电池组件前后排阵列间距为4.62米。图4-4 光伏电池组件前后排阵列间距图4-5 太阳辐射路径图 点击优化按钮，显示优化曲线图如图4-6所示，绿色曲线代表没有阴影时在各个角度下倾斜面辐射能量和水平面辐射能量的比值，黑色曲线代表有阴影不考虑组件电学性能影响下的辐射比值，橙色曲线代表有阴影时考虑组件电学性能影响下当一片电池片被遮挡时和其串联的电池片均被影响。图4-6 优化曲线图（2） 太阳能光伏组件阵列单列排列面布置见下列图：图4-7 光伏面板排列示意图4.2并网逆变器的选择因为本工程设计的采取各建筑各自，所以使用了特别适用于的防雨防腐户外型壁挂式。选用的光伏并网逆变器采用美国TI公司32位专用DSP(LF2808)控制芯片，主电路采用日本，PWM有源逆变技术，可靠性高，、等特点。该并网逆变器的主要技术性能特点如下：1采用美国TI公司32位DSP芯片进展控制；2IPM；3太阳电池组件最大功率跟踪技术(MPPT)；4具有直流输入手动分断开关；5有先进的孤岛效应检测方案；6有过载、短路、电网异常等故障保护及告警功能；7直流输入电压围(300V950V)，整机效率高达98.2%；8人性化的LCD液晶界面，通过按键操作，液晶显示屏(LCD) 可清晰显示实时各项运行数据，实时故障数据，历史故障数据大于50条，总发电量数据，、数据。9逆变器支持按照，；10可提供包括RS485远程通讯接口。其中RS485遵循Modbus通讯协议。 设计共需30kW太阳能并网逆变器42台，方案选用的逆变器主要技术参数列于下表：表4-2 30kW并网逆变器性能参数表工程性能参数备注最大功率跟踪电压围300950V最大功率跟踪通道数2最大输入功率32KW最大输入电流单路33A最大功率跟踪效率0.99满载时交流侧连接方式三相四线交流侧额定电压230V可工作的电网电压围179277V额定输出功率30KW额定输出时额定输出电流44A额定频率50Hz表4-2 30kW并网逆变器性能参数表续)可工作的电网频率围4751.5 Hz总电流谐波畸变率0.99l 可调节围：0.9 超前0.9 滞后额定输出时夜间消耗功率1W最高效率98.2%最高效率欧洲标准97.8%防护等级IP65运行温度-25+60散热方式强制风冷风扇转速将根据输出功率和环境温度自动调节相对湿度095%无冷凝显示方式液晶屏显示通信方式RS485保修期3年尺寸长宽高mm615810234重量(Kg)622、电路构造图4-5 逆变器电路构造图30并网逆变器主电路的拓扑构造如图4-5所示，通过电路，将光伏阵列的直流电压变换为高频的三相斩波电压，并通过滤波器滤波变成正弦波电压后直接并入电网发电。4.3电气一次设计 联邦杆工业厂光伏发电工程，工程地址位于市南海区狮山工业园，总装机容量为1.25MWp，拟定并网形式为10kV中压并网。 4.3.1接入系统方案根据分布式接入系统典型设计 接入系统分册中*GF10-Z1-Z方案做相应调整，本方案主要适用于自发自用/余量上网接入用户电网模式下的光伏电站。本方案以380/10将分布式光伏接入用户电网，380接入点为用电配电箱低压母线，10kV接入点为用户10。本工业厂房光伏组件主要布置在仓库、厂房A、厂房B及厂房C屋顶。光伏组件平行于屋顶和车棚棚顶安装布置。该太阳能光伏发电方案选用5000块250晶硅标准组件，42台30并网逆变器(放置于逆变箱房，2台315和1台63010 /0.4升压变压器，2个低压交流开关柜，1个10并网柜，1个10户外开关站，系统共设置4个并网点，绝大多数时间自发自用，剩余电量上网。各厂房安装概况如下：成品仓库屋顶1200块250W晶硅组件6台30kW逆变器，安装容量：300kWp。厂房一屋顶1200块250W晶硅组件22台30kW逆变器，安装容量：300kWp。厂房五屋顶1200块250W晶硅组件7台30kW逆变器，安装容量：300kWp。厂房六屋顶1400块250W晶硅组件7台30kW逆变器，安装容量：350kWp。其并网主接线图如图4-6所示：图4-6 并网主接线图 光伏主接线图 厂房C、仓库所产生的电主要自发自用，在将多余电量上网；各串联光伏组件通过光伏生电产生直流，通过汇流箱聚集后传到逆变器将直流转化为交流，最后进入箱式变压器进展升压。其光伏系统主接线图如图4-7所示：图4-7 厂房C、仓库电气主接线图4.4电气二次设计4.4.1直流系统 为了供电给、常明灯等的电源，设置220V。，设一组阀控式铅酸免维护蓄电池，10 小时放电容量200Ah，正常时以浮充电方式运行。设，充电器采用高频开关电源，高频开关采用N+1 的方式，作为充电和浮充电电源。布置于保护室。4.4.2 UPS 不停电电源系统 为保证光伏电站的可靠性，本期设置一套电源装置UPS，容量为7。4.4.3火灾报警系统 本工程设置一套火灾报警装置，、10、0.38。4.4.4太阳能发电环境监测系统 太阳能辐射、环境温度、风速等环境数据是决定太阳能发电的重要指标，也是进展光伏发电技术研究的根底数据。本工程在综合楼楼顶安装一套太阳能发电环境监测系统，主要监测的参数有：风速、风向、环境温度、太阳能电池温度、太阳总辐射、直接辐射等。整套监测系统主要由太阳能辐射仪表总辐射、直接辐射和散射辐射、风速风向传感器、温度传感器、记录仪、上位管理机软件等局部组成，其组成构造如图4-8所示：图4-8 光伏电站环境监测装置4.4.5 调度自动化与通信系统（1） 电能计量，在1号4号光伏电源组件部的并网点各设置一套，公共电网连接点设置。并网计量装置用于发电量补贴计量，关口计量装置用于上、下网电量的结算。电能表精度要求不低于0.5 S级。（2） 电能质量在线监测，公共电网连接点应装设电能质量在线监测装置一套，l0 kV 并网点监测的主要参数为电压、频率、谐波、功率因数等。380220 V并网时电能表具有可监测三相不平衡电流功能。（3） 远动信息，设置综合自动化监测系统一套，实时采集并网运行信息，包括并网点开关状态，并网点电压和电流、有功功率、无功功率、发电量，并上传至电网调度部门8。（4） 通信系统，采用专用光纤通道的通信方式，通过远动设备或综合自动化系统上传遥测、遥信量。. z.-4.4.6 接地 原建筑屋顶已布置防雷带，且周围存在较近的高层建筑，因此不单独设置防直击雷措施，光伏系统采用100 mm2 的镀锌扁钢与原接地装置相连，接地电阻不大于413。4.5本章小结 联邦工业厂房位于省市南海区，拥有非常丰富的屋顶空间资源，可用面积达1.8万平方米，工程可利用建筑屋顶面积约1.8万平方米，共安装了5000块250Wp 的多晶硅电池组件，总共安装1.25MWp光伏发电系统，工程采用高压10kV并网， 利用分散并网方案。. z.-第五章 经济性评估本工程属(二类)，无恶劣天气，21.9度，1490毫米左右，1600至1800小时。工程可利用建筑屋顶面积约1.8万平方米，共安装了5000块255Wp 的多晶硅电池组件，总共安装1.25MWp光伏发电系统，工程采用高压10kV并网，整个系统设计的年均发电约130万kWh。5.1发电量估算 根据、,可预测1.25MWp并网光伏发电系统的年总发电量。光伏并网发电系统发电量计算公式如下： 5-1式中： 系统直流总功率；电池太阳总辐射量；光伏系统发电效率；标准日照辐射强度，即1KW/m2。其中，光伏系统发电效率：表5-1 各系数代表含义光电电池运行性能修正系数灰尘引起光电板透明度的性能修正系数光电电池升温导致功率下降修正系数导电损耗修正系数逆变器效率光伏系统发电效率计算及发电量计算信息如表下所示：表5-2 各系数代表含义0.900.90.970.980.9770.75局部建筑存在倾角与平铺安装的情况，经计算，发电详细表如下：编号/容安装位置安装数量安装功率发电量计算建筑块KW辐射量效率发电量1厂房500012501383.540.751297068.75表5-3 发电量计算表因此，本工程预计年平均可发电约130万度。本工程光伏阵列为固定式安装,在工程场址采用固定倾角安装的方式，安装角度为21度，利用光伏发电系统设计软件SolarInfo design对该电站的发电量进展模拟计算， 经计算可知，第一年发电量为141万kWh，考虑组件衰减，剩下19年按照每年0.8%递减计算，20年总发电量为2633万kWh，平均年发电量130万kWh。该工程20年发电量图5-1所示：图5-1 20年发电量 由于本设计基于美国航天航空气象局提供的气象数据，数据相比照拟粗略。如果进展深入设计，条件允许情况下，需继续收集当地迄今为止的多年太阳能资源相关数据，分析太阳能资源的辐射率，调整设计方案，实现资源利用最大化，并重新核算发电量。5.2工程造价估算 按照1.25 MW 企业分布式屋顶光伏电站典型设计，该工程采用技术成熟、性能稳定的国产多晶硅太阳能光伏电池组件，光伏电站采用380 V电压等级接人企业用户部电网，发电量以自发自用，余量上网为主。经测算，该工程单位静态投资为951.74万元。太阳能光伏发电系统综合造价表5-4所示：表5-4 太阳能光伏发电系统综合造价表分项工程名称单位工程量单价(元)合价(万元)光伏发电子系统1.25MWW12500007.61951.74合 计12500007.61951.74经估算，工程静态投资为951.74万元，在目前国大型太阳能光伏电站中属于适中水平，投资水平较为理想。5.3 财务分析按光伏发电上网方式，进展经济分析：所发电量优先供给厂房用电，多余电量输送到电网，工程全部自投。投资方案与资金筹措、投资收益表和20年的售电收入如表5-5、表5-6、图5-2所示： 表5-5