某企業(yè)總部大樓太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的設(shè)計

1、某企業(yè)總部大樓太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的設(shè)計摘要：介紹某企業(yè)總部大樓安裝容量為50kw的太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)，包括項目概況、系統(tǒng)方案、系統(tǒng)設(shè)備等，并對該項目做了效益分析。關(guān)鍵詞：太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng) 太陽能電池組件 逆變器1 項目概況1.1 項目簡介某企業(yè)總部大樓位于廣東省廣州市，為建設(shè)成為綠色三星示范性節(jié)能工程，決定在屋頂設(shè)置太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)。該樓地上13層，地下1層，高64.05米，屋面可以利用面積約630平方米。根據(jù)民用建筑綠色設(shè)計規(guī)范（jgj/t-2010）等規(guī)范要求，經(jīng)過負荷計算，光伏發(fā)電系統(tǒng)安裝容量約為50kw。1.2 氣象資料廣州市位于北緯23.13，處于溫帶與熱帶過渡區(qū)，橫跨北回歸線，

2、年平均溫度22，最熱月（七月）平均氣溫28.5，最冷月（一月）平均氣溫13.3，極端最低溫度0，最高溫度39.1。年日照約為1896小時，年平均太陽輻射量為4860mj/m2，屬我國第四類太陽能資源區(qū)域，適合建設(shè)太陽能光伏發(fā)電項目。2 技術(shù)方案本項目要求太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)低壓側(cè)并網(wǎng)發(fā)電，且建設(shè)于用電負荷中心，基本的設(shè)計原則是：就地發(fā)電，就地使用，低壓側(cè)并網(wǎng)，并網(wǎng)而不上網(wǎng)。所以本工程太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)選擇為不含蓄電池環(huán)節(jié)的不可調(diào)度式并網(wǎng)太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)。另外為了光伏發(fā)電系統(tǒng)的使用、維護方便及運行安全可靠，本項目設(shè)計了太陽能光伏發(fā)電監(jiān)控系統(tǒng)。光伏發(fā)電系統(tǒng)按照安裝容量的要求，設(shè)計最適宜的太陽能電池

3、陣列，陣列通過支架安裝在屋面；電池組件組串后，通過低煙無鹵阻燃電力電纜引至匯流箱匯流；匯流箱匯流輸出后，以直流電能的方式引至位于地下1層的變電所的并網(wǎng)逆變器；通過設(shè)置于變電所內(nèi)的低壓交流防雷開關(guān)柜，接入到變電所內(nèi)低壓柜中預(yù)留的光伏發(fā)電系統(tǒng)備用回路中。監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)控光伏發(fā)電系統(tǒng)的參數(shù)為：匯流箱每路組串的電流及電壓，逆變器參數(shù)信息及工作狀態(tài)信息，環(huán)境監(jiān)測儀監(jiān)測信息和電能計量裝置信息。數(shù)據(jù)采集和規(guī)約轉(zhuǎn)換采用一臺數(shù)據(jù)采集與通信管理設(shè)備。監(jiān)控平臺實時監(jiān)控光伏發(fā)電系統(tǒng)各項參數(shù)，并于建筑物變電所內(nèi)配置液晶顯示終端。在整套系統(tǒng)中，按照規(guī)范和應(yīng)用要求，電池組件設(shè)計配置旁路二極管，各級系統(tǒng)配置相應(yīng)的斷路器，逆變器后

4、配置熔斷器和接入線路保護短路裝置，系統(tǒng)配置防雷裝置，柜體配置帶電顯示裝置和接地刀閘，整個系統(tǒng)設(shè)計防雷、接地系統(tǒng)，包括工作接地、防雷接地和保護接地，確保接地電阻不大于1。本項目太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)示意圖如下：圖1. 太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)示意圖3 太陽能電池組件選擇及方陳布置3.1 太陽能電池組件選擇太陽能電池組件的選擇應(yīng)在技術(shù)成熟度高、運行可靠的前提下，結(jié)合電站周圍的自然環(huán)境、施工條件、交通運輸?shù)臓顩r，選用行業(yè)內(nèi)的主導(dǎo)太陽能電池組件類型。根據(jù)電站所在地的太陽能狀況和所選用的太陽能電池組件類型，計算光伏電站的年發(fā)電量，選擇綜合指標最佳的太陽能電池組件。目前太陽能電池主要有以下幾種類型：單晶硅太陽能電池

5、、多晶硅太陽能電池、非晶硅太陽能電池、碲化鎘電池、銅銦硒電池等。結(jié)合本工程的特點，從工程投資、占地及土地利用效率等多方面綜合考慮，本工程選用多晶硅太陽能電池，該電池主要技術(shù)參數(shù)：峰值功率240w；開路電壓37.5v；短路電流8.65a；最大輸出電壓29.5v；最大輸出電流8.14a；轉(zhuǎn)換效率14.7%；長寬厚=1650mm990mm50mm；重19.8kg；防護等級ip65。3.2 太陽能電池方陳布置本工程需要多晶硅太陽能電池的片數(shù)為:n=208.3（為系統(tǒng)設(shè)計方便及考慮余量取210片）。共設(shè)計10串太陽能電池組件，每串21片，其功率為210.24kw=5.04kw。所以本工程太陽能電池組件方

6、陳布置方案為： 0.24kw21片/串10串。太陽能方陣必須考慮前、后排的陰影遮擋問題，并通過計算確定方陣間的距離或太陽能電池方陣與建筑物的距離。一般的確定原則是：冬至日當(dāng)天早晨9:00至下午3:00的時間段內(nèi)，太陽能電池方陣不應(yīng)被遮擋。同時考慮到太陽能光伏組件布置與建筑物方向的結(jié)合，通過計算本項目太陽能方陣安裝方位角與0方位角（正南方向）相差偏東29度。按照不同傾角年均逐月太陽輻射量的變化分析，綜合考慮到屋頂建設(shè)安裝可用面積情況及支架系統(tǒng)設(shè)計，本項目太陽能光伏發(fā)電光伏組件安裝傾角選定為10。陣列豎向投影長度為1650mmcos10 =1625mm，陣列凈間距400mm，組件間預(yù)留20mm的施

7、工安裝間隙。這樣布置下來，本項目太陽能方陣使用面積約490平方米。4 支架形式選擇太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)電池組件固定于滿足需求的具有一定傾斜角度的陣列支架之上，常用的陣列支架有單軸跟蹤支架、雙軸跟蹤支架和固定支架。單軸跟蹤支架和雙軸跟蹤支架可以提高太陽能電池發(fā)電效率，但是大大提高了系統(tǒng)的成本；固定支架雖然效率較低，但建設(shè)成本也較低。經(jīng)過技術(shù)經(jīng)濟比較，本項目使用固定支架系統(tǒng)安裝太陽能電池組件，安裝方位角和傾角如前文所述。5 逆變器的選擇逆變器是將匯流直流電能轉(zhuǎn)變?yōu)榻涣麟姷闹饕O(shè)備，是太陽能發(fā)電系統(tǒng)中的核心設(shè)備。太陽能逆變器應(yīng)按照太陽能裝機規(guī)模、當(dāng)?shù)靥柲苜Y源情況、太陽能方陣出力及當(dāng)?shù)貧庀髿夂蚝０蔚茸?/p>

8、然因素綜合考慮，同時考慮逆變器自身的技術(shù)指標選擇。5.1 逆變器的技術(shù)指標(1) 可靠性和可恢復(fù)性：逆變器應(yīng)具有一定的抗干擾能力、環(huán)境適應(yīng)能力、順勢過載能力及各種保護功能，如：故障情況下，逆變器必須自動從主網(wǎng)解列。(2) 逆變器輸出效率：大功率逆變器在滿載時，效率必須在90或95以上。中小功率的逆變器在滿載時，效率必須在85或90以上。在50w/m2的日照強度下，即可向電網(wǎng)供電，即使在逆變器額定功率10的情況下，也要保證90（大功率逆變器）以上的轉(zhuǎn)換效率。(3) 逆變器輸出波形：為使光伏陣列所產(chǎn)生的直流電源逆變后向電網(wǎng)并網(wǎng)供電，就必須對逆變器的輸出電壓、頻率、波形、幅值、相位、畸變、諧波、平衡

9、度、功率因數(shù)等參數(shù)與公共電網(wǎng)保持一致，實現(xiàn)無擾動平滑電網(wǎng)供電。輸出電流波形良好，波形畸變以及頻率波動低于門檻值。(4) 逆變器輸入直流電壓的范圍：要求直流輸入電壓有較寬的適應(yīng)范圍，由于太陽能光伏電池的端電壓隨負載和日照強度的變化范圍比較大。就要求逆變器在較大的直流輸入電壓范圍內(nèi)正常工作，并保證交流輸出電壓穩(wěn)定。(5) 逆變器輸出電力電子接口：逆變器輸出電力電子接口包括帶隔離變壓器和不帶隔離變壓器兩種。不帶隔離變壓器輸出的逆變器出口電壓一般為ac-0.27kv，逆變效率較高；帶隔離變壓器的逆變器出口電壓一般為ac-0.40kv，逆變效率相對較低。(6) 低壓側(cè)并網(wǎng)逆變器輸出特性：對于低壓側(cè)并網(wǎng)的

10、逆變器由于存在交流母排回流的特點，一般要求逆變器具有孤島速短保護和低電壓穿越功能。逆變器主要技術(shù)指標還有：額定容量；輸出功率因數(shù)；額定輸入電壓、電流；電壓調(diào)整率；負載調(diào)整率；諧波因數(shù)；總諧波畸變率；畸變因數(shù)；峰值子數(shù)等。5.2 逆變器的選型對于逆變器的選用，建議選用具有一定業(yè)績和使用周期，性價比和安全穩(wěn)定可靠性較好的逆變器。在投資相同的條件下，應(yīng)盡量選用容量大的逆變設(shè)備，可在一定程度上降低投資，并提高系統(tǒng)可靠性；但若是逆變器容量過大，則在一臺逆變器發(fā)生故障時，發(fā)電系統(tǒng)損失發(fā)電量過大。因此，本項目采用單臺50kw帶隔離變壓器的三相并網(wǎng)逆變器，安裝在該樓負一層變電所內(nèi)。6 項目效益分析本工程總裝機

11、容量為50.4kw，運行期年平均發(fā)電量為5.4萬kwh，運行期25年。與傳統(tǒng)的火力發(fā)電相比，每年可節(jié)省標準煤19.3 t，可減少排放二氧化碳50.6 t、二氧化硫 0.4 t、氮氧化物0.1t、粉塵0.3t； 25年發(fā)電周期內(nèi)，共可發(fā)電134萬kwh，可節(jié)省燃煤454.5t，可減少排放二氧化碳1190.8 t、二氧化硫10.0 t、氮氧化物3.4t、粉塵6.8 t。光伏電站的建設(shè)替代燃煤電廠的建設(shè)，可達到充分利用可再生能源、節(jié)約不可再生化石資源的目的，將大大減少對環(huán)境的污染，同時還可節(jié)約大量淡水資源，對改善大氣環(huán)境有積極的作用。光伏電站的建設(shè)對于當(dāng)?shù)氐沫h(huán)境保護、減少大氣污染具有積極的作用，并有明顯的節(jié)能、環(huán)境和社會效益。7 結(jié)語隨著能源的日益緊缺，太陽能作為可再生能源之一，其開發(fā)利用逐步引起了我國各級政府的重視。國民經(jīng)濟和社會發(fā)展第十二個五年規(guī)劃綱要及可再生能源中長期發(fā)展規(guī)劃中都明確指出要推進能源多元清潔發(fā)展，積極發(fā)展太陽能、生物能、地?zé)崮艿绕渌履茉?。隨著國家鼓勵開發(fā)利用太陽能資源，必將推動我國光伏產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。參考文獻1， 住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部工程質(zhì)量安全監(jiān)管司，中國建筑標準設(shè)計研究院 2009全國民用建筑工程設(shè)計技術(shù)措施 電氣. 北京：中國計劃出