屋頂光伏電站(EPC)方案設計

屋頂光伏電站（EPC）方案設計要點

一屋頂光伏電站直流側設計要點二屋頂光伏電站交流側設計要點三報價分析四向業(yè)主索取資料一、屋頂光伏電站直流側設計要點1、預備知識工程總承包（又稱EPC模式）EPC是三個英文單詞的第一個大寫字母，其含義如下：Engineer—--設計（包括前期咨詢、可研等）Procure—--采購（包括分包）Construct—--施工（包括試運行服務，又稱交鑰匙Turnkey）EPC模式的特點（1）業(yè)主不具體組織實施，完全由總承包商完成。（2）業(yè)主把風險轉移給總承包商。（3）通常業(yè)主與總承包商都是簽訂總價合同。注意：任何一個合同，可以不公平，但必須清楚。EPC模式不適應的項目為規(guī)避EPC風險，總承包商應慎重考慮以下幾點：（1）投標人沒有時間或資料，仔細研究業(yè)主的要求，無法評估風險，甚至連編制投標文件的時間都沒有。（2）投標人對建設地的情況，如：水、電，地質、人工、地材價格等不掌握。（對光伏項目，電網接入更應認真對待）（3）業(yè)主對承包商的工作嚴格監(jiān)督，甚至審核大部分施工圖紙。（4）工程進度款支付條件過于苛刻。屋頂光伏電站特點大都是在已建成的建筑物上實施，受荷載、屋面結構制約。大都是在用戶側并網，受并網點位置、用戶已有變壓器容量及用電負荷制約。屋頂很少上人，出現故障不易發(fā)現，設備、材料、施工質量應重點考慮。設計、設備、材料及施工還要滿足消防要求。并網不上網，自發(fā)自用，所發(fā)電量全部消化在用戶側。如圖所示，屋頂光伏電站所發(fā)電量全部消化在用戶內部用電負荷上，否則應采取防逆流裝置。2、屋頂光伏電站組件安裝功率估算平屋頂（混凝土屋面）光伏組件安裝功率測算以濟南地區(qū)為例，在最佳傾角范圍(28°∽34°)，每KW組件大概占用屋頂面積15平方米。(1KW/15㎡或50∽70W/㎡）避免遮擋屋頂凸起物高度的2.5倍范圍內不允許布置光伏組件。例題1：今有一座廠房，混凝土平面屋頂，東西長150米，南北寬80米，東、北、南女兒墻高度0.8米，西邊為5米高錯層，屋頂中部有4X4米見方，高3.5米電梯井一個，請估算光伏組件安裝功率。估算：1）廠房屋頂總面積=150米X80米=12000平方米；2）刨去西邊錯層高5米陰影遮擋面積=5X2.5X南北寬80米=1000平方米；3）刨去東女兒墻高0.8米陰影遮擋面積=0.8X2.5X南北寬80米=160平方米4）刨去南女兒墻高0.8米陰影遮擋面積=0.8X2.5X東西長150米=300平方米5）刨去中部電梯井高3.5米陰影遮擋面積=3.5X2.5X4米X3倍=105平方米；（3倍是東、北、西三面遮擋）6）合計實用總面積=12000-(1000+160+300+105)=12000-1565=10435平方米；7）估算光伏組件安裝總功率=10435㎡÷15㎡=696KW答：該廠房可以安裝光伏組件總功率約696KW注：在濟南地區(qū)北部和南部，每KW占地面積可根據具體情況適當加大或縮小，如：赤峰地區(qū)可按18㎡/KW，南陽地區(qū)可按13㎡/KW8）首年發(fā)電量估算首年年發(fā)電量=光伏組件安裝總功率X峰值日照時數X系統(tǒng)效率X365天=696KWX4.26hX0.8X365天=865768KWh=86.58萬度特別提醒：各地區(qū)峰值日照時數一定要記住！習題：鄭州市有一座大樓如下圖，中間為凸起部分，屋頂及女兒墻標高如圖所示，請估算該樓房屋頂能安裝多少千瓦光伏組件，并估算出首年發(fā)電量。復習：我國太陽能資源分為五類地區(qū)：一類地區(qū)：年輻照總量為1889∽2333KWh/㎡,相當于峰值日照時數5.1∽6.4h，西藏、新疆、青海、寧夏等地。二類地區(qū)：年輻照總量為1625∽1889KWh/㎡,相當于峰值日照時數4.5∽5.1h，甘肅、山西、內蒙等地。三類地區(qū)：年輻照總量為1389KWh/㎡∽1625KWh/㎡，相當于峰值日照時數3.8∽4.5h，山東、河南等地。四類地區(qū)：年輻照總量為1167KWh/㎡∽1389KWh/㎡，相當于峰值日照時數3.2∽3.8h，湖南、湖北、廣東、廣西等地。五類地區(qū)：年輻照總量為930KWh/㎡∽1167KWh/㎡，相當于峰值日照時數2.5∽3.2h，四川、貴州等地。斜屋頂（彩鋼瓦屋面）光伏組件安裝功率測算一般斜屋面都是沿屋面平鋪，必要時要考慮檢修通道。斜度在最佳傾角下，每減少前三個5°，峰值日照時數減小約0.03∽0.07；后面每減少5°，峰值日照時數減小約0.1；平鋪100∽120W/㎡朝向不同，逆變器應選多通道MPPT或多臺逆變器組合方式。如：濟南地區(qū)傾角28°，峰值日時為4.26；傾角23°，為4.23；傾角18°為4.18；傾角13°為4.11；傾角8°為4.02；傾角3°，為3.91；傾角0°，為3.84；注意：傾角為負值時(北），仍可以發(fā)電。如：傾角-5°，為3.69；傾角-10°，為3.54；傾角-15°，為3.36；傾角-20°，為3.17；由上可知，-20°的峰值日照時數僅比最佳傾角28°∽34°少發(fā)電約1.1。3、屋頂支架結構形式平屋頂（混凝土屋面），在已有屋面上實施，混凝土支架及底座增加荷載90Kg/㎡,見下圖示。平屋頂（混凝土屋面），直接在屋面生根，見下圖示。此方式一般在建設初期或設計階段就要考慮，安裝的支架及組件增加屋面荷載30Kg/㎡。彩鋼瓦屋面，一般有三種形式：1.直立鎖邊彩鋼瓦2.角馳型彩鋼瓦3.普通波紋彩鋼瓦1）直立鎖邊彩鋼瓦金屬屋面結構方案，如下圖：下面三種形式無論何種方案，支架與組件將增加屋頂荷載15Kg/㎡2）角馳820型彩鋼瓦金屬屋面結構方案，如下圖：3）普通波紋板彩鋼瓦金屬屋面結構方案，如下圖：缺點：彩鋼瓦鉆孔，無論何種密封膠，長時間孔銹蝕后仍然漏水注意：1）屋頂電站設計前必須重新核算屋頂載荷，征得原設計單位書面同意意見方可設計。2）混凝土屋面絕不可破壞防水層，支架基礎若需要與屋面扎根，必須處理好被破壞的防水層，建議采用配重式預制基礎。3）彩鋼瓦屋面原則上不許在屋面上開孔，必須采用開孔方式，必須做好孔洞的長久防水措施。二、屋頂光伏電站交流側設計要點1、變壓器容量對光伏組件總功率的制約根據國家電網Q/GDW617-2011文件要求，用戶側（380V）并網，光伏組件并網總功率不得超過該并網變壓器供電最大負荷的25%。例題2：已知例題1光伏組件安裝總功率為696KW，并網變壓器容量為1000KVA，該變壓器供電區(qū)域最大用電負荷約800KW，組件安裝總功率是否滿足電網文件要求？答：按照國家電網文件要求，該變壓器最大用電負荷約800KW的25%=800KWX0.25=200KW，696KW已遠遠超出要求。例題3：如果例題1該廠房有4臺1000KVA變壓器并列運行，每臺變壓器最大供電負荷均為800KW，光伏組件安裝總功率696KW是否滿足國家電網文件要求？答：4臺變壓器總供電最大負荷=4X800KW=3200KWX25%=800KW＞696KW，滿足要求。例題4：如果是下圖情況，是否可以并網；2、并網點應注意的事項1）屋頂電站建在廠房屋面上一般這種情況廠房內或附近有中小型變電站，站內有低壓配電室，其內部的配電盤接線基本與下圖相似：屋頂光伏電站一般情況都是接入備用開關。逆變器對配電室或房間尺寸要求，如下圖：逆變器尺寸參考上頁，圖中所標注為最小尺寸，如單獨配置交直柜，長度應放大1.6米。圖中0.8∽2.4是50KW∽500KW逆變器占用長度。2）屋頂電站建在住宅樓及學校教室或宿舍屋面上這種情況都是區(qū)域內有單獨小型變電所，并網點應就近接在樓宇的進線總開關上，如右圖：3）電池組件安裝總功率與匯流箱的配置關系195W單晶硅電池組件工作電壓一般為36∽37伏左右，50KW及以上逆變器MPPT范圍一般在450∽820伏，交流輸出為400伏，此時的電池組件串聯(lián)數量都在16塊，進入匯流箱的并聯(lián)數見下表：逆變器功率16并--單臺功率/數量12并/單臺功率/數量8并/單臺功率/數量50KW1臺1.5臺（不推薦）2臺100KW2臺3臺（不推薦）4臺250KW5臺7臺（不推薦）10臺500KW10臺13.5臺（不推薦）20臺240W多晶硅電池組件工作電壓一般為30伏左右，50KW及以上逆變器MPPT范圍一般在450∽820伏，交流輸出為400伏，此時的電池組件串聯(lián)數量都在20塊，進入匯流箱的并聯(lián)數見下表：逆變器功率16并--單臺功率/數量10并/單臺功率/數量8并/單臺功率/數量50KW1臺1.5臺（不推薦）100KW1臺+8并2臺3臺（不推薦）250KW3臺+8并5臺6.5臺（不推薦）500KW6臺+10并10臺+8并13臺三、報價分析由于屋頂電站的不規(guī)則、不確定性因素較多，下面按1MW常規(guī)條件下（參照山東建筑大學）的屋頂電站造價進行分析：1、組件：4.5∽5.5元/W，450∽550萬；2、混凝土平屋頂支架：0.5∽0.6元/W，50∽60萬；3、彩鋼瓦屋頂支架及連接件：0.7∽0.8元/W，70∽80萬；4、逆變器：1∽1.2元/W，100∽120萬元；5、匯流箱：0.1∽0.15元/W，10∽15萬；6、4mm2光伏電纜：0.1∽0.12元/W，10∽12萬；7、2X16∽2X35mm2匯流直流電纜：0.13∽0.15/W，13∽15萬；8、三相四線交流電纜：0.2∽0.23/W，20∽23萬；9、并網設備(交、直流柜等)：0.3∽0.35元/W，30∽35萬；10、混凝土屋面施工(含電氣施工、水泥墩及電纜槽盒)：1.1∽1.2元/W，110∽120萬；11、彩鋼瓦屋面施工(含電氣施工及電纜槽盒)：0.75∽0.85元/W，75∽85萬元1MW屋頂電站投資以上合計：混凝土屋面：793∽950萬元，不考慮組件每瓦約在3.4∽4元彩鋼瓦屋面：778∽935萬元，不考慮組件每瓦約在3.3∽3.9元結論：屋頂電站單位造價約8元/W∽9.5元/W四、向業(yè)主索取資料1、土建及結構專業(yè)1）混泥土屋頂載荷（上人200Kg/㎡、非上人70Kg/㎡）；防水層結構；凸起物高度及周邊尺寸；女兒墻高