362.1KW分布式光伏电站设计方案.doc

362.1KW分布式光伏电站设计方案362.1KW分布式光伏电站设计方案目 录1、项目概况- 3 -2、设计原则- 4 -3、系统设计- 5 -（一） 光伏发电系统简介- 5 -（二）项目所处地理位置- 6 -（三） 项目地气象数据- 6 -（四）光伏系统设计74.1、光伏组件选型74.2、光伏并网逆变器选型74.3、站址的选择84.4、光伏最佳方阵倾斜角与方位104.5、光伏方阵前后最佳间距设计124.6、光伏方阵串并联设计124.7、电气系统设计144.8、防雷接地设计154、财务分析185、节能减排206、结论211、项目概况光伏发电特指采用光伏组件，将太阳能直接转换为电能的发电系统。它是一种新型的、具有广阔发展前景的发电和能源综合利用方式，它倡导就近发电，就近并网，就近转换的原则，不仅能够有效提高同等规模光伏电站的发电量，同时还有效解决了电力在升压及长途运输中的损耗问题。分布式光伏发电具有以下特点：一、是输出功率相对较小。一般而言，一个分布式光伏发电项目的容量在数千瓦以内。与集中式电站不同，光伏电站的大小对发电效率的影响很小，因此对其经济性的影响也很小，小型光伏系统的投资收益率并不会比大型的低。二、是污染小，环保效益突出。分布式光伏发电项目在发电过程中，没有噪声，也不会对空气和水产生污染。三、是能够在一定程度上缓解局地的用电紧张状况。但是，分布式光伏发电的能量密度相对较低，每平方米分布式光伏发电系统的功率仅约100瓦，再加上适合安装光伏组件的建筑屋顶面积有限，不能从根本上解决用电紧张问题。四、是可以发电用电并存。大型地面电站发电是升压接入输电网，仅作为发电电站而运行；而分布式光伏发电是接入配电网，发电用电并存，且要求尽可能地就地消纳。2、设计原则（1） 合理性由于分布式光伏发电系统也是属于光伏电站的一种，所以其设计、施工均需满足国标GB50797-2012光伏发电站设计规范的要求，将根据其对项目站址选址、太阳能发电系统、电气部分、接入系统进行合理性设计。（2） 安全性设计的光伏系统需安全可靠，防止意外情况造成的人身意外伤害与公共财产的损失。光伏系统的安装施工纳入建筑设备安装施工组织设计，并制定相应的安装施工方案和特许安全措施；（3） 美观性对光伏方阵与地面上的土建房屋等进行统一设计，美观大方，实现整体协调。（4） 高效性优化设计方案，尽可能的提高光伏系统的整体发电效率，减少不必要是能耗损失。达到充分利用太阳能、提供最大发电量的目的。（5） 经济性 作为光伏项目，在满足光伏系统外观效果和各项性能指标的前提下，最大限度的优化设计方案，合理选用各种材料，把不必要的浪费消除在设计阶段，降低工程造价，为业主节约投资。 3、系统设计（1） 光伏发电系统简介分布式光伏发电系统根据系统容量大小划分可分为大型系统与小型系统之分，其中小型系统主要是指容量在KW级别的发电系统，其主要是由太阳能光伏方阵、逆变部分、接地防雷部分、计量装置、保护设备等主要部分组成。其系统工作原理如下：光伏发电系统在白天太阳照射的情况下，将光伏组件产生的直流电先经由光伏专用线缆送入光伏并网逆变器，将不稳定的直流电转换为稳定的交流电，再经由配电保护设备送入用户侧低压配电网。本项目分二期进行，采用255Wp光伏组件组成，一期屋顶电站及车棚建设于大XX区*村村委会屋顶及村委会内两侧空地，共计164块光伏组件，建设规模41.82KW；二期农光互补电站建设于*村村委会南侧坡地，共计1256块光伏组件，建设规模320.28KW。合计1420块光伏组件，建设规模362.1KW。项目具体情况如下：（1）一期：*村村委会屋顶及车棚电站*村村委会屋顶及车棚光伏电站装机容量41.82KW，共计164块光伏组件构成，系统采用2台20KW逆变器。其中一台20KW逆变器每20块光伏组件串联后分4路并联；另一台20KW逆变器每21块光伏组件串联后分4路并联。村委会西北侧500米有一台100KVA变压器，满足电力接入要求。（2）二期：*村村委会南侧坡地农光互补电站*村村委会南侧坡地预计装机容量320.28KW，共计1256块光伏组件构成，系统采用6台50KW逆变器、1台18KW逆变器。其中5台50KW逆变器分别20串10并，1台18KW逆变器分别18串2并、20串1并，所有逆变器出线通过汇流箱汇流后，最终接入变压器低压侧。建议在村委会附近加装一台315KVA升压变压器，以满足光伏电力接入需求，具体以电网接入意见为准。（二）项目所处地理位置xx开发区XX村位于北纬3094，东经11261，海拔高度为148米。当地年平均有效日照时长为1100小时左右，在全国范围内，属于太阳能资源级地区,即资源丰富地区,约为一类地区的62.86%.项目用地一期为XX村委会屋顶约70平方米，村委会两侧空地约400平方米，共计约470平方米；二期为XX村村委会南侧坡地约3000平方米。图：项目所在地卫星区位图 22 / 23（3） 项目地气象数据（美国NASA气象局提供）（四）光伏系统设计4.1、光伏组件选型本项目选用九州方园新能源股份有限公司生产的JCS255P多晶硅太阳电池组件产品，额定功率255Wp。其主要性能参数如下表所示：表1.选用的光伏组件产品参数电池类型多晶硅太阳电池组件组件最大功率（Wp）255组件工作电压（V）30.8组件工作电流（A）8.28组件开路电压（V）38组件短路电流（A）8.92最大功率温度系数Tk（Pm）0.45%/K开路电压温度系数Tk（Voc）0.35%/K短路电流温度系数Tk（Isc）0.060%/K组件尺寸大小（mm）164099235组件效率（含边框）15.7%重量（Kg）184.2、光伏并网逆变器选型根据本项目选址为居民分布式，电网入户电压为AC380V，故选用三相光伏逆变器。其主要性能参数如下表所示：逆变器技术参数型号18000UESG50KTL最大直流输入功率19.8KW56.2KW最大直流输入电压1000V DC1000V DC输入电压范围MPPT300V-1000V300-950VMPPT路数2路/3并4路/3并单路输入电流20A26A额定交流输出功率18KW50KW额定输出电压400V400V电网频率50HZ50HZ交流连接类型三相三相MTTP效率99.5%98.9%欧洲加权效率97.5%98.5%4.3、站址的选择对于分布式光伏发电系统而言，其站址一般选在屋顶或空旷地面之上，故在此暂不考虑大范围上的自然条件（太阳辐射量、地理位置、交通条件、水源）和接入电网条件（接入点的距离、接入点的间隔等）。环境影响更能直接影响到分布式光伏发电系统的选址，其关键要素如下：A. 有无遮光的障碍物（包括远期与近期的遮挡）B. 盐害、公害的有无C. 冬季的积雪、结冰、雷击等灾害本项目安装于村委会屋顶、新建车棚及村委会南侧坡地，周围无高大树木遮挡。因此，周边环境对该项目无不良影响。同时，因*村南侧坡地地势较低，经观察，该地雨后积水较多。为确保电站安全运行，建议村委会将南侧坡地地基加高、夯实，并解决水土流失防护工作。（附图：车棚光伏电站图）（附图：农光互补光伏电站图）结论：本项目安装于村委会屋顶、新建车棚以及村委会南侧坡地，冬至日（每年的12月22日或12月23日）9:00-15:00无阴影遮挡。4.4、光伏最佳方阵倾斜角与方位（1）村委会屋顶及车棚电站为了保证本项目收益最大化，并且也为了组件安装简便与效果美观，通过专业光伏模拟软件分析得出，此地的最佳太阳能倾斜角度为 25 度，及朝正南向倾斜25度安装。这样可保证系统发电量在全年周期中的最大化。另考虑到光伏支架强度、系统成本、有效面积利用率等因素。在保证系统发电量降低不明显的情况下尽可能降低光伏方阵倾斜角度，以减少受风面做到增加支架强度，减少支架成本、提高有限场地面积的利用率。经专业软件分析，本项目建议村委会屋顶保持原有角度25；新建车棚倾斜角为6度左右（正南面倾斜角度）。（2）村委会南侧坡地农光互补电站为了保证本项目收益最大化，并且也为了组件安装简便与效果美观，通过专业光伏模拟软件分析得出，此地的最佳太阳能倾斜角度为 25 度，及朝正南向倾斜25度安装。这样可保证系统发电量在全年周期中的最大化。另考虑到光伏支架强度、系统成本、有效面积利用率等因素。在保证系统发电量降低不明显的情况下尽可能降低光伏方阵倾斜角度，以减少受风面做到增加支架强度，减少支架成本、提高有限场地面积的利用率。经专业软件分析，村委会南侧坡地农光互补电站建议倾斜角度16（正南面倾斜角度）；4.5、光伏方阵前后最佳间距设计为了追求太阳能发电系统全年的最佳发电量并尽可能的提高有效利用率，在此要求在冬至日（每年的12月22日或12月23日）当天9:00至15:00，光伏方阵列不会互相遮挡，此时的前后间距即为最佳间距。一期项目屋顶及车棚电站建于村委会屋顶及新建车棚，采取平铺方式，故不需考虑光伏阵列间阴影遮挡。二期项目农光互补电站建于村委会南侧坡地，经专业PV软件模拟可知，光伏方阵倾斜角度16度，组件阵列（两排一组）与阵列间最低点间距保持在4.5M，冬至日当天9:00至15:00，光伏方阵列基本不会互相遮挡。4.6、光伏方阵串并联设计分布式光伏发电系统中太阳能电池组件电路相互串联组成串联支路。串联接线用于提升集电系统直流电压至逆变器电压输入范围，应保证太阳能电池组件在各种太阳辐射照度和各种环境温度工况下都不超出逆变器电压输入范围。18、20KW逆变器考虑到适用于晶体硅电池的18、20KW逆变器最大直流电压（最大阵列开路电压）为1000V，选用的18、20KW逆变器最大功率电压跟踪范围为300-1000V。对于本项目单个业主所选用的255W多晶硅太阳电池组件，每个太阳电池组件额定工作电压为30.8V，开路电压为38V。18、20KW逆变器串联支路太阳电池数量最大为26个。在环境温度为252、太阳辐射照度为1000W/m2的额定工况下，26个太阳电池组件串联的串联支路额定工作电压为800.8V，开路电压988V，均在逆变器允许输入范围内，可确保正常工作。在工况变化时考虑在平均极端环境温度为-10时，太阳能电池组件串联的最大功率点工作电压为2630.8（0.35%35+1）=898.9V，满足1000V最高满载MPPT点的输入电压要求；在极端最高环境温度为42时，太阳能电池组件的工作电压为2630.8（-0.35%17+1）=753.2V，满足300V最低MPPT点的输入电压要求。考虑系统电压线损为2%，可以看出上述方案完全满足使用要求。经上述校核，确定18、20KW逆变器串联支路太阳电池数量最大为26。50KW逆变器考虑到适用于晶体硅电池的50KW逆变器最大直流电压（最大阵列开路电压）为1000V，选用的50KW逆变器最大功率电压跟踪范围为300-950V。对于本项目单个业主所选用的255W多晶硅太阳电池组件，每个太阳电池组件额定工作电压为30.8V，开路电压为38V。50KW逆变器串联支路太阳电池数量最大为26个。在环境温度为252、太阳辐射照度为1000W/m2的额定工况下，26个太阳电池组件串联的串联支路额定工作电压为800.8V，开路电压988V，均在逆变器允许输入范围内，可确保正常工作。在工况变化时考虑在平均极端环境温度为-10时，太阳能电池组件串联的最大功率点工作电压为2630.8（0.35%35+1）=898.9V，满足950V最高满载MPPT点的输入电压要求；在极端最高环境温度为42时，太阳能电池组件的工作电压为2630.8（-0.35%17+1）=753.2V，满足300V最低MPPT点的输入电压要求。考虑系统电压线损为2%，可以看出上述方案完全满足使用要求。经上述校核，确定50KW逆变器串联支路太阳电池数量最大为26。光伏太阳电池各串连支路的电路输出端，经并联组成并联回路。并联接线用于把各输出电压相等的串连支路功率汇集起来，以集中送至一个逆变器输入端。根据太阳电池自身的特性，太阳电池在不同温度条件下，工作电压相差较大，工作电流基本不变。因此并联回路接线时，考虑相同工作温度条件的太阳电池并联至一个回路。4.7、电气系统设计 根据光伏组件选型、光伏并网逆变器选型、光伏方阵串并联设计等，结合业主低压接入情况，对本案光伏发电进行电气系统设计，如下图所示：图：系统电气一次图（一期41.82KW）图：系统电气一次图（二期320.28KW）4.8、防雷接地设计太阳能光伏并网发电系统的基本组成为：太阳电池方阵、光伏汇流箱、箱变和逆变器等。太阳电池方阵的支架采用金属材料并占用较大空间且一般放置在开阔地，在雷暴发生时，尤其容易受到雷击而毁坏，并且太阳电池组件和逆变器比较昂贵，为避免因雷击和浪涌而造成经济损失，有效的防雷和电涌保护是必不可少的。太阳能光伏并网电站防雷的主要措施有： 外部防雷装置主要是避雷针、 避雷带和避雷网等， 通过这些装置可以减小雷电流流入建筑物内部产生的空间电磁场， 以保护建筑物和构筑物的安全。太阳能光伏发电设备和建筑的接地系统通过镀锌钢相互连接， 在焊接处也要进行防腐防锈处理， 这样既可以减小总接地电阻又可以通过相互网状交织连接的接地系统可形成一个等电位面， 显著减小雷电作用在各地线之间所产生的过电压。 水平接地极铺设在至少 0.5m 深的土壤中（距离冻土层深 0.5m ）， 使用十字夹相互连接成网格状。同样，在土壤中的连接头必须用耐腐蚀带包裹起来。 针对本案光伏发电系统，防雷设计包括外部防雷装置（接地引下线）和内部防雷装置（浪涌保护），如下图所示：防雷设计说明：外部防雷：将露天安装的光伏方阵构件（方阵支架、组件等金属外壳部件）利用接地水平接地极与屋顶原有防雷带有效连接。内部防雷：将光伏并网逆变器交流输出端，零线、火线与地线之间加装级浪涌保护器，浪涌保护器接地端利用接地水平接地极与接地网（原有或新建）有效连接。4.9光伏供电系统发电量统计光伏发电系统的总效率由光伏阵列的效率、光伏逆变器效率、线路效率等组成。光伏发电系统发电量计算公式如下：发电量式中：P方阵总功率； R倾斜方阵面上的太阳总辐射量； s光伏系统发电效率。 Ro-标准日照辐射强度，即1KW/m2。计算设定：光伏阵列为固定式安装,实际倾角年辐射量为1332kWh/m2/年，选用的组件为晶体硅光伏组件，总功率362.1KWp。s=K1*K2*K3*K4*K5*K6K1-光电电池运行性能修正系数K2-灰尘引起光电板透明度的性能修正系数K3-光电电池升温导致功率下降修正系数K4-导电损耗修正系数K5-逆变器效率K6-山区雾气消减修正系数系统效率计算：参数K1K2K3K4K5K6s=K1*K2*K3*K4*K5*K6数值0.960.940.950.980.9760.9577.9%初始年（投运第一年）发电量计算： Q=PRs/R0=362.1KWp1332kWh/m2/D77.9%/1KW/m2=37.57万KWH考虑到光伏组件功率的衰减，未来25年发电量预计：XX市XX村362.1KW分布式电站发电量统计年份系统容量KW系统效率较上一年衰减后年倾斜面峰值日照时数(h)年发电量(KWh)第1年362.10.7790.9751332366332 第2年362.10.7790.9681332363702 第3年362.10.7790.9611332361072 第4年362.10.7790.9541332358442 第5年362.10.7790.9471332355812 第6年362.10.7790.941332353182 第7年362.10.7790.9331332350552 第8年362.10.7790.9261332347921 第9年362.10.7790.9191332345291 第10年362.10.7790.9121332342661 第11年362.10.7790.9051332340031 第12年362.10.7790.8981332337401 第13年362.10.7790.8911332334771 第14年362.10.7790.8841332332141 第15年362.10.7790.8771332329511 第16年362.10.7790.871332326881 第17年362.10.7790.8631332324251 第18年362.10.7790.8561332321621 第19年362.10.7790.8491332318991 第20年362.10.7790.8421332316361 第21年362.10.7790.8351332313730 第22年362.10.7790.8281332311100 第23年362.10.7790.8211332308470 第24年362.10.7790.8141332305840 25年平均发电量计算：33.48万KWH20年平均发电量计算：34.13万KWH25年累计发电量：836.93万KWH20年累计发电量：682.69万KWH4、财务分析财务评价的主要依据有：（1）建设项目经济评价方法与参数（第三版）（国家发改委和建设部2006年7月颁发）、国务院关于固定资产投资项目试行资本金制度的通知，以及国家现行的有关政策；备注：1、XX省发电补贴0.25元/KWH（5年）； 2、上网模式：全额上网，按鄂能源新能【2016】7号湖北省光伏扶贫工程实施方案的通知中规定的国家光伏电站上网电价0.98元/KWH执行。（2）XX省相关政策；（3）国家现行贷款利率、有关财税制度及规定。本工程一期静态总投资37.64万元，二期静态总投资289.68万元，总计327.32万元。工程计算期20年，其中建设期3个月，运行期20年。资本金比例为100%本金，计算基准年为第一年，基准点为第一年年初。折旧年限为20年，残值率为5%。本次财务评价中其它参数，参照国家相关财务规定或行业规范取值。财务指标汇总表（100%本金，全额上网）序号项目单位原始数据序号项目单位原始数据1装机容量KWp362.112电站定员人/2实施周期月313人工工资福利万元/年/3运营期年20