技术报告-高速公路双面电池光伏幕墙发电项目总体方案设计追逐太阳

光伏幕墙发电总体方案设计报告批准：孙韵审核：张正校核：赵杰陈思编写：赵杰孙韵琳陈思铭张正学吴淼刘斌辉一、综合说 概 当代能源形 地理位 项目概 编制依 相关国家......................................................................................光伏组件标 电能质量标 光伏系统应用场景选 能资 工程任务和规 光伏系统支架结构设 光伏系统总体方案设 光伏系统发电量评估与能效分 电气设 节能降 工程设计概 财务评 二、光伏系统应用场景选 光伏系统应用场景选 光伏系统效果 三、能资 我国能资源分 区域能资源分 3.2.1省能资源分 3.2.2能资源分 典型年数据选 能资源评 3.4.1能资源丰富程度评 3.4.2能资源利用价值评 3.4.3能资源稳定度评 3.5气候条件影响分 四、工程任务和规 地区经济发展概 地区电力系统现 工程建设的必要 工程建设规 电站开发条 工程建设规 五、光伏系统支架结构设 设计依 主要材 光伏幕墙支架分 六、光伏系统总体方案设 光伏组件选 光伏组件选型原 光伏组件技术特 光伏组件选 光伏组件功率选 逆变器选 主要技术要 主要技术参 光伏方阵设 光伏组件的串、并联设 光伏阵列设 光伏系统总体方案设 辅助技术方 七、光伏系统发电量评估与能效分 双面光伏组件发电量分 双面光伏组件发电性能仿真方 双面光伏组件发电性能影响因 双面光伏组件发电性能对比分 测算所采用的气象数 系统发电量评 项目能效分 八、电气设 电气一 接入系统方 电气主接线设计原 主要电气设备的选 防雷接 电气二 电站二次设计原 调度管 电站自动化系 继电保护和安全自动装 系 火灾自动系 通 设计范围及主要内 设计原 光伏电站内通信方 光伏电站系统通信方 通信电 计 九、节能降 设计原则和依 设计原 设计依 建设期能耗种类、数量分析和能耗指 施工用 施工用 施工用 施工期能耗指标分 运行期能耗种类、数量分析和能耗指 电气损 建筑耗 水资源消 油料消 能耗状况和能耗指标分 主要节能降耗措 厂址选择和电站布 电气设计节能降耗措 土建设计节能降耗措 水资源节 油料节 建设管理的节能措 节能降耗效益分 结 十、工程设计概 编制说 工程概 编制原则及依 基础价 费率指 主要技术经济指 设计概算 十一、财务评 概 测算条 发电效益计 发电收入计 税 总成本费 利 偿债能力分 能力分 财务生存能力分 财务分析结 不确定性分析和风险分 不确定性分 风险分 社会效果分 十二、结 十三、附图、附表及附 附 附 附 一、综合说概当代能源形势（1）20152015年，全社会用电量55,500亿千瓦时0.5%分产产业1,020亿千瓦时，同比增长2.5%；第二产业用电量40,046亿千瓦时，同比下降1.4%；第三产业用电71587.5%7,2765.0%。2015年，电源新增生产能力（正式投产）12,974万千瓦，水电1,608万千瓦，火6,4002015年，能源生产总量约35.8亿吨标煤，同比下降0.5%。能源净进口量7.0亿吨标煤。能源消费总量43亿吨标煤，同比增长0.9%。在“”引导及国际贸易保护形势影响下，我国光伏企业的“走出去”步伐也在不断加快。2015年，我国多晶硅产量约为16.5万吨，同比增长21%；能电池组件产量约为43GW20.8%；新增光伏装机量15GW，同42%，累计装机量达到43GW。地理位本项目位于省广州南二环高速某段东西向的路段，地理位置是22.71°N112.10°E，海拔250米。广州，又被称为石城，位于省的西部，西江南岸，西面与广西交界。地处北回归线南面，介于北纬22°22~23°19′，东经111°03′～112°31′之间。依傍西江，东接珠角洲。是连接珠三角和大西南的枢纽。东与肇庆市、江门市、佛山市交界，南与市、茂名市相邻，西与广西梧州接壤，北临西江，与肇庆市的封开县、德庆县隔江相望。辖云城区、新兴县、郁南县、云安县，代管罗定市。户籍人口286.12万（2011年末）。市区距肇庆60公里，距广州140多公里，水路距177海里，上溯广西梧州60海里。广州市盛产大理石（），主要是加工大理石。下图1-1是本项目所在地具置示意图（图中红色标记位置）。项目概

图1-1本项目所在地具置示意295Wp265Wp3,520块双面单晶硅光伏组件，光伏系统装机容量为1,003.2kWp。光伏发电系统拟采用“全额上网”模式，并网电压10kV。11.82%，资本金投资回收期（静态）为7.86年，项目具有较好的能力相关国家《中民可再生能源法国家发展委《可再生能源发电有关管理规定国家发展委《可再生能源发电价格和费用分摊管理试行办法》《关于促进光伏产业健康发展的》国家发改委《分布式发电管理暂行办法》财政部《关于分布式光伏发电实行按照电量补贴政策等有关问题》国家能源局《关于开展分布式光伏发电应用示范区建设》国家发改委《关于发挥价格杠杆作用促进光伏产业健康发展》国家能源局《光伏电站项目管理暂行办法》财政部《关于调整可再生能源电价附加征收标准》财政部《关于光伏发电政策》国家能源局《分布式光伏发电项目暂行办法》财政部《关于对分布式光伏发电自发自用电量免征性基金有关问题》国家能源局《光伏发电运营暂行办法》光伏组件标准IEC61215(2005-04)Crystallinesiliconterrestrialphotovoltaic(PV)modules-DesignqualificationandtypeapprovalIEC61646(2008-05)Thin-filmterrestrialphotovoltaic(PV)modules-Designqualificationandtypeapproval电能质量标准GB/T18479 《地面用光伏（PV）发电系统概述和导则》GB/T19939 《光伏系统并网技术要求》GB 《电能质量供电电压允许偏差》GB 《电能质量电压波动和闪变》《电能质量公用电网谐波》《电能质量三相电压允许不平衡度》《电能质量电力系统频率允许偏差》《电磁兼容试验和测量技术》《光伏（PV）系统电网接口特性光伏系统应用场景选择1MWp高速公路光伏幕墙项目建设于广州南二环高速公路的某段东西向路段，广州南二环高速公路是G1501广州绕城高速公路的南段部分，同时也是G9411莞佛高速公路的一部分。东起广州市南沙区东涌镇，与广珠北线高速公路相接，经过南沙区榄核镇，顺德区伦教街道、勒流街道、大良街道、杏坛镇、龙江镇，西至佛山市区九江镇，与西二环南段及佛开高速公路相接。全长约50.207公里，呈东西。能资1)能资源丰富程度评估：本项目地能资源属“资源丰富”区工程任务和规模本工程所处地区能资源为资源丰富级别，交通和安装条件较好，接入系统条件较段东西向路段光伏系统采面单晶硅光伏组件正面功率为295Wp，背面功率为265Wp，光伏系统设计装机容量为1,003.2kWp（以光伏组件正面功率计算3,520块，项目光伏系统支架结构设计设计荷载1、光伏组件自重G自重：组件自重稍放大,取G自重=0.15KN/㎡；2、风荷载计算P风荷载：①计算基本条件：地面粗糙度可分为A、B、C、D四类：A类指近海面和海岛、海岸、湖岸及沙漠地区；B类指田野、乡村、丛林、丘陵以及房屋比较稀疏的乡镇和城市郊区；一C类指有密集建筑群的城市市区；D类指有密集建筑群且房屋较高的城市市区。地面粗糙度为：B离地面高度为：5米(5m高取值②计算依据：各系数按《建筑结构荷载规范》(GB50009-2012)(GB50797-2012)的规定采用。光伏系统总体方案设计10kV1-1，本项目光伏系统总安装容量为1,003.2kWp。表1-1（台1南22南23南4排布，每22块光伏组件组成一个光伏组件串；光伏组串两端正负伏直流电缆通过铝合金光伏系统发电量评估与能效分本项目采用N型双面光伏组件，通过阅读文献以及PVsyst模拟获知，影响双面光伏增加、安装高度增大、散射辐射量占比正价、地面反射率增加均会提升双面组件的发电性能。提出一种双面光伏组件发电量仿真模拟方法：利用PVsyst，采取一种后在PVsyst的组件数据库中建立一个尺寸为0.1m*0.1m（长*宽）的光伏组件（该尺寸允许用户自行建立的最小尺寸，并将该小尺寸光伏组件分别放置在遮挡物正面和背面的中心位置，将该小尺寸组件作为一个辐射探测器，探测遮挡物正面和背面接收到的辐Simulation和正面的辐射量，此即同样尺寸的双面组件正面和背面接收到的辐射量，进而得出不平均每年发电量为87.98万kWh。电站一次设计地区电网现状，初拟本项目暂采用一回长度约2~10km的10kV线路T接至本光伏电站配电网的形式，线路电缆型号为YJV22-8.7/15kV-3×70mm2。电站二次设计2、电站系统采用以计算机系统为基础的集中方案，设置在主控室4、计算机系统必须满足中国《计算机信息系统安全等级划分准则》及电监会5《电力二次系统安全防护规定》和“《电力二次系统安全防护总体方案》等节能降本工程施工期总能源消耗折算成标准煤为12,059.8kgce本工程运行期消耗年平均能源消耗折算成标准煤为1,007.45kgce/a，累计总能源消耗折算成标准煤为25.19tce。本工程发电运行期，年均发电量约为87.98kWh25年总工业产值约为：工业产值=发电量×销售平均电价=1,677.73万元单位工业产值能耗（当量值）=25.19tce/1,677.73万元=0.0150tce/万元耗能标准选定：以广州市2013年单位产值能耗指标作为评价标准，广州2013年单位产值能耗指标为1.01tce/万元，从计算结果来看，本项目的能耗远低于广州市的单位产值能耗指标，因此，本项目属于绿色节能项目，符合要求。工程设计概算根据工程设计概算，本项目工程建设投资744.57万元，工程总投资757.33万元，单位瓦静态投资7.17元/Wp7.29元/Wp30%，其余财务评参数（第三版》中规定的基准值5%；项目投资财务收益率（所得税后）与项目资本金财为7.86年，本项目在财务上具备可行性。CO2，大气污染气体SO2、NxOy等的排放。二、光伏系统应用场景选光伏系统应用场景选择本项目名称为广州1MWp高速公路光伏幕墙发电项目，该项目拟建设于广州南二环高速公路的某段东西向路段，图2-1展示的是高速公路两种常见的护栏类型，金属护栏和水泥护栏，经实地，本项目所处的高速公路两侧为金属护栏（图2-1（a）所示，护栏高度离地面约1米。 2-1高速公路实景图（a为金属护栏，b为水泥护栏本项目占用道路全长约1.5km，光伏方阵整体高度2.6m，基本结构由上下两层组成，如图2-2所示。下层:为基础层，用来支撑光伏幕墙，隔绝土壤的湿气；上层:为光伏组件层，具有隔音和发电功能；由3,520块正面功率为295Wp，背面功率为265Wp的双面光伏组件组成，以双层横向垂直方式布置。广州南二环高速公路是G1501广州绕城高速公路的南段部分，同时也是G9411莞佛高速公路的一部分。东起广州市南沙区东涌镇，与广珠北线高速公路相接，经过南沙区榄核镇，顺德区伦教街道、勒流街道、大良街道、杏坛镇、龙江镇，西至佛山市区九江镇，与西二环南段及佛开高速公路相接。全长约50.207公里，呈东西走向。图2-2光伏系统效果图2-3三、能资我国能资源分地球上能资源的分布与各地的纬度、海拔高度、地理状况和气候条件有关。资源丰度一般以全年总辐射量和全年日照总时数表示。我国幅员辽阔，拥有独特的地理环境，从来看，我国是能资源丰富的国家，总面积2/3以上地区年日照时数大于2,000h，具有发展能得天独厚的优越条件。图3-1气象局发布的1978～2007年我国年平均总辐射量的空间分布图。图3-11978～2007年我国年平均总辐射量空间分布图参照QX/T89-2008《能资源评估方法》，根据全年总辐射量的大小，可将中国划分为4个能资源丰富程度等级，见表3-1。表3-1能资源丰富程度等级等级资源带号年总辐射量（年总辐射量（平均日辐射量（最丰富I≥≥≥很丰富5,040–1,400–3.8–丰富3,780–1,050–2.9–一般<<<1、能资源最丰富区域：地区年平均总辐射量达6,300MJ/m2以上，相于1,750kWh/m2以上。这一地区主要为青海西部和西部等地，尤以西部最为丰富。2、能资源很丰富区域：地区年平均总辐射量为5,040～6,300MJ/m2，相当于1,400～1,750kWh/m2。这一地区主要包括青海东部、东部、南部、、甘肃北部、内西部、云南西部等地。3、能资源丰富区域：地区年平均总辐射量为3,780～5,040MJ/m2，相当于1,050～1,400kWh/m2。这一地区主要包括北部、内东部、山东、山西、河南、河北、黑龙江、吉林、辽宁、陕西、东南部、湖南、、、、广西、、浙江、江苏、云南东部、海南、等地区。4、能资源一般区域：地区年平均总辐射量小于3,780MJ/m2即小于1,167kWh/m2。这类地区位于、两省，是我国能资源最少的地区。区域能资源分省能资源分布本项目位于省广州市，项目具体地点为广州，具于（22.861°N，113.355°E）~（22.854°N。113.424°E。省属于东亚季风区，从北向南分别为中亚热带、南带和热带气候，光、热和水资源最丰富的地区之一。从北向南，年平均日照时数由不足1,500h增加到2,300h以上，年总辐射量在4,200~5,400MJ/m2之间，年平均气温约为19℃~24℃。全省平均日照时数为1,745.8h、年平均气温22.3℃。1月平均气温约为16℃~197月平均气温约为28℃~29℃。降水充沛，年平均降水量在1,300~2,500mm之间，全省平均为1,777mm。降雨的空间分布基本上也呈南高北低的趋势。受地形的影响，在有利于水汽抬升形成降水的山地迎风坡有恩平、海丰和清远3个多雨中心，年平均降水量均大于2,200mm；在背风坡的罗定盆地、兴梅盆地和沿海的雷州、潮汕平原少雨区，年平均降水量1,400mm。降水的年内分配不均，4~9月的汛期降水占全年的80%以上；年际变化也较大，多雨年降水量为少雨年的2倍以上。图3-2展示的是省年总辐射与直接辐射分布图图3-2省年总辐射与直接辐射分布能资源分析总辐射年际变化分本项目位于省广州市，选取广州气象站作为参证站，进行能资源分析。经查，广州气象站（23.08°N，113.19°E）与项目地的直线距离大约为50km，符合作为参证站的要求。查询文献得知，自1992-2011年以来，广州气象站近20年水平面总辐射平均值约为1168.9kWh/m2，近51年平均值约为1188.7kWh/m2，广州气象站1961-年逐年总辐射数据如图3-3所示。图3-31961~2011年总辐射年际变化根据逐年总辐射数据可知，1961-2011年总辐射波动明显，平均值为4,279.58MJ/m2，峰值日照时数约为1,188.7h，属于资源丰富区域。由图3-3所示，随着时间的推移，总辐射整体波动显著，1963、1962年总辐射为5,402.49、5,055.19MJ/m2，能资源丰富程度达到资源很丰富等级，51年中有22年的总辐射超过平均值，有3年的能资源丰富程度为资源一般等级，分别为1991年的3,753.37MJ/m2,、1988年的3,690.73MJ/m2、1995年的总辐射年内变化分广州气象站近20年逐月总辐射数据见表3-4所示。图3-4多年平均总辐射年内变化图3-4展示了多年平均总辐射年内变化情况，由图可以看出，该地区多年月平均总辐射量在2月取得最小值，约为66kWh/m227月逐月增加，在7月份取得最大值，约为128kWh/m2812月则逐月递减。日照时数年际变化分析广州气象站的日照市树年纪变化见图3-53-5年日照时数的年际变化3-5展示了1961～2011年广州气象站年日照时数的年际变化。从图中可以看出，广州年日照时数平均为1,680.3h，不同年份之间差异较大。1963年日照时数最大，达2,228.2h，1997年日照时数最小，仅1,209.8h。近50年来，广州年日照市水呈现减少的趋势，减少速率为每年9.5h，通过0.01的显著性检验。年内日照时数秋季最长，为534.9h；夏季次之，为521.7h；冬季为363.7h；春季最短，为259.9h。年内各月中7201.9h368.9h典型年数据选择前文已提到，广州气象站近20年平均总辐射平均值约为1168.9kWh/m2，由于广州气象站距离项目地有一定距离，故不建议直接将广州气象站的观测数据作为本项目的基础数据。采用meteonorm气象数据库中近20年平均的气象数据作为项目地典型气象年数据，见表3-2所示。月份日平均辐射值（月峰值日照小时数（月平均辐射值（12345789101112总计/由表3-2可知，项目地典型气象年的辐射量年总值约为4,503.60MJ/m2，相当于峰值日照时数1,251h能资源评估3.4.1能资源丰富程度评经分析比较，本项目典型气象年的辐射量年总值约为4,503.600MJ/m2，相当于峰值日照时数1,251h，参照QX/T89-2008《能资源评估方法依据能资源丰富程度评估指标（总辐射年总量：3,780–5,040MJ/m2，属于“资源丰富”区本项目地能资源属3.4.2能资源利用价值评利用各月日照时数大于6h的天数为指标，反映一天中能资源的利用价值。一天照时数如小于6h，其能一般没有利用价值。统计1961～2011年照时数大于6h天数，各月分布在5.1~17.5d之间，全149.5d。19783月、19844月、19923月、19934月，月内日照时数大于h的天数为011个月份内日照时数大于6h的天数仅为1d，主要为2-4月，与佛山春季和夏初多阴雨天气有关，剩下以后和秋季阴天较少，日照时数相应较大。3.4.3能资源稳定度评估值与最小值出现的季节也反映了能资源的一种特征。表3-3能资源稳定程度等能资源稳定程度指标稳定程度＜稳定较稳定＞不稳定广州平均各月日照时数大于6h的天数最大值出现在1017.5d，最小值出现在4月为5.1d，最大值与最小值比值（K值）3.433-4月为不利于能利用的月份。表3-4广州逐月平均日照时数大于6h的天月123456789年日照时6h的天气候条件影响分风速影响分析图3-6省广州地区多年平均风速（10m）年内变化图3-6展示了省广州地区多年平均风速年内变化情况，该地区多年平均风速3.35m/s，多年月平均风速均处于2.5~4.5m/s范围内，风速较小且比较稳定，电站建成后对光伏电站的影响较小。温度影响分析图3-6省广州地区多年平均温度（10m）年内变化21.30℃以上，30410月这七个月份的月平均温度在20℃以上。对光伏项目而言，逆变器允许的工作环境温度一般为-30~+55℃左右，光伏组件允许的工作环境温度一般为-40~+85℃左右，该地区的环境温度四、工程任务和规模地区经济发展概同）增长8.4%。其中，第一产业增加值228.09亿元，增长2.5%；第二产业增加值5786.21亿元，增长6.8%；第三产业增加值12086.11亿元，增长9.5%。第一、二、三次产业增加值的比例为1.26∶31.97∶66.77。三次产业对经济增长的贡献率分别为0.4%、29.0%和70.6%。6.8%6.1%1.8%。地区电力系统现广州有电的历史可追溯至1888年，是继后中国第二个使用电能的城市，至今有130513万户。2015年，供电740亿千瓦26%；最高1499万千瓦，同比增长31%。广州城市用户年平均停电时间从2007年的23.84小时/户大幅降低20151.96小时/户。目前广州已连续三年获得供电可靠性A级企业称号，保持了国内领先水平。供电服务客户满意度连续16年在广州市社情中第一。工程建设的必要一，在能源生产和消费中，煤炭约占商品能源消费构成的75％，已成为我国大气污染的主要来源。大力开发能、风能、生物质能、地热能和海洋能等新能源和可再生能源利用技术将发展可再生能源，优化能源消费结构，到2020年，能发电装机达到50,000MW，能热利用累计集热面积达到8亿m2。开发能能资源补充电网电量也符合国家能源政策。广州是省能资源丰富的地区，水平面辐射量年均约为4,300MJ/m2，本项目我国已把可持续发展作为经济社会发展的基本，制定了减排目标，到2020年，单位GDP排放量较2005年降低40%～45%。合理开发和节约使用自然资源，改工程建设规模电站开发条件拟10kV电压等级接入低压配电房，采用全额上网模式。工程建设规模量为1,003.2kWp。1块2套6350套五、光伏系统支架结构设针对本项目光伏幕墙的功能，支架系统设计主要考虑建筑结构自身特点，光伏支架的设计要符合当地气候条件和建筑设计荷载规范要求。光伏组件安装连接部件采用热镀锌钢材及铝合金组件构成，并经过详细的系统模拟及结构强度设计计算，完全满足项目需求，整个支架系统与光伏组件可靠地结合，融为一体。图5-1设计依