3KW屋顶分布式光伏电站设计方案3

Xxx市XX镇xx村3.12KWp分布式电站

设

计

方

案

设计单位：XXXX有限公司

编制时间:2016年月

目录

1.项目概况..............................................-2-

2.设计原则..............................................-3-

3.系统设计..............................................-4-

（—）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.....................................-7-

（四）光伏系统设计.......................................-8-

4.1.光伏组件选型.......................................一8-

4.2.光伏并网逆变器选型................................-9-

4.3.站址的选择.......................................-10-

4.4•光伏最佳方阵倾斜角与方位..........................一11一

4.5.光伏方阵前后最佳间距设计..........................-12-

4.6.光伏方阵串并联设计...............................-13-

4.7.电气系统设计.....................................-13-

4.8.防雷接地设计.......................................二14一

4.财务分析.............................................一18一

5.节能减排.............................................—19一

6.结论-20-

1.项Fl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10()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

（二）合理性

（三）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《6850797-2012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。

（四）安全性

（五）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；

（六）美观性

（七）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。

（八）高效性

（九）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。

（十）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。

（一）3.系统设计

（二）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。其系统工作原理如卜.：

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。

本方案屋顶有效面积约30（n2,采用260Wp光伏组件12块组成，共计建设3.12KWp屋顶

分布式光伏发电系统。系统采用1台3KW光伏逆变器将直流电逆变为220V交流电，接

入220V线路送入户业主原有室内进户配电箱，再经由220V线路与业主室内低压配电网

进行连接，即可送电进入市电网。

（二）项目所处地理位置

本项目所在地红安县位于湖北省东北部大别山南麓，东邻黄冈麻城，西接孝感大悟，南临武汉黄陂，北接河南信阳，县城距省会武汉

80公里。地跨东经114°23'—114°49,,北纬30°56'—31°35'之间。全县国土总面积为1796平方公里，辖12个乡镇场，396个行

政村，人口66.36万人，其中农村人口52.9万人，城镇人口13.46万。

红安县地势北高南低，海拔高度一般为20。米。县东北部为山区，坡度15°-40°,最高点为县北的老君山，海拔84Q.5米。县境最低

处是南部的太平桥镇与新洲县交界的倒水河畔杜家湾，海拔仅30米。红安县南都多丘陵，坡度5°—20°。全县河谷平原少，为半山半

丘陵地区。属亚热带季风气候，年平均气温为15.7C,最高气温为41.5C,最低气温为-14.5C。全县无霜期平均为236.4天；全县年

平降水量为1116.2亳米，夏季降雨量占年总雨量的一半，年平降雪日为8.3天，年平相对湿度77%,年平均风力3级。年均总日照为

1998.8小时，占可照时数45%,属于太阳能资源三类可利用地区。

图：项目所在地卫星区位图

（三）项目地气象数据（美国NASA气象局提供）

iATMOSPHERIC

4SCENCENASASurfacencteorologyandSohrEnergy：RE工&工Data

1DATA(ENTER

Latitude31.3/Longitude114.55vascbosea.

(hitCliaatedatalocaticn

Latitude°N31.3

Lce^ituce♦E114.55

ElmticnB135

Heatingdesignteiperatuxe4cf.C4

Coolwcdeiientetperawxe*c90.18

Eaxthteifeiatuxeaiplitude17.23

Frwtdiyjatsited»y22

Dailysolax

AtiosphtiicCooliocdetiee-

lontbAirteiperatureRelativehuaidityradiation-findspeedEarthteiptTatuxeBeaniedceree-dayj

piC»>UIC

horixontalJ-J*

,C%kPa7,*c,C-d,c-d

Jarrjuy4.665.n2.66101.12.94.?4091

Febxcu76.6%外2.8S18.93.07.33179

larch10.667.013.48100.52.9ll.T23156

April17.166.4%4.3399.92.T18.661211

lay2L568.0%4.74如2.523.083M

June24.972.6%4,希弟.C2.426.30«T

July26.481.614.6698.82.527.40519

August25.582。4.4799.12.335.40钠

Septeaba22.8?i.n3.WS9.82.623.90额

Octc^ex18.164.4%3.15100.12.619.338258

XoreabcT1Z163.9%2.88100.82.812.617392

Deceit夕6.663.4%2.51101.22.86.63459

Annual16,469.31XTO13・12.T17.3150328«

leamelat(i)10.00.0

（四）光伏系统设计

4.1.光伏组件选型

本项目选用XX公司生产的260P-60多晶硅太阳电池组件产品，额定功率260Wpo

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）260

组件工作电压（V）31.2

组件工作电流（A）8.36

组件开路电压（V）38

组件短路电流（A）8.95

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）1640X992X35

组件效率（含边框）15.98%

重量（Kg）18

42光伏并网逆变器选型

根据本项目业主为居民分布式,申网入户申压为AC220V.故诜用单相光，伏逆变器。

其主要性能参数如下表所示:

产品技术参数

最大直流输入功率3.4KW

最大直流输入电压550VDC

输入电压范围MPPT70V-550V

MPPT路数1路/I并

单路输入电流13A

额定交流输出功率3KW

额定输出电压220V

电网频率50HZ

交流连接类型单相

MTTP效率99.5%

欧洲加权效率96.5%

4.3.站址的选择

对于居民及家用分布式光伏发电系统而言，其站址一般选在居民屋顶或空旷地面之

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）。

A.环境影响更能直接影响到居民及家用分布式光伏发电系统的选址，其关键要素

如下：

B.有无遮光的障碍物（包括远期与近期的遮挡）

C.盐害、公害的有无

D.冬季的积雪、结冰、雷击等灾害

（附图：居民屋顶分布式安装效果图）

结论：本案安装在业主屋顶，周围无高大建筑物，在设计布局时无需对此进行阴影分

析。

4.4.光伏最佳方阵倾斜角与方位

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26度，及朝正南向倾斜26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、屋顶面积利用率等因素7在保证系统发电量降

低不明显的情况下（降低不超过1%）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。

经分析得出，本项目建议倾斜角约为17度左右（屋面正南面倾斜角度）。

45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屋面利用率，我们在此要求

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。

Sheds

Pitch叵ShowOptimisation!

CollectorbandwidthOrientation

两ShadingG【aph|

Topinactiveband宜ITin[i7o-2

BottominactivebandAzimuth[OO-7

Jlg$eI

ShedMutualShadingat黄冈市红安县，(Lat.31.3oN,long.114.6oE,alt.135m)

90

75

60

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p

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30

15

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the

0

Azimuth[deg]

经专业PV软件模拟可知，光伏方阵倾斜角度17度，组件阵列与阵列间最低点间距保持

在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。

考虑到适用于晶体硅电池的逆变器最大直流电压(最大阵列开路电压)为550V,最

大功率电压跟踪范围为70~550V,MPPT路数为1路/I并。

对于本项目选用12块260W多晶硅太阳电池组件，每个太阳电池组件额定工作电

压为31.2V,开路电压为38V,串联支路太阳电池数量初步确定为12个。

在环境温度为25±2C、太阳辐射照度为1000W/m2的额定工况下，12个太阳电池

串联的串联支路额定工作电压为374.4V,开路电压456V,均在逆变相允许输入范围内，

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，太阳能电池组件串的最大功率点工

作电压为12X31.2X(0.35%X35+1)=420.3V,满足550V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12X3L2X

(-0.35%X17+1)=352.1%满足70V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，确定串联支路太阳电池数量为12o

47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

48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货，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：

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：

融排

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、组件等金属金壳部件）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n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（原行或新建）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一方阵总功率；

R一倾斜方阵面上的太阳总辐射量;

ns—光伏系统发电效率。

标准日照辐射强度，即

lKW/m2o

计算设定：光伏阵列为固定式安装，实际倾角

年辐射量为1444kWh/m2/年,选用的组件为晶

体硅光伏组件，总功率3.12KWp。

ns=Kl*K2*K3*K4*K5*K6

K1-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K1K2K3K4K5K6qs=K1*K2*K3*K4*K5*K6

计

算：

参数

数值0.960.940.950.980.9650.9476.21%

初始年（投运第一年）发电量计算：

Q=PXRXns/Ro=3.12KWpX1444kWh/m2/DX76.21%/lKW/m2=3433KWH

考虑到光伏组件功率的衰减，未来25年发电量预计:

3.12KW屋顶分布式光伏电站年发电量统计

系统容量较上一年衰减忸斜面峰值日照时

年份系僦率年发电量0<wh)

(KW)后数(h/d)

第1年3.120.76213.9563433

第2年3.120.7620.9923.956306

第3年3.120.7620.9923.9563379

第4年3.120.7620.9923.9563352

第5年3.120.7620.9923.9563325

第6年3.120.7620.9923.9563298

第7年3.120.7620.9923.9563272

第8年3.120.7620.9923.9563246

第9年3.120.7620.9923.9563220

第1褥3.120.7620.9923.9563194

第11年3.120.7&20.9923.95631E8

第1再3.120.7620A9二3.9563143

第1押3.120.7620.9923.9563118

第14年3.120.7620.9923.9563093

第1拜3.120.7620.9923.9563068

第16年3.120.7620.9923.9563043

第1卢3.120.7620.9923.9563019

第1拜3.120.7620.9923.9562995

第1卢3.120.7620.9923.9562571

第2件3.120.7620.9923.9562947

第21年3.120.7620.9923.9562923

第2浑3.120.7620.9923.9562900

第2拜3.120.7620.9923.9562877

第2裨3.120.7620.9923.9562854

第2井3.120.7620.9923.9562831

2弹累计发电量79075

25年平均发电量计算:3123KWH20年平均发电量计算：3184KWH

25年累计发电量：78075K.VH20年累计发电量：63690KWH

4.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；

（2）湖北省相关政黄；

（3）国家现行贷款利率、有关财税制度及规定。

本工程静态总投资2.81万元，计算期20年，其中建设期1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%o

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）

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KV'p3.1211电站定员人/

2实施周期月112人工工资福利元/年/

3运营期年201320年总发电量KWH63690

4折旧年限年2014单位造价元"9

5残存率%515发电自发自用比例%70%

6增值税%016发电上网比例%30%

7所得税%017屋顶租赁费用元/年无

8国家上网电价元/KWH0.4218湖北省发电补贴元/K3H0.25

9国家补贴年限年2019湖北省发电补贴年限年5

10组件年衰减率%0.820湖北省脱硫电价元/KMH0.3981

主要经济指标汇总表

序号项目