某企业总部大楼太阳能光伏发电系统的设计

1、某企业总部大楼太阳能光伏发电系统的设计摘要：介绍某企业总部大楼安装容量为50kw的太阳能光伏发电系统，包括项目概况、系统方案、系统设备等，并对该项目做了效益分析。关键词：太阳能光伏发电系统 太阳能电池组件 逆变器1 项目概况1.1 项目简介某企业总部大楼位于广东省广州市，为建设成为绿色三星示范性节能工程，决定在屋顶设置太阳能光伏发电系统。该楼地上13层，地下1层，高64.05米，屋面可以利用面积约630平方米。根据民用建筑绿色设计规范（jgj/t-2010）等规范要求，经过负荷计算，光伏发电系统安装容量约为50kw。1.2 气象资料广州市位于北纬23.13，处于温带与热带过渡区，横跨北回归线，

2、年平均温度22，最热月（七月）平均气温28.5，最冷月（一月）平均气温13.3，极端最低温度0，最高温度39.1。年日照约为1896小时，年平均太阳辐射量为4860mj/m2，属我国第四类太阳能资源区域，适合建设太阳能光伏发电项目。2 技术方案本项目要求太阳能光伏发电系统低压侧并网发电，且建设于用电负荷中心，基本的设计原则是：就地发电，就地使用，低压侧并网，并网而不上网。所以本工程太阳能光伏发电系统选择为不含蓄电池环节的不可调度式并网太阳能光伏发电系统。另外为了光伏发电系统的使用、维护方便及运行安全可靠，本项目设计了太阳能光伏发电监控系统。光伏发电系统按照安装容量的要求，设计最适宜的太阳能电池

3、阵列，阵列通过支架安装在屋面；电池组件组串后，通过低烟无卤阻燃电力电缆引至汇流箱汇流；汇流箱汇流输出后，以直流电能的方式引至位于地下1层的变电所的并网逆变器；通过设置于变电所内的低压交流防雷开关柜，接入到变电所内低压柜中预留的光伏发电系统备用回路中。监控系统监控光伏发电系统的参数为：汇流箱每路组串的电流及电压，逆变器参数信息及工作状态信息，环境监测仪监测信息和电能计量装置信息。数据采集和规约转换采用一台数据采集与通信管理设备。监控平台实时监控光伏发电系统各项参数，并于建筑物变电所内配置液晶显示终端。在整套系统中，按照规范和应用要求，电池组件设计配置旁路二极管，各级系统配置相应的断路器，逆变器后

4、配置熔断器和接入线路保护短路装置，系统配置防雷装置，柜体配置带电显示装置和接地刀闸，整个系统设计防雷、接地系统，包括工作接地、防雷接地和保护接地，确保接地电阻不大于1。本项目太阳能光伏发电系统示意图如下：图1. 太阳能光伏发电系统示意图3 太阳能电池组件选择及方陈布置3.1 太阳能电池组件选择太阳能电池组件的选择应在技术成熟度高、运行可靠的前提下，结合电站周围的自然环境、施工条件、交通运输的状况，选用行业内的主导太阳能电池组件类型。根据电站所在地的太阳能状况和所选用的太阳能电池组件类型，计算光伏电站的年发电量，选择综合指标最佳的太阳能电池组件。目前太阳能电池主要有以下几种类型：单晶硅太阳能电池

5、、多晶硅太阳能电池、非晶硅太阳能电池、碲化镉电池、铜铟硒电池等。结合本工程的特点，从工程投资、占地及土地利用效率等多方面综合考虑，本工程选用多晶硅太阳能电池，该电池主要技术参数：峰值功率240w；开路电压37.5v；短路电流8.65a；最大输出电压29.5v；最大输出电流8.14a；转换效率14.7%；长宽厚=1650mm990mm50mm；重19.8kg；防护等级ip65。3.2 太阳能电池方陈布置本工程需要多晶硅太阳能电池的片数为:n=208.3（为系统设计方便及考虑余量取210片）。共设计10串太阳能电池组件，每串21片，其功率为210.24kw=5.04kw。所以本工程太阳能电池组件方

6、陈布置方案为： 0.24kw21片/串10串。太阳能方阵必须考虑前、后排的阴影遮挡问题，并通过计算确定方阵间的距离或太阳能电池方阵与建筑物的距离。一般的确定原则是：冬至日当天早晨9:00至下午3:00的时间段内，太阳能电池方阵不应被遮挡。同时考虑到太阳能光伏组件布置与建筑物方向的结合，通过计算本项目太阳能方阵安装方位角与0方位角（正南方向）相差偏东29度。按照不同倾角年均逐月太阳辐射量的变化分析，综合考虑到屋顶建设安装可用面积情况及支架系统设计，本项目太阳能光伏发电光伏组件安装倾角选定为10。阵列竖向投影长度为1650mmcos10 =1625mm，阵列净间距400mm，组件间预留20mm的施

7、工安装间隙。这样布置下来，本项目太阳能方阵使用面积约490平方米。4 支架形式选择太阳能光伏发电系统电池组件固定于满足需求的具有一定倾斜角度的阵列支架之上，常用的阵列支架有单轴跟踪支架、双轴跟踪支架和固定支架。单轴跟踪支架和双轴跟踪支架可以提高太阳能电池发电效率，但是大大提高了系统的成本；固定支架虽然效率较低，但建设成本也较低。经过技术经济比较，本项目使用固定支架系统安装太阳能电池组件，安装方位角和倾角如前文所述。5 逆变器的选择逆变器是将汇流直流电能转变为交流电的主要设备，是太阳能发电系统中的核心设备。太阳能逆变器应按照太阳能装机规模、当地太阳能资源情况、太阳能方阵出力及当地气象气候海拔等自

8、然因素综合考虑，同时考虑逆变器自身的技术指标选择。5.1 逆变器的技术指标(1) 可靠性和可恢复性：逆变器应具有一定的抗干扰能力、环境适应能力、顺势过载能力及各种保护功能，如：故障情况下，逆变器必须自动从主网解列。(2) 逆变器输出效率：大功率逆变器在满载时，效率必须在90或95以上。中小功率的逆变器在满载时，效率必须在85或90以上。在50w/m2的日照强度下，即可向电网供电，即使在逆变器额定功率10的情况下，也要保证90（大功率逆变器）以上的转换效率。(3) 逆变器输出波形：为使光伏阵列所产生的直流电源逆变后向电网并网供电，就必须对逆变器的输出电压、频率、波形、幅值、相位、畸变、谐波、平衡

9、度、功率因数等参数与公共电网保持一致，实现无扰动平滑电网供电。输出电流波形良好，波形畸变以及频率波动低于门槛值。(4) 逆变器输入直流电压的范围：要求直流输入电压有较宽的适应范围，由于太阳能光伏电池的端电压随负载和日照强度的变化范围比较大。就要求逆变器在较大的直流输入电压范围内正常工作，并保证交流输出电压稳定。(5) 逆变器输出电力电子接口：逆变器输出电力电子接口包括带隔离变压器和不带隔离变压器两种。不带隔离变压器输出的逆变器出口电压一般为ac-0.27kv，逆变效率较高；带隔离变压器的逆变器出口电压一般为ac-0.40kv，逆变效率相对较低。(6) 低压侧并网逆变器输出特性：对于低压侧并网的

10、逆变器由于存在交流母排回流的特点，一般要求逆变器具有孤岛速短保护和低电压穿越功能。逆变器主要技术指标还有：额定容量；输出功率因数；额定输入电压、电流；电压调整率；负载调整率；谐波因数；总谐波畸变率；畸变因数；峰值子数等。5.2 逆变器的选型对于逆变器的选用，建议选用具有一定业绩和使用周期，性价比和安全稳定可靠性较好的逆变器。在投资相同的条件下，应尽量选用容量大的逆变设备，可在一定程度上降低投资，并提高系统可靠性；但若是逆变器容量过大，则在一台逆变器发生故障时，发电系统损失发电量过大。因此，本项目采用单台50kw带隔离变压器的三相并网逆变器，安装在该楼负一层变电所内。6 项目效益分析本工程总装机

11、容量为50.4kw，运行期年平均发电量为5.4万kwh，运行期25年。与传统的火力发电相比，每年可节省标准煤19.3 t，可减少排放二氧化碳50.6 t、二氧化硫 0.4 t、氮氧化物0.1t、粉尘0.3t； 25年发电周期内，共可发电134万kwh，可节省燃煤454.5t，可减少排放二氧化碳1190.8 t、二氧化硫10.0 t、氮氧化物3.4t、粉尘6.8 t。光伏电站的建设替代燃煤电厂的建设，可达到充分利用可再生能源、节约不可再生化石资源的目的，将大大减少对环境的污染，同时还可节约大量淡水资源，对改善大气环境有积极的作用。光伏电站的建设对于当地的环境保护、减少大气污染具有积极的作用，并有明显的节能、环境和社会效益。7 结语随着能源的日益紧缺，太阳能作为可再生能源之一，其开发利用逐步引起了我国各级政府的重视。国民经济和社会发展第十二个五年规划纲要及可再生能源中长期发展规划中都明确指出要推进能源多元清洁发展，积极发展太阳能、生物能、地热能等其他新能源。随着国家鼓励开发利用太阳能资源，必将推动我国光伏产业的发展。参考文献1， 住房和城乡建设部工程质量安全监管司，中国建筑标准设计研究院 2009全国民用建筑工程设计技术措施 电气. 北京：中国计划出版社，200