厂房建筑光伏发电示范项目

皇明洁能控股有限公司

2009年12月厂房建筑光伏发电示范项目

技术方案一、项目概况二、厂房建筑光伏设计思路三、社会效益分析一、项目概况1、本项目安装位置为厂房屋顶；2、建筑占地面积：10000m2，在屋顶结合建筑情况安装光伏发电系统。3、太阳电池组件与建筑结合的方式要求兼具功能性、观赏性。二、厂房建筑光伏设计思路1、光伏发电与建筑结合的方式（BIPV和BAPV）BIPV建筑集成光伏BAPV建筑附加光伏安装方式附加的特性：1太阳电池与建筑结合后还具有最为重要的特性————发电。2传统的建筑材料被太阳电池组件替代后还具有独特的光学效果。太阳电池组件延厂房屋顶平铺安装组件安装方式：用自攻自钻螺栓（或长螺栓）或其它结构件，把支架固定在屋顶支撑结构上，并做好屋面防水。斜屋顶的组件的一般平铺在屋顶上。平屋顶（楼顶）半建筑结合应用组件安装方式：在屋顶采用生根或不生根筑起水泥条或水泥带基础，并在其中预埋地脚螺栓用于固定组件支架。太阳电池组件在厂房平屋顶支架式安装2、光伏发电并网模式（低压配电侧和高压输电侧并网）低压配电侧并网1、配电侧并网的光伏发电处在负荷中心，可以起到消峰（PeakShaving）的作用，是“黄金电力”；2、在配电网接入不超过15-20%的光伏发电系统，不需要对电网进行任何改造，也不存在电力送出（逆流）和电网能力的问题，对于电网公司仅仅是负荷管理；3、配电侧并网的光伏发电的经济效益明显，“自发自用”（NetMetering）运行方式相当于电力公司以销售电价购买光伏电量，其价值0.5-1.5元/kWh;4、应当优先发展配电侧并网的或与建筑结合的，处于负荷中心的分布式光伏发电系统。

每日办公楼耗电曲线和太阳能光伏发电曲线的对比高压输电侧并网1、在发电侧并网；2、电流是单方向的；3、不能自发自用，需要给出“上网电价”，电网公司以高电价收购PV电量，用户缴纳常规低价电费。高压输电侧并网系统组成高压输电侧并网系统设备配置和选型太阳电池方阵接线箱直流配电逆变器交流配电箱式变压器数据显示和通信厂房建筑光伏示范项目建议采用 用户配电侧并网光伏发电电量就地使用，减少了大量的传输、变电损耗光伏发电容量占比不超过20%，不需要对电网进行任何改造，也不存在电力送出（逆流）和电网能力的问题，经济效益明显。

光伏配电系统图运行原理图皇明并网光伏发电特点应用最先进的BIPV/BAPV技术系统配置优化高可靠性高转换效率高智能化系统配置优化——并网光伏系统以全年发电量最大为设计标准。皇明设计部门拥有先进的系统设计软件，数据库中收集了全国各地近50年的气象辐射资料作为设计依据。并网保护：防孤岛、过压、防雷……。高可靠性——保护功能齐全，系统运行稳定，故障率低。系统配置交、直流防雷器，保护设备免受雷击损坏

电池组件为我公司精制产品，出厂前经过太阳模拟器严格测试细分，避免了组件阵列间串、并联造成的相互干扰，保障电池组件阵列功率最大化。高转换效率——太阳能光电转换效率高，高利用率系统由微电脑芯片和PC机实现智能化控制。具有故障自诊断功能，最大功率点跟踪调节功能。高智能化——自适应、易维护特殊设计

遮挡、占地计算、抗风能力设计、系统的防雷接地太阳电池方阵间距计算计算当太阳电池子阵前后安装时的最小间距D。一般确定原则：冬至当天早9：00至下午3：00太阳电池方阵不应被遮挡。按照国家标准公式计算间距：当光伏电站功率较大，需要前后排布太阳电池方阵，或当太阳电池方阵附近有高达建筑物或树木的情况下，需要计算建筑物或树木的阴影，以确定方阵间的距离或太阳电池方阵与建筑物的距离。一般确定原则：冬至当天早9：00至下午3：00太阳电池方阵不应被遮挡。计算公式如下：太阳高度角的公式：sin

=sin

sin

+cos

cos

cos

太阳方位角的公式：sinβ=cos

sin

/cos

式中：

为当地纬度；

为太阳赤纬，冬至日的太阳赤纬为-23.5度；

为时角，上午9:00的时角为45度。D=cosβ×L，L=H/tan

，

=arcsin(sin

sin

+cos

cos

cos

)太阳电池方阵抗风能力设计

（依据：GB50009-2006建筑结构荷载规范、GB50017-2003《钢结构设计规范》）

1、需要计算受风梁在受风条件下的弯曲应力和弯曲度；2、需要计算支撑臂在顺风条件下的压曲强度和逆风条件下的拉伸强度；3、需要计算在受风条件下螺栓的剪切力（折断力）的耐受强度。

Q：设计用风压（N/m2）

Aw：受风面积（m2）

设计用风压Q：

Q=Qo

H

I

Qo：基准风压

H：高度修正系数

I：

环境系数

I环境系数：

对风无遮挡的空旷地带：1.15

对风有少量遮挡：

0.9

对风有较大遮挡：

0.7H高度修正系数：太阳电池支架抗风能力的设计风压荷载

太阳电池方阵支架结构的设计要考虑风压荷载，防止因强风导致普破坏。

作用于太阳电池阵列的风压荷载由下式计算：

W=Cw

Q

AwW：风压荷载（N）

Cw：风荷载体型系数

风荷载体型系数顺风方阵倾角逆风0.79150.940.87301.181.06451.43风压高度修正系数距离地面高度地面粗糙度类别（m）ABCD51.171.000.740.62101.381.000.740.62151.521.140.740.62201.631.250.840.62301.801.421.000.62401.921.561.130.73502.031.671.250.84

Qo

基准风压：基准高度为10米

Qo=1/2

Vo2

：空气密度（NS2/m4）

冬季空气密度取：1.274（NS2/m4）Vo：地面10米处50年最大风速（m/S）

取：42（m/S）太阳电池支架抗风能力的设计1、受风梁弯曲强度和弯曲度的计算

弯曲力矩M：M=WL2/8（Nm）W：单位长度上的风压（N/m）L：跨距长度（m）弯曲应力P：P=M/Z（N/cm2）Z：角钢的截面系数弯曲度A：A=（5Wt

L3）/（384

E

Im）（cm）Wt：受风梁上的总风压（N）L：跨距长度（m）E：材料的纵向弹性系数（N/cm2）Im：横截面二次力矩(cm4)2、支撑臂的压曲荷载（顺风时）

欧拉公式计算支架所能承受的压曲荷载：Pk=n

2

（E

Im）/L2(N)n：有支撑条件决定的系数，紧密无松动为1；Im：截面轴向二次力矩(cm4)；E：材料的纵向弹性系数（N/cm2）L：轴长（cm）总荷重（W+G）/2应小于Pk。3、支撑臂的拉伸强度（逆风时）拉伸张力B

（N/cm2）:B=W/AW：每根支撑梁所承受的风压（N）A：支撑臂的截面积（cm2）4、安装螺栓的强度（逆风时）

虽然有4只螺栓，但受理最大的是后面2根。所以有：螺栓最大折断力

：

=1/2

W/A（N/cm2）W：总的逆向风压（N）A：螺栓截面积（cm2）设备的防雷和接地措施1：架设避雷针防止低空直击雷措施2:太阳电池方阵支架可靠接地；措施3：太阳电池方阵接线箱内，输入、输出处加装防雷器，各机壳均可靠接地；措施4：机房设备需可靠接地。措施5：控制室进、出线处均增设防雷隔离箱，内装防雷保安器，防止感应雷；雷击对电路板的损坏防雷措施可恢复的防雷器不可恢复的防雷器保护半径：r=1.5h

与建筑结合的光伏系统的防雷和接地依据：《建筑物防雷设计规范GB50057-94》建筑物的防雷和接地已经有标准，也已经很完善。因此，在建筑物上安装的光伏系统一般不单独安装避雷装置。GB50057-94中规定：突出屋面的金属物体可不装接闪器，但应和屋面防雷装置相连；需要保护的突出屋面的飞金属物体则需要装接闪器。建筑物等级：一类建筑：储存爆炸物、易燃物和其它受雷击易造成巨大损失或伤亡的建筑；二类建筑：重要的政府机构、博物馆、档案馆、计算中心、通信中心等；三类建筑：一般公共建筑、办公建筑、民居等。

大型并网光伏电站的防雷和接地接地装置示意图：1-接地体2-接地干线3-接地支线4-电气设备34根据《工业与民用电力装置的接地设计规程》《通信局（站）防雷与接地工程设计规程》，水平接地体为主，垂直接地体为辅。

接闪器只对机房。当地平均年雷暴日：25天以下属于少雷区，接地电阻允许≤10欧姆。与土壤电阻率相关：土壤电阻率≤100欧姆.米，接地电阻≤5欧姆；土壤电阻率100-700欧姆.米，接地电阻≤10欧姆；土壤电阻率≤700欧姆.米，需增加10-20米辐射地网。防雷和接地等电位连接三、社会效益分析11月25日中国提出具有里程碑意义的碳减排目标：到2020年我国单位国内生产总值二氧化碳排放比2005年下降40％－45％，作为约束性指标纳入国民经济和社会发展中长期规划，并制定相应的国内统计、监测、考核办法。太阳能光伏发电具有零排放、零噪音、永不枯竭等特点，建设光伏发电站具有显著的环境效益。针对新能源或低碳经济的产业振兴规划有望于今年底明年初出台，并有望于近期出台更积极的新能源支持政策。根据国家气象统计资料，结合太阳辐射量数据，每兆瓦并网发电项目全年可发清洁电量128.3万kWh（德州地区）。按照25年使用算，全寿命期总发电量：128.3×25=3207.5万度。相当于：节省