分布式光伏发电车棚及储能充电桩项目技术方案

光伏车棚充电桩设计方案1分布式光伏发电车棚项目技术方案 2 2 3 3 4 123.2光伏组件排列布置设计 17 20 21 4.1理论发电量 244.2逐年理论发电量 4.3光伏发电系统效率分析 264.4年发电量估算 274.5经济效益 274.6环保综合效益 28 29 302分布式光伏发电车棚项目技术方案***市地处河南省西北部，黄河北畔，太行山南麓，处于华北、华东、华中市境东西长102.05公里，南北宽75.43公里，土地总面积4000.89平方公里。东与新乡市的获嘉县、辉县市、原阳县毗邻，南隔黄河与郑州市及其所辖的荥阳县、巩义市和洛阳市的偃师县、孟津县相望，西与济源市相邻，北与山西省晋城市接壤。被香港特区政府、香港《大公报》及全球23家驻港领事馆联合授予***市属温带大陆性季风气候，日照充足，冬冷夏热、春暖秋凉，四季分明，年平均降水量600-700毫米，无霜期200天。年平均气温12.8℃-14.8℃,7月最热，月均气温为27-28℃,1月最冷，月均气温为-3-1℃,历史极端最高43.6℃(1966年6月22日),历史最低气温：-22.4℃(1990年2月1日)。年平均日照时数为2422.7小时，年均太阳总辐射量为4625～5020MJ/m²,年活动积温在4500℃-4900℃,光热资源充足，***属于太阳辐射资源丰富区，适合建设光伏分布式发电项目。项目建设于河南省***市工业集聚区。项目地点经纬度(北纬35.225,东经113.148)。项目分为科技大厦、新能源厂区和化工厂区3个地点的自行车或汽车车棚光伏项目，以及充电桩储能供电系统。光伏组件总装机容量707.84kWp,直流充电桩功率20kW*32(个)、交流充电桩功率4.5kW*32(个)、电动自行车充电功率0.2kW*120(个),锂电池储能6000kW·h,能量转换系统PCS容量为车棚光伏发电经组串式逆变器接入400V用户侧并网，采取“自发自用、余量上网”模式。电动汽车退役电池构造储能电池系统，在波谷电价时段电网通过能量转换系统(PCS)向储能电池系统充电，在波峰电价时段储能系统通过能量转换系统(PCS)向汽车充电桩或本地负荷供电，以实现电价差价收益的最大化。分布式光伏发电车棚项目技术方案极端最高气温极端最低气温极端最高气温极端最低气温多年平均气温年平均日照时数多年平均降雨量多年积雪最大厚度地震烈度最大风速年平均日照时数多年平均降雨量多年积雪最大厚度地震烈度最大风速海拔高度污秽等级2设计依据动峰值加速度为0.10g,设防烈度VII度《电力工程电缆设计规范》《光伏系统并网技术要求》《分布式电源与电力系统进行互连的标准》《分布式电源与电力系统的接口设备的测试程序》《光伏并网系统用逆变器防孤岛测试方法》《民用建筑电气设计规范》《建筑物防雷设计规范》《光伏发电站接入电力系统技术规定》《光伏(PV)系统电网接口特性》《电能质量供电电压偏差》《电能质量电压波动和闪变》《电能质量公用电网谐波》《电能质量三相电压不平衡》《电能质量公用电网间谐波》《供配电系统设计规范》3《10kV及以下变电所设计规范》3分布式光伏发电车棚项目技术方案4分布式光伏发电车棚项目技术方案《城市中低压配电网改造技术导则》《城市电力电缆线路设计技术规定》《电能计量装置技术管理规程》《电能计量装置安装接线规则》《城市电力网规划设计导则》《电力系统无功补偿配置技术原则》《城市配电网技术导则》《配电自动化技术导则》《分布式发电接入电网技术规定》《储能系统接入配电网技术规定》《国家电网公司光伏电站接入电网技术规定》《400V以下低压并网光伏发电专用逆变器技术要求和试验方法》3整体方案设计项目分为科技大厦、新能源厂区和化工厂区3个地点的电动自行车和汽车车棚光伏项目，以及以上三个项目地的充电桩储能供电系统。光伏组件总装机容量707.84kWp,直流充电桩功率30kW*32(个)、交流充电桩功率7kW*32(个)、电动自行车充电功率0.2kW*120(个),锂电池储能6000kW·h,能量转换系统PCS容量为150kW*4(个)和PCS容量为100kW*2(个)。三个项目地点车棚光伏与充电桩设计如下：在科技大厦停车区域建设汽车停车棚，采用多晶硅光伏组件作为车棚材料，建设分布式光伏发电系统。科技大厦——汽车车棚项目东西50米*南北6米*高2.5米*2个汽车停车位40个光伏组件数量逆变器50kW组串型逆变器*2台4分布式光伏发电车棚项目技术方案5新能源厂区——自行车车棚项目5停车位6光伏组件数量逆变器30kW组串型逆变器*2台新能源厂区——汽车车棚项目东西50米*南北6米*高2.5米*2个停车位40个光伏组件数量逆变器50kW组串型逆变器*2台73、化工厂区——自行车和汽车车棚项目在化工厂区北门处建设自行车停车棚和汽车停车棚。自行车车棚采用260W多晶硅光伏组件作为自行车车棚材料，保留车棚原有支架，进行加固。汽车停车棚采用260W多晶硅光伏组件作为车棚材料，建设分布式光伏发电系统。化工厂区——自行车车棚项目东西6米*南北35米*10个停车位光伏组件数量7逆变器30kW组串型逆变器*10台8化工厂区——汽车车棚项目单排：东西20米*南北6米*高2.5米*4个双排：东西15米*南北12米*高2.5米*2个停车位光伏组件数量逆变器30kW组串型逆变器4台9光伏发电系统交流配分布式光伏发电车棚项目技术方案锂电池储能系统采用电动汽车退役电池构成。三个项目地分别配置功率为根据业主峰谷分时电价：早上8点-中午12点0.96元中午12点-下午6点0.62元1)车棚光伏发电利用：在电价低谷时段由电网向其充电(晚上10点-早上8点，800kW功率PCS向锂电池储能系统充电7.5个小时，即可充满2000kW-h电池容量)。系统释放电能供本地负荷使用。总结：通过利用PCS锂电池储能系统的电能双向流动和峰谷分时电价，即峰电价时段减少本地负荷用电量，节省了电费。充电桩系统分为两种：30kW直流充电桩和7kW交流充电桩(可以两者都采用或选用某一种)。直流充电桩直接将锂电池储能系统直流电经DC-DC变换，获得电能输出。是造价便宜，但输出功率小，电动汽车充电速度慢。分布式光伏发电车棚项目技术方案充电桩功率分布式光伏发电车棚项目计功率370kW)桩+40个电动自行车充电位(合计功率378kW)+80个电动自行车充电位(合计功率468kW)个电动自行车充电位光伏组件数量件200片1956*992mm规格310储能系统科技大厦：储2000kWh化工厂区：储2000kW-h所需***回收电池数量(按照回收电池50%衰减计算)储能系统充电时间分布式光伏发电车棚项目分布式光伏发电车棚项目技术方案(1)高转换效率高逆变器转换效率包括最大效率和欧洲效率，欧洲效率是对不同功率点效率的加日照强度不断变化的，因此选型过程中应选择欧洲效率高的逆变器。(2)直流输入电压范围宽而延长发电时间，增加发电量。(3)优质的电能输出对电网质量造成污染。在输出功率≥50%额定功率，电网波动<5%的情况下，逆变器的交流输出电流总谐波畸变率(THD)<3%。保持在1.0附近。确保电网的安全。(5)系统频率异常响应分布式光伏发电车棚项目技术方案具备一定的耐受系统频率异常的能力。(6)通信功能警信息等上传至电站监控系统。最大输入功率最大输入电压启动电压MPP电压范围满载MPP电压范围MPPT数量2每路MPPT最大输入组串数5输出分布式光伏发电车棚项目技术方案最大输出功率(PF=1)最大输出视在功率直流分量功率因数范围>0.99@满功率，(可调范围0.8超前~0.8滞后)保护孤岛保护低电压穿越直流反接保护交流短路保护漏电流保护直流开关直流保险丝过压保护2级防雷器(40KA)最大效率分布式光伏发电车棚项目技术方案夜间自耗电工作温度范围相对湿度0~95%无凝露分布式光伏发电车棚项目技术方案冷却方式4000m(>3000m降额)动态图形液晶通讯RS485(RJ45端子)直流端子交流端子压线框端子认证金太阳认证，3c机械尺寸(宽×高×深)安装方式壁挂式重量技术参数最大输入功率最大输入电压启动电压MPP电压范围满载MPP电压范围MPPT数量1每路MPPT最大输入组串数输出分布式光伏发电车棚项目技术方案最大输出功率(PF=1)最大输出视在功率分布式光伏发电车棚项目技术方案<3%(额定功率)直流分量功率因数范围>0.99@满功率，(调范围0.8超前~0.8滞后)保护孤岛保护低电压穿越直流反接保护交流短路保护漏电流保护直流开关直流保险丝过压保护最大效率夜间自耗电工作温度范围相对湿度0~100%无冷凝冷却方式分布式光伏发电车棚项目技术方案4000m(>3000m降额)动态图形液晶通讯RS485(选配以太网)分布式光伏发电车棚项目技术方案直流端子交流端子螺丝压接端子认证BDEW,金太阳认证，GB/T19964,GB/T29319机械尺寸(宽×高×深)安装方式壁挂式重量3.2.1光伏组件选型1)选型原则根据2015年2月5日国家能源局综合司颁布的《关于征求发挥市场作用促进光伏技术进步和产业升级意见的函》(国能综新能[2015]51号)规定：严格执行光伏产品市场准入标准。自2015年起，享受国家补贴的光伏发电标要求。其中，多晶硅电池组件转换效率不低于15.5%,单晶硅电池组件转换效型不得低于96%,不带变压器型不得低于98%。所以多晶硅光伏组件容量应选择255wp及以上，才能保证转换效率不低于3)组件效率为15.5%;分布式光伏发电车棚项目技术方案4)组件稳定功率衰减：1-3年总衰减≤5%,1-10年总衰减≤10%,1-25年总衰减综合考虑组件效率、技术成熟度、市场占有率，本项目选用260、310Wp分布式光伏发电车棚项目技术方案多晶硅光伏组件，相关性能参数如下：序号参数指标参数指标参数指标1峰值功率2峰值电压34开路电压5短路电流6功率温度系数78短路电流温度系数9额定电池工作温度工作温度重量外形尺寸2)光伏阵列设计原则以本项目所用30kW并网逆变器为例，30kW并网逆变器的直流工作电压范围为：480Vdc~800Vdc,考虑太阳能光伏组件串联的组件数量N:KK'-伏组件的工伏组件的工作电压分布式光伏发电车棚项目技术方案温度系数；t-光伏组件工作条件下的极限低温(℃);t-光伏组件工作条件下的极限高温(℃);Vdcmax-逆变器允许的最大直流输入电压(V);分布式光伏发电车棚项目技术方案V-光伏组件开路电压(V);N-电池组件串联数(N取整数)。经计算得：串联光伏电池数量N为：19≤N≤24,根据场址区的气候环境结合电池组件温度修正参数以及逆变器最佳输入电压等，经修正计算后太阳电池组件的串联数。组件的并联数应根据系统容量、逆变器数量、组件容量和串联数来确定，具体计算公式如下：3.2.2组件支架设计(1)支架选型支架采用Q235B冷轧钢板或者铝型材，材质的选用和支架设计应符合国家标准《钢结构设计规范》GB50017的规定。支架的防腐应符合下列要求：1)横梁、彩钢瓦夹具、横梁连接件均采用先加工后热浸镀锌，锌层应符合GB/T13912-2002锌层厚度不小于65um,铝合金表面阳极氧化原色AA15级。2)本项目所有螺栓应符合现行国家标准《六角螺栓-C级》(GB5780)的规定,具备现场防腐要求。3)边压块和中压块采用铝合金材料；4)根据《建筑抗震设计规范》(GB50011-2010),支架系统抗震烈度为7度，工程区地震动峰加速度为0.1g,地震动反应谱特征周期为0.40S。5)固定支架选用防腐的钢型材，所有连接处(焊接处)应可靠连接，避免松动，要求能够耐室外风霜雨雪等的腐蚀。分布式光伏发电车棚项目技术方案6)固定支架能满足安装倾角要求、抗风要求、抗雪压要求、抗震要求、耐腐蚀性要求、安全性要求、通用性要求、快速安装要求。(2)倾角设计分布式光伏发电车棚项目技术方案为了使光伏方阵表面接收到更多太阳能量，根据日地运行规律，方阵表面最好是朝向赤道(方位角为0度)安装。本工程中为了最大化利用车棚面积，组件安装采用平铺方式。(1)选型原则1)环境条件校验：a)环境温度c)风速e)海拔高度2)光伏发电站电线、电缆的选择与敷设设计，应符合《电力工程电缆设计规范》GB50217的规定，电线、电缆截面应进行技术经济比较后选择确定。3)集中敷设于沟道、槽盒中的电缆宜选用C类或C类以上的阻燃电缆。4)光伏组件之间及组件与汇流箱之间的电线、电缆应有固定措施和防晒措施。5)电缆敷设可采用直埋、电缆沟、电缆桥架、电缆线槽等方式。动力电缆和控制电缆宜分开排列并满足最小间距要求。6)电缆沟严禁作为排水通路。7)远距离传输时网络电缆宜采用光纤电缆。8)电缆额定电压的选取1)交流系统中电力电缆缆芯的相间额定电压，不低于使用回路工作线电压。2)交流系统中电力电缆缆芯与绝缘屏蔽或金属套之间额定电压的选择，应符℃中性点直接接地或经低阻抗接地的系统当接地保护动作不超过1min切除故障时，应按100%的使用回路工作相电压。分布式光伏发电车棚项目技术方案℃对于a项外的供电系统，不宜低于133%的使用回路工作相电压；在单相接地故障可能持续8h以上，或发电机回路等安全性要求较高的情况，宜采取173%的使用回路工作相电压。分布式光伏发电车棚项目技术方案3)交流系统中电缆的冲击耐压水平，应满足系统绝缘配合要求。4)直流输电用电缆绝缘水平，应计及负荷变化因素、满足内5)控制电缆额定电压的选择，应不低于该回路工作电压、满足可能经受的暂℃沿较长高压电缆并行敷设的控制电缆(导引电缆),选用相适合的额定电压。或在有良好屏蔽时可选用450/750V。小时，可选用较低的额定电压。(2)电缆型号根据选型条件，本园区所选用电缆的型号规格如下：1)从光伏阵列串输出至汇流箱电缆选用PV1-F1×4mm²;2)50KW隔离变输出电缆选用ZC-YJV22-0.6/1-3*35mm²+1*16mm²;3.4储能系统和PCS设计置可用于新能源电站、电动汽车充换电站、城市储具有良好的应用前景。分布式光伏发电车棚项目技术方案所需***回收电池数量大约需要33万支***3.7V10Ah锂电池(按照回收电池50%衰减计算)分布式光伏发电车棚项目技术方案12三相四线3工频变压器隔离45过载能力6无功范围789额定功率下功率因数≥0.99(充电)-0.95～+0.95可设(放电)充放电切换时间额定功率下并离网切换时间分布式光伏发电车棚项目技术方案分布式光伏发电车棚项目技术方案输出电压失真度额定线性负载输出频率范围直流侧参数直流母线最高电压直流电压范围直流电压纹波系数直流稳压精度直流稳流精度1噪声距装置1m处重量允许环境温度-20℃~+55℃冷却方式允许相对湿度0～95%无冷凝显示和通信人机界面触摸屏(网关+触摸屏)通信接口通信规约分布式光伏发电车棚项目技术方案交流交流断路器u2iL3滤波器直流接触器交流接触器隔离变压器4发电量与效益分析根据工程所在地各月平均太阳总辐射量可得出本工程月及年峰值日照小时数。峰值日照小时数：将太阳能电池组件所在平面上某段时间段内所能接收到的太阳辐射量，转换为辐照强度1000W/m²标准工况下条件下的等效小时数称峰值日照小时数。若太阳能电池组件在1h中接收到的太阳辐射量为1kWh/m².a,由以上峰值日照小时定义，可得其峰值日照小时数t:t=(1kWh/m².a)/(1000由于太阳能电池组件的峰值功率均在1000W/m²条件下标定，因此采用峰值日照小时数乘以光伏电站的装机容量即为光伏电站的最大理论发电量。本方案中共安装4320块标准容量为260Wp的多晶硅光伏组件，总装机容量为1123.2KWp。选用的光伏组件尺寸为1640mm*992mm*40mm,安装方式为支架固定倾斜安装。项目全部光伏组件峰值日照小时数及发电量如表10所示。日辐射(kWh/m²/日)(万kW●h)2月份4月份合计经计算，得出本工程光伏阵列年理论发电量为107.2349万kW·h,年峰值日照4.2逐年理论发电量光伏电站的第一年理论发电量为光伏电站的最大理论发电量乘太阳电池组件第一年的衰减系数。本工程所选多晶硅太阳电池组件第一年的衰减系数为8%,故光伏电站的第一年理论发电量为年理论发电量乘以组件衰减系数。本工程组件最佳安装倾角下所获得的逐年理论发电量分别见表11。年份第2年第3年第4年第5年第6年第7年第8年第9年第10年第11年第21年第13年第14年第15年第16年第17年第18年第19年第20年第21年第22年第23年第24年第25年电站建成后，本工程全部光伏装机容量未考虑系统损耗下25年总发电量为4.3光伏发电系统效率分析太阳能光伏发电系统效率包括：太阳电池老化效率，交、直流低压系统损耗及其他设备老化效率，逆变器效率，变压器及电网损耗效率；结合国内外相关工程实际发电情况和经验系数，各效率系数取值如下：(1)直流电缆损耗：2%;(2)防反二极管及线缆接头损耗：1.5%;(3)电池板不匹配造成的损耗：4%;(4)灰尘遮挡损耗：2%;(5)交流线路损耗：0.8%;(6)逆变器损耗：2%;(7)不可利用的太阳辐射损耗：1.2%;(8)系统故障及维护损耗：1%;(9)变压器损耗：3%;(10)温度影响损耗：4%;经计算分析，系统的综合效率为81%。4.4年发电量估算逐年理论计算发电量，分别见表12。年份年份第14年第2年第15年第3年第16年第4年第17年第5年第18年第6年第19年第7年第20年第8年第21年第8年第22年第10年第23年第11年第24年第12年第25年第13年合计由以上表格可知，本工程全部光伏阵列考虑系统损耗下25年总发电量为万kW-h,连续运行25年期累计发电量为1959.4813万kW·h。》光伏发电节约电费：因光伏装机规模相对于***各工厂用电负载功率较年，每年电费收益约62.703万元(用电电价平均按0.8元计算),光伏电站25年的设计寿命，预计电费节约1567.59万元；光伏发电国家补贴：0.42/kWh*78.3793万kWh/年=32.92万/年，20年的补贴款为：658.39万元；充电桩充电收益：充电桩采用收费模式，市场价格在1.5～2.0元/kWh,按照1.5元/kWh收费，减去夜晚储能电力成本和损耗，按照1.0元/kWh的利润，充电桩一天按照30%的利用率计算，每日收益为：1.0元/kWh*(30kW*32个+7kW*32个充电桩+0.2kW*120自行车充电桩)*24h*20%=5798.4元，每年按照280个工作日计算，每年收益162.3万元；储能系统节约电费：充电桩的储能系统在电力需求低谷时低价充电，在电力需求高峰时除了向充电桩输出电能，还可向本地负荷供电从而节约电费，每度电节约0.67元，减去充放电损耗，按照每度电节约0.5元计算，电池放电深度按照80%考虑，每日可节约：0.5元/kWh*6000kWh*0.8=2400元，每年可节约电费87.6万元；项目建成后，预计每年收益为345.2万元4.6环保综合效益光伏发电对环境没有污染，发电过程中没有温室气体排放，是太阳能光伏发电的巨大优势。目前我国主要的电力供应还是来自煤炭燃烧的火力发电方式，在煤炭燃烧的过程中，会排放出大量的有害气体如二氧化硫等，对环境造成污染，还会排放出大量的二氧化碳。众所周知，二氧化碳是一种温室气体，它的超量排放是全球变暖的一个重要因素。光伏发电系统运行后，完全是“零”排放。按照光伏发电系统稳定运行25年计算，本光伏发电系统理论累计发电量可达1959.5万度，相当于节约标准煤7054.1吨，相当于减少二氧化碳温室气体的排放19536.0