分布式光伏发电项目申请立项可行性研究论证报告.doc

沈阳工程学院分布式光伏电站可行性方案

沈阳工程学院分布式光伏发电
项目可行性研究报告

辽宁太阳能研究应用有限公司
二0一二年十二月二十七日

I

目录
1 概述 6
1.1 项目概况 6
1.2 编制依据 6
1.3 地理位置 6
1.4 投资主体 7
2 工程建设的必要性 7
2.1 国家可再生能源政策 7
2.2 地区能源结构、电力系统现状及发展规划 8
2.3 地区环境保护 8
3 项目任务与规模 8
4 太阳能资源 9
4.1 太阳能资源分析 10
4.2 太阳能资源初步评价 10
5 网架结构和电力负荷 11
5.1 电力负荷现状 11
5.2.电站厂址选择 12
6 太阳能光伏发电系统设计 13
6.1 光伏组件选择 13
6.1.1 标准和规范 13
6.1.2 主要性能、参数及配置 14
6.2 光伏阵列的运行方式设计 15
6.2.1 光伏电站的运行方式选择 15
6.2.2 倾角的确定 16
6.3 逆变器选型 16
6.4 光伏阵列设计及布置方案 20
6.4.1 光伏方阵容量 20
6.4.2 光伏子方阵设计 22
6.4.3 汇流箱布置方案 23
6.5 年上网电量估算 23
6.5.1 光伏发电系统效率分析 23
6.5.2 年上网电量估算 24
7 电气 25
7.1 电气一次 25
7.1.1 设计依据 25
7.1.2 接入电网方案 26
7.1.3 直流防雷配电柜 27
7.1.4 防雷及接地 28
7.1.5继电保护、绝缘配合及过电压保护 28
7.1.6 电气设备布置 29
7.2 电气二次 29
7.2.1 电站调度管理与运行方式 29
7.2.2 电站自动控制 29
7.2.3 继电保护及安全自动装置 30
7.2.4 二次接线 30
7.2.5 控制电源系统 30
7.2.6 火灾自动报警系统 30
7.2.7 视频安防监控系统 31
7.2.8 电工实验室 31
7.2.9 电气二次设备布置 31
7.3 通信 31
7.4 计量 31
8 工程消防设计 31
9 劳动安全与工业卫生 32
9.1 工程概述 32
9.2 设计依据、目的与任务 32
9.3 劳动安全与职业卫生潜在危害因素分析 33
9.4 劳动安全与职业卫生对策措施 33
9.4.1设备运输、吊装作业的安全措施 33
9.4.2 施工时高空作业 33
9.4.3 施工时用电作业及其它安全措施 34
9.4.4 运行期安全与工业卫生对策措施 34
10 施工组织设计 35
10.1 施工条件 35
10.1.1 主要工程项目的施工方案 35
10.1.2 施工场地及施工生活区 35
10.1.3 地方材料供应情况 35
10.1.4 动力能源供应 36
10.2 工程项目实施的轮廓进度 36
11 环境影响评价 36
11.1 工程施工期对环境的影响及防治 36
11.1.1 噪声影响及防治 36
11.1.2 扬尘、废气 36
11.1.3 运输车辆对交通干线附近居民的影响 36
11.1.4 污染物排放 36
11.2 运行期的环境影响 37
11.2.1 噪声影响 37
11.2.2 废水影响 37
11.2.3 电磁场影响 37
11.2.4 雷击 37
11.2.5 污染物排放总量分析 37
11.2.6 光污染及防治措施 37
11.3 环境效益 38
12 节能降耗 38
13 投资估算与经济分析 38
13.1 投资估算 38
13.1.1编制依据及原则 38
13.1.2 工程系统配置 39
13.2 经济技术分析 39
14 结论和建议 41
14.1 主要结论 41
14.1.1 本工程的建设是必要的 41
14.1.2 本工程的建设是可行的 41
14.1.3 本工程建设经济上是合理的 42
14.2 社会效益 42
15 项目汇总表 43

V

1 概述

1.1 项目概况
沈阳工程学院坐落于辽宁省沈阳市道义经济开发区。学院校园规划用地86万平方米，现有占地面积60余万平方米，规划建筑面积35万平方米，现有建筑面 积27万平方米，学院校园设计理念先进、结构布局时尚、功能设施完善，校园内可铺设太阳能电池方阵的建筑楼顶总面积为58336平方米，计划可安装电池组件的规划容量为2.2MW，实际装机容量为2286.78kWp，辽宁太阳能研究应用有限公司负责电站的设计及施工安装。
本工程按照“就近并网、本地消耗、低损高效”的原则，以建筑结合的分布式并网光伏发电系统方式进行建设。每个发电单元光伏组件通三相并网逆变器直接并入三相低压交流电网（AC380V，50Hz），通过交流配电线路给当地负荷供电，最后以 10kV电压等级就近接入，实现并网。由于分布式电源容量不超过上一级变压器供电区域内最大负荷的25%，所有光伏发电自发自用。以保障安全、优化结构、节能减排、促进和谐为重点，努力构建安全、绿色、和谐的现代电力工业体系。
1.2 编制依据
国家、地方和行业的有关法律、法规、条例以及规程和规范。
1.3 地理位置
本项目位于辽宁省沈阳市道义经济开发区，东经123°、北纬41°，年日照数在2200-3000小时，年辐射总量达到5000-5850 MJ/㎡，太阳能资源较好，属于三类光伏发电区域。由于交通运输等条件较好，并网接入条件优越，可以建设屋顶太阳能分布式光伏并网电站。
1.4 投资主体
本项目由辽宁能源投资（集团）有限责任公司投资兴建。
辽宁能源投资（集团）有限责任公司（简称辽宁能源），是经辽宁省人民政府批准设立的大型国有独资公司，隶属于辽宁省国有资产监督管理委员会，是省政府授权的投资主体和国有资产经营主体，是经营省本级电力建设基金和管理省级电力资产的出资人。目前拥有13家全资及控股子公司。
     辽宁能源的投资领域主要是以电力能源为主。“十一五”期间，辽宁能源逐步向节能环保和低碳经济领域拓展， 着力发展风电、太阳能发电等业务。“十二五”期间，公司将大力拓展在可再生能源和循环经济的投资。
2 工程建设的必要性
2.1 国家可再生能源政策
我国政府已将光伏产业发展作为能源领域的一个重要方面，并纳入了国家能源发展的基本政策之中。已于2006年1月1日正式实施的《可再生能源法》明确规范了政府和社会在光伏发电开发利用方面的责任和义务，确立了一系列制度和措施，鼓励光伏产业发展，支持光伏发电并网，优惠上网电价和全社会分摊费用，并在贷款、税收等诸多方面给光伏产业种种优惠。2009年12月26日第十一届全国人民代表大会常务委员会第十二次会议通过了全国人民代表大会常务委员会关于修改《中华人民共和国可再生能源法》的决定。修改后的可再生可能源法进一步强化了国家对可再生能源的政策支持，该决定将于2010 年4 月1 日起施行。本项目采用光伏发电技术开发利用太阳能资源，符合能源产业政策发展方向。
《国家能源局关于申报分布式光伏发电规模化应用示范区的通知》（国能新能[2012]298号）为契机，积极发展分布式光伏发电，形成整体规模优势和示范推广效应。依托沈阳太阳能资源丰富的优势，充分利用建筑物空间资源，发挥削峰填谷作用。通过利用学校的建筑物屋顶，积极开发建设分布式光伏发电低压端并网自发自用项目。
2.2 地区能源结构、电力系统现状及发展规划
辽宁省是我国重工业和原材料工业基地之一，在现代化建设中发挥着举足轻重的作用。2003年辽宁省全社会用电量占东北电网的50.2%，而辽宁省电源装机容量占东北地区的39.5%；2004年用电负荷极不相称，一直处于缺电状态。随着国家支持东北地区等老工业基地加快调整和改造政策的实施，辽宁省作为我国的老工业基地，一大批国有骨干企业生产规模不断扩大，社会经济全面复苏，全社会用电量和用电负荷在“十五”后两年将有一个跳跃式的发展。因此“十五”后两年和“十五”期间，辽宁省经济将伴随工业的振兴，占全社会用电量比重较大的第二产业用电量将会有较大幅度的攀升，相应的会带动第一产业和第三产业用电量的全面回升，人民生活水平也会随着社会经济的发展将有较大的改善，用电量和用电负荷将大幅度增长。
2001年、2002年、2003年2004年全社会用电量分别比上年增长2.1%、5.84%、12.16%、12.32%，全省用电量呈现加速增长趋势。2005年最大电力缺额2578MW，到2010年电力缺额为5711 MW。为了改变这种用电紧张的局面，除了正常受入黑龙江省、吉林省的盈余电力外，“十五”期间应适当考虑在辽宁本省加强电源点建设的工作。因此，建设光伏发电站，探索新能源发电，对于满足辽宁地区负荷增长的需要，振兴东北老工业基地是非常必要的。
2.3 地区环境保护
光伏系统应用是发展光伏产业的目的所在，它的应用情况代表着一个国家或地区对光伏产业的重视程度，标志着当地政府对能源及环境的认识水平。该电站的建成每年可减排一定数量的CO2，在一定程度上缓解了环保压力。
3 项目任务与规模
本工程建设于沈阳工程学院现有建筑的楼顶屋面上。项目总装机容量是2.2MWp， 25年年均发电量约为230.68万kWh。采用多晶硅光伏组件，光伏组件分别铺设在学校内的各个楼顶上，可铺设太阳能电池方阵的屋顶总面积约为58336平方米。

4 太阳能资源
辽宁省太阳资源具体的分布如下：

图4.1 辽宁省太阳能资源分布图

根据上图，可以看出辽宁沈阳为太阳能资源中等地区，年日照数在2200-3000小时，年辐射总量达到5000-5850 MJ/㎡，相当于日辐射量3.8～4.5KWh/㎡。
沈阳市属北温带大陆季风气候区，由于北部蒙古高原的干燥冷空气经常侵入，形成了半干旱半湿润易旱地区。主要气候特点为四季分明，雨热同季，日照充足，日温差较大，降水偏少。春季少雨多旱风，夏季炎热雨集中，秋季晴朗日照足，冬季寒冷降雪稀。全年平均气温5.4℃～8.7℃，最高气温37℃，最低气温-36.9℃。年均日照时数2850～2950小时, 日照率63—68%。沈阳地区太阳能辐射量年际变化较稳定，其数值区间稳定在3828.69～5507.17MJ/㎡之间，年平均辐射总量为5154.68 MJ/㎡。年降水量450～580mm,平均614.7mm，多集中在7～9月份,无霜期120～155天。属太阳能资源较丰富区，位于全省前列。
4.1 太阳能资源分析
项目所在地多年平均太阳辐射量 5200.48MJ/m²/a，属我国第三类太阳能资源区域，但从气象部门获得的太阳能总辐射量是水平面上的，实际光伏组件在安装时通常会有一定的倾角以尽可能多的捕捉太阳能。混凝土屋顶选择南向倾角41度。
1、沈阳地区的年太阳总辐射为5200 MJ/m2左右，即1444kW·h/m2左右；近6年（2004～2009年），年平均太阳总辐射量偏低，为5101.8 MJ/m2，即1417.2kW·h/m2。该地区的年日照时数为2800 h左右，年日照百分率为63%左右，太阳能资源处于全省前列。
2、太阳能资源以春季和夏季较好、冬季最差为主要特征。其中，5月份太阳辐射最强，可达到620 MJ/m2左右，12月份辐射最弱，为206 MJ/m2左右。春、夏、秋、冬四季总辐射量分别约占年总辐射量的31.31%、33.25%、21.01%和14.43%左右。
3、从日平均状况看，11~14时的太阳辐射较强，可占全天辐射量的53%左右，是最佳太阳能资源利用时段，12时前后辐射最强。
4、日照时数以7.5 h左右的天数最多，全年可达到60天左右，占14%以上；6.1~12.0h区间的天数较多，总天数为250天以上，可占全年的69%，年可利用率较高。
综上所述，沈阳市太阳能资源丰富，属辽宁省太阳能资源丰富区，可以开展太阳能发电和太阳能资源热利用项目。
4.2 太阳能资源初步评价
项目所在地太阳能资源条件较好，由于交通运输等条件较好，并网接入条件优越，可以建设屋顶太阳能光伏并网电站。
光伏电站角度的选取采用“四季均衡，保证弱季”的原则。本项目太阳能电池板采用按最佳倾角41°的方式安装在楼顶屋面上，系统年平均峰值日照时间为4.5小时，年日照总量为1600小时。
5 网架结构和电力负荷
5.1 电力负荷现状
沈阳工程学院配电服务范围内2011年最大用电负荷为2400千瓦，最小用电负荷为0.2千瓦。配电区内输电电压为10/0.4千伏，变电站容载比为1.25。变压器7台，其中2*1600kVA有1台，2*630kVA共6台，总容量1.07万千伏安。
表5.1 沈阳工程学院变电站基本负荷资料汇总表
序号
项目
数值
单位
备注
1
变电站
1.1
最大负荷
2400
kW
峰值负荷
1.2
最小负荷
0.2
kW

1.3
变电站年停电时间
10-18
min

1.4
容载比
1.25

1.5
配电变压器数量
7
台
根据配电变压器数量逐个填写配电变压器相关数据
1.6
日典型负荷
630
kW
96点/日，表格
2
配电变压器1
2.1
变电容量
0.63*2
KVA

2.2
电压等级
10/0.4
kV

2.3
低压侧馈线回路数
14
回

2.4
低压侧馈线导线截面
各路不同
mm2

3
配电变压器2
3.1
变电容量
0.63*2
KVA

3.2
电压等级
10/0.4
kV

3.3
低压侧馈线回路数
14
回

3.4
低压侧馈线导线截面
各路不同
mm2

5.2.电站厂址选择
沈阳工程学院分布式光伏发电项目拟选址在工程学院现有的建筑物楼顶上建设太阳能电站，在开发利用太阳能资源的同时节省了土地资源。根据光伏电站的区域面积、太阳能资源特征、安装条件、交通运输条件、地形条件，结合沈阳气象站的相关资料等，同时考虑光伏电站的经济性、可行性，初步规划出分布式光伏发电项目。
该项目建设地点完全按照国家有关规定规划建设，经实际考察，无遮挡现象，具有以下特点：
（1）富集的太阳光照资源，保证很高的发电量；
（2）靠近主干电网，以减少新增输电线路的投资；
（3）主干电网的线径具有足够的承载能力，在基本不改造的情况下有能力输送光伏电站的电力；
（4）离用电负荷近，以减少输电损失；
（5）便利的交通、运输条件和生活条件；
（6）能产生附加的经济、生态效益，有助于抵消部分电价成本；
（7）良好的示范性，国家电网启动分布式光伏发电支持政策。

6 太阳能光伏发电系统设计
6.1 光伏组件选择
6.1.1 标准和规范
(1) IEC61215 晶体硅光伏组件设计鉴定和定型
(2) IEC6173O.l 光伏组件的安全性构造要求
(3) IEC6173O.2 光伏组件的安全性测试要求
(4) GB/T18479-2001《地面用光伏（PV）发电系统 概述和导则》
(5) SJ/T11127-1997《光伏（PV）发电系统过电压保护—导则》
(6) GB/T 19939-2005《光伏系统并网技术要求》
(7) EN 61701-1999 光伏组件盐雾腐蚀试验
(8) EN 61829-1998 晶体硅光伏方阵 I-V特性现场测量
(9) EN 61721-1999 光伏组件对意外碰撞的承受能力(抗撞击试验)
(10) EN 61345-1998 光伏组件紫外试验
(11) GB 6495.1-1996 光伏器件 第1部分: 光伏电流－电压特性的测量
(12) GB 6495.2-1996 光伏器件 第2部分: 标准太阳电池的要求
(13) GB 6495.3-1996 光伏器件 第3部分: 地面用光伏器件的测量原理及标准光谱辐照度数据
(14) GB 6495.4-1996 晶体硅光伏器件的 I-V实测特性的温度和辐照度修正方法。
(15) GB 6495.5-1997 光伏器件 第5部分: 用开路电压法确定光伏(PV)器件的等效电池温度(ECT) 。
(16) GB 6495.7-2006 《光伏器件 第7部分：光伏器件测量过程中引起的光谱失配误差的计算》
(17) GB 6495.8-2002 《光伏器件 第8部分: 光伏器件光谱响应的测量》
(18) GB/T 18210-2000 晶体硅光伏（PV）方阵 I-V特性的现场测量
(19) GB/T 18912-2002 光伏组件盐雾腐蚀试验
(20) GB/T 19394-2003 光伏（PV）组件紫外试验
(21) GB/T 13384—1992 机电产品包装通用技术条件
(22) GB/T 191-2008 包装储运图示标志
(23) GB 20047.1-2006 《光伏（PV）组件安全鉴定 第1部分：结构要求》
(24) GB 20047.2-2006 《光伏（PV）组件安全鉴定 第2部分：试验要求》
(25) GB6495-86 地面用太阳能电池电性能测试方法；
(26) GB6497-1986 地面用太阳能电池标定的一般规定；
(27) GB/T 14007-1992 陆地用太阳能电池组件总规范；
(28) GB/T 14009-1992 太阳能电池组件参数测量方法；
(29) GB/T 9535-1998 地面用晶体硅太阳电池组件设计鉴定和类型；
(30) GB/T 11009-1989 太阳电池光谱响应测试方法；
(31) GB/T 11010-1989 光谱标准太阳电池；
(32) GB/T 11012-1989 太阳电池电性能测试设备检验方法；
(33) IEEE 1262-1995 太阳电池组件的测试认证规范；
(34) SJ/T 2196-1982 地面用硅太阳电池电性能测试方法；
(35)SJ/T 9550.29-1993 地面用晶体硅太阳电池单体 质量分等标准；
(36)SJ/T 9550.30-1993 地面用晶体硅太阳电池组件 质量分等标准；
(37)SJ/T 10173-1991 TDA75 单晶硅太阳电池；
(38)SJ/T 10459-1993 太阳电池温度系数测试方法；
(39)SJ/T 11209-1999 光伏器件 第6部分 标准太阳电池组件的要求；
(40) DGJ32/J87-2009《太阳能光伏与建筑一体化应用技术规程》；
上述标准、规范及规程仅是本工程的最基本依据，并未包括实施中所涉及到的所有标准、规范和规程，并且所用标准和技术规范均应为合同签订之日为止时的最新版本。
6.1.2 主要性能、参数及配置
6.1.2.1 主要性能
光伏组件为室外安装发电设备，是光伏电站的核心设备，要求具有非常好的耐侯性，能在室外严酷的环境下长期稳定可靠地运行，同时具有高的转换效率。本工程采用 245Wp 组件。

6.1.2.2 设备主要参数

表6.1 太阳电池组件技术参数
太阳电池种类
多晶硅
指标
单位
数据
峰值功率
Wp
245
功率偏差
w
0/+3
组件效率
%
14.7
开路电压（Voc）
V
37.2
短路电流（Isc）
A
8.37
工作电压（Vmppt）
V
30.4
工作电流（Imppt）
A
7.89
系统最大耐压
Vdc
1000
尺寸
mm
1650*992*40
重量
kg
19.5
峰值功率温度系数
%/K
-0.43
开路电压温度系数
%/K
-0.32
短路电流温度系数
%/K
0.047
运行温度范围
℃
-40～+85
最大风/雪负载
Pa
2400/5400
注：上述组件功率标称在标准测试条件（STC）下：1000W/m2、太阳电池温度 25℃
6.2 光伏阵列的运行方式设计
6.2.1 光伏电站的运行方式选择
本项目计划于沈阳工程学院楼顶斜屋安装面铺设光伏发电系统，楼顶可铺设电池板面积约为58336平方米， 可安装太阳能电池板2286.78kWp，装机容量约2.2MW。本工程按照“就近并网、本地消耗、低损高效”的原则，以建筑结合的分布式并网光伏发电系统方式进行建设。每个发电单元光伏组件通三相并网逆变器直接并入三相低压交流电网（AC380V，50Hz），通过交流配电线路给当地负荷供电，最后以 10kV电压等级就近接入，实现并网。由于分布式电源容量不超过上一级变压器供电区域内最大负荷的25%，所有光伏发电自发自用。
为了减少光伏阵列到逆变器之间的连接线及方便日后维护，建议配置光伏阵列汇流箱，该汇流箱可直接安装在电池支架上，汇流箱的输出经直流线缆接至配电房内直流配电柜，经直流配电后接至并网逆变器，逆变器的交流输出经交流配电柜接至防逆流控制柜，输出0.4KV,50Hz三相交流电源，实现用户侧并网发电功能。
6.2.2 倾角的确定
根据本项目的实际情况，结合沈阳本地太阳辐射资源情况，保持原有建筑风格，学校楼顶屋面采用41度倾角布置。
6.3 逆变器选型
光伏并网发电系统由光伏组件、并网逆变器、计量装置及配电系统组成。太阳能能量通过光伏组件转换为直流电力，在通过并网逆变器将直流电转换为电网同频率、同相位的正弦波电流，一部分给当地负载供电，剩余电力馈入电网，本系统逆变器采用合肥阳光电源有限公司生产的型号为SG100K3，功率为100KW的逆变器。这样根据光伏组件的电压变化和温变化范围，可保证绝大多数直流输出电压范围均在MPPT范围内，汇流后进入一台逆变器可保证输出电压变化不超出设备最大功率跟踪范围内（450V-820V），并不超过设备安全电压1000V。
阳光电源生产的光伏并网逆变器具有根据天气变化自动启停及最大功率跟踪控制功能。当系统出现异常时可以使逆变器自动停止工作并安全与系统脱离。逆变器的控制选用电压型电流控制方式，输出基波功率因数大于等于95%，电流各次谐波不得大于3%。

图6-2 SG100K3逆变器外观图
SG100K3逆变器具有以下特点：
和谐电网 • 零电压穿越功能
• 有功功率连续可调（0～100%）功能
• 无功功率可调，功率因数范围超前0.9至滞后0.9
高效发电 • 含变压器最高转换效率达97.0%
• 高精度电能计量装置
方案灵活 • 25℃～＋55℃可连续满功率运行
• 适用高海拔恶劣环境，可长期连续、可靠运行
• 加热除湿功能（可选）
其主要技术参数列于下表：
表6-2 SG100K3并网逆变器性能参数表
型号
 SG100K3
直流侧参数

最大直流电压
900Vdc
最大直流功率
113kWp
满载MPP电压范围
450~820V
最大输入电流
250A
交流侧参数

额定输出功率
100kW
额定电网电压
400Vac
允许电网电压
310~450Vac 
额定电网频率
50Hz/60Hz
允许电网频率
47~51.5Hz/57~61.5Hz
总电流波形畸变率
<3%（额定功率）
功率因数
>0.99（额定功率）
系统

最大效率
97.0%（含变压器）
欧洲效率
96.4%（含变压器）
防护等级
IP20（室内） 
允许环境温度
-25~+55℃
冷却方式
风冷
允许相对湿度
0~95%,无冷凝 
允许最高海拔
6000米 
显示与通讯

显示
触摸屏
标准通讯方式
RS485
可选通讯方式
以太网/GPRS
机械参数

外形尺寸（宽x高x深）
1015x1969x785mm
净重 
925kg

选择使用的阳光电源的SG50K3电站型光伏逆变器；转换效率高达98.7%；户内型、户外型、集装箱型产品设计；适用于大中型电站项目，具有适应各种自然环境、符合各项并网要求、发电量高、可靠稳定的特点。

图6-3 SG50K3逆变器外观图
其主要技术参数列于下表：
表6-3 SG50K3并网逆变器性能参数表
型 号
SG50K3
输 入 数 据　
最大直流输入功率（W）
57kWp
直流输入电压范围，MPPT（V）
450-820
允许最大直流输入电压（V）
900
允许最大直流输入电流（A）
130
输出数据
额定交流输出功率（W）
50kW
额定电网电压 (V)
440Vac
最大交流输出电流（A）
80
电网工作频率范围（Hz）
50/60
功率因数
0.95
电流总谐波畸变率THD（%）
<3%
效率
最大效率（%）
96.6%
欧洲效率（%）
95.7%
保护功能
过/欠压保护，过/欠频保护，防孤岛效应保护，过流保护，防反放电保护，极性反接保护，过载保护，过温保护
防护等级及环境条件
外壳防护等级
IP20
工作环境温度 (℃)
-25 ~ +55
最高海拔(m)
2000
相对湿度
<95%,无冷凝
冷却方式
风冷
显示和通讯
显示
LCD液晶触摸显示屏
标准通讯方式
RS-485、以太网
电网监测
具备
接地故障监测
具备
认证情况
金太阳认证（鉴衡CGC认证）
体积和重量
宽/高/深（mm）
820/1984/646
重量（kg）
643

6.4 光伏阵列设计及布置方案
6.4.1 光伏方阵容量

以教学楼D座为例进行设计，D座楼顶并网发电系统将采用分布式并网的设计方案，单台并网逆变器装机容量为100KW，容量103.6kW的太阳能电站通过1台SG100k3并网逆变器接入 0.4kV 交流电网实现并网发电。下面以单机100KW光伏组件汇入并网逆变器为例，进行并网电站的设计。
本项目的电池组件可选用英利公司自产的功率245Wp 的多晶硅太阳电池组件，其工作电压约为30.2V，开路电压约为 37.8V。根据SG100k3并网逆变器的 MPPT 工作电压范围（450V～820V）， 每个电池串列按照 20 块电池组件串联进行设计，100kW 的并网单元需配置 20 个电池串列，逆变器装机容量为100KW，需太阳能电池板共400块。
为了减少光伏电池组件到逆变器之间的连接线，以及方便维护操作，建议直流侧采用分段连接，逐级汇流的方式连接，即通过光伏阵列防雷汇流箱（简称“汇流箱”）将光伏阵列进行汇流。此系统还要配置直流防雷配电柜，该配电柜包含了直流防雷配电单元。其中：直流防雷配电单元是将汇流箱进行配电汇流接入SG100k3逆变器；经三相计量表后接入电网。
另外，系统应配置 1 套监控装置，可采用 RS485 或 Ethernet（以太网）的通讯方式，实时监测并网发电系统的运行参数和工作状态。100KW光伏并网发电示意图如图6-1所示。D座项目将1台逆变器并联接入0.4KV电网。

图6-4 并网发电示意图

本项目光伏组件铺设在工程学院的各个楼顶的屋面上。各区域面积及装机容量如表6.4所示：

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表6.4 沈阳工程学院分布式光伏电站项目汇总表
名称
楼顶面积（m2）
装机容量(kW)
国际交流中心
1368
53.6256
大学生活动中心
3786
148.4112
行政楼
2667
104.5464
教学楼A座
2636
103.3312
教学楼B座
1105
43.316
教学楼C座
3038
119.0896
教学楼D座
2966
116.2672
实训A座
2556
100.1952
实训B座
2265
88.788
实训C座
2660
104.272
实训D座
2642
103.5664
实训E座
2887
113.1704
实训F座
2568
100.6656
图书馆
2238
87.7296
科技园
1452
56.9184
综合服务中心
1080
42.336
宿舍楼*11
12419
486.8248
独身公寓
1092
42.8064
外教公寓
1600
62.72
教工食堂
1698
66.5616
学生1食堂
900
35.28
学生2食堂
485
19.012
学校医院
691
27.0872
学校浴池
605
23.716
学校变电所
320
12.544
学校物业办公室
612
23.9904
总计
58336
2286.7712

6.4.2 光伏子方阵设计
6.4.2.1 光伏子方阵容量
考虑到房屋的实际情况每个光伏方阵容量、汇流箱、直流汇流屏及逆变器等因素，经技术经济比较后确定光伏子方阵的容量为 100kW 和50kW。

6.4.2.2 光伏组件布置方式
根据选定的光伏组件和逆变器形式与参数，结合逐时太阳能辐射量与风速、气温等数据，确定晶硅光伏组件组串数为：20，汇流形式为：12进1出。
6.4.2.3 光伏组件支架设计
本项目光伏组件直接安装在支架上。
6.4.3 汇流箱布置方案
汇流箱安装在支架或钢构上，具有防水、防灰、防锈、防晒，防雷功能，防护等级IP65 及以上，能够满足室外安装使用要求；安装维护简单、方便、使用寿命长。直流汇流箱为12路输入1路输出，带防雷模块。
柜体可采用的不锈钢板，不锈钢板的厚度≥1.2mm；框架和外壳具有足够的刚度和强度，除满足内部元器件的安装要求外，还能承受设备内外电路短路时的电动力和热效应，不会因设备搬运、吊装、运输过程由于受潮、冷冻、撞击等因数而变形和损坏。柜体的全部金属结构件都经过特殊防腐处理，以具备防腐、美观的性能；通过抗震试验、内部燃弧试验；柜体采用封闭式结构，柜门开启灵活、方便；元件特别是易损件安装便于维护拆装，各元件板应有防尘装置；柜体设备要考虑通风、散热；设备应有保护接地。汇流箱进线配置光伏组件串电流检测模块，模块电源自供；功耗小于 15W；串行通讯接口1 个，RS485 方式；采样处理12路光伏电池板电流（0～12A），采样精度不低于0.5%。
可根据监控显示模块对每路电流进行测量和监控，可远程记录和显示运行状况，无须到现场。

6.5 年上网电量估算
6.5.1 光伏发电系统效率分析
并网光伏系统的效率是指:系统实际输送上网的交流发电量与组件标称容量在没任何能量损失的情况下理论上的能量之比。标称容量 1kWp 的组件，在接受到 1kW/ m2太阳辐射能时理论发电量应为 1kWh。 根据太阳辐射资源分析所确定的光伏电站多年平均年辐射总量，结合初步选择的太阳能电池的类型和布置方案，进行光伏电站年发电量估算。光伏系统总效率暂按75%计算。
6.5.2 年上网电量估算
多晶硅组件在光照及常规大气环境中使用会有衰减，光伏组件的光电转换效率衰减速率为第2年不超过 2％，10年不超过10％，25年衰减不超过20%。
按沈阳地区年平均有效发电日辐照量为4.606( kWh/m2.a)，平均年有效发电辐照量1681.28( kWh/m2.a)计算。平均年有效发电小时数1681.28小时计算。
沈阳工程学院分布式光伏电站项目装机容量为2286.78kWp。
全年发电量约等于：2286.78×1681.28＝33844702.68kWh=384.5万kWh
光伏电站占地面积大，直流侧电压低，电流大，导线有一定的损耗，本工程此处损耗值取2%。
大量的太阳能电池板之间存在一定的特性差异，不一致性损失系数取3%；
考虑太阳能电池板表面即使清理仍存在一定的积灰，遮挡损失系数取5%；
光伏并网逆变器的效率（无隔离变压器，欧洲效率）约为98%～98.5%，
干式变压器的效率达到98.7%。
考虑到光伏电厂很少工作在满负荷状态，绝大多数时间都工作在较低水平，且晚上不发电时还存在空载损耗，故本工程逆变器效率按98%计算，
升压变压器效率按98%考虑（两级升压，损耗需考虑两次）；
早晚不可利用太阳能辐射损失系数3%，
光伏电池的温度影响系数按2%考虑，
其它不可预见因素损失系数2%。
系统效率为：98%×97%×95%×98%×98%×98%×97%×98%×98%=79.18%
全年上网电量约等于：33844702.68×79.18%＝3044235.58kWh=304.4万kWh
按照实际装机容量2286.78kWp计算的上网年等效利用小时数为：
195691.91kWh÷2286.78kW=1331.23小时
组件使用10年输出功率下降不得超过使用前的10%：组件使用20年输出功率下降不得超过使用前的20%：组件使用寿命不得低于25年。
在计算发电量时，需要主要考虑以下损失：交、直流线路损失3%；光伏组件表面尘土遮盖损失8%-10%；逆变器损失5%-10%；环境温度造成的发电量损失2%；
折合以上各折减系数，光伏系统总效率为75％。
根据太阳辐射能量、系统组件总功率、系统总效率等数据,可预测2286.78kWp光伏发电系统的年总发电量。
预测发电量＝系统容量×光伏组件表面辐射量×系统总效率。
按以上公式计算，将水平面的太阳辐射折算到单轴跟踪系统的光伏阵列平面上进行仿真计算， 沈阳工程学院校园内可铺设太阳能电池方阵的建筑楼顶总面积为58336平方米，计划可安装电池组件的规划容量为2.2MW，实际装机容量为2286.78kWp，得出首年发电量为288.35万kWh, 则整个并网发电系统的25年总发电量为7208.8万kWh，考虑系统25年输出衰减20%，则年平均发电量为230.68万kWh。

7 电气
7.1 电气一次
7.1.1 设计依据
SJ/T11127-1997 《光伏（PV）发电系统过电压保护—导则》
GB/T 19939-2005 《光伏系统并网技术要求》
GB/Z 19964-2005 《光伏发电站接入电力系统的技术规定》
GB/T 20046-2006 《光伏系统电网接口特性》（IEC 61727：2004）
GB 12326-2000 《电能质量电压波动和闪变》
GB12325-2003 《电能质量电力系统供电电压允许偏差》
GB／T14549-1993 《电能质量公用电网谐波》
GB50057-2000 《建筑物防雷设计标准》
DL/T 448-2000 《电能计量装置技术管理规程》
GB50217-2007 《电力工程电缆设计规范》
DL/T404-2007 《3.6kV ～ 40.5kV交流金属封闭开关设备和控制设备》
GB/T 15543-1995 《电能质量 三相电压允许不平衡度》
GB/T15945-1995 《电能质量 电力系统频率允许偏差》
GB 4208-2008 外壳防护等级（IP 代码）
GB/T4942.2-1993 低压电器外壳防护等级
DL/T 5044-2004 电力工程直流系统设计技术规程
7.1.2 接入电网方案
接入特点与方式：
※ 就近低压并网，降低损耗，提高效率；