房地产公司商场楼顶光伏系统初步设计方案-毕业论文.doc

房地产公司商场楼顶
分布式光伏发电系统

初步设计方案

2014年4月
目录
一、 项目概况 3
二、 项目建设的意义 3
1. 政策驱动 3
2. 资源优势 4
3. 建设条件 6
三、 并网光伏发电系统方案设计简述 6
四、 并网光伏发电系统设计 8
1. 光伏发电系统设计原则 8
2. 设计规范 8
3. 电气设计 10
4. 组件安装支架设计 10
5. 电气设备选型 11
5.1 智能汇流箱 11
5.2直流配电柜(备选) 12
5.3 逆变器 12
5.4 交流配电柜 13
五、 光伏发电系统经济效益分析 14
六、 屋顶荷载设计所需光伏系统数据 14
七、 光伏发电系统设备清单 15

一、 项目概况
众力公司商场楼设计为五层综合楼，商场楼总建筑面积25000m2，商场配电设计采用两台800KVA变压器，根据平罗房地产公司规划，拟在商场楼顶安装太阳能光伏并网发电系统，商场楼楼顶建筑面积5000m2，目前该商场建筑施工图正在深化设计之中。
二、 项目建设的意义
1. 政策驱动
光伏发电是我国重要的战略性新兴产业，大力推进光伏发电应用对优化能源结构、保障能源安全、改善生态环境、转变城乡用能方式具有重大战略意义。分布式光伏发电应用范围广，在城乡建筑、工业、农业、交通、公共设施等领域都有广阔应用前景，既是推动能源生产和消费革命的重要力量，也是促进稳增长调结构促改革惠民生的重要举措。各地区要高度重视发展分布式光伏发电的重大战略意义，主动作为，创新机制，全方位推动分布式光伏发电应用。
《国家发改委关于发挥价格杠杆作用促进光伏产业健康发展的通知》（发改价格【2013】1638号）：
分布式光伏发电价格
（一）对分布式光伏发电实行按照全电量补贴的政策，电价补贴标准为每千瓦时0.42元（含税，下同），通过可再生能源发展基金予以支付，由电网企业转付；其中，分布式光伏发电系统自用有余上网的电量，由电网企业按照当地燃煤机组标杆上网电价收购。
（二）对分布式光伏发电系统自用电量免收随电价征收的各类基金和附加，以及系统备用容量费和其他相关并网服务费。
（三）电网企业要积极为光伏发电项目提供必要的并网接入、计量等电网服务，及时与光伏发电企业按规定结算电价。同时，要及时计量和审核光伏发电项目的发电量与上网电量，并据此申请电价补贴。
2. 资源优势
我国太阳能资源非常丰富，理论储量达每年17000亿吨标准煤。根据气象部门的调查、测算：我国太阳能年总辐射量最大值在青藏高原，高达10100MJ/m2，最小值在四川盆地，仅3300MJ/m2．从大兴安岭南麓向西南穿过河套，向南沿青藏高原东侧直至西藏南部，形成一条等值线。此线以西为太阳能丰富地区，年日照时数≥3000h，这是由于这些地区位处内陆，全年气候干旱、云量稀少所致；此线以东地区（即我国东北、华北、长江中下游地区）以四川最小，由此向南、北增加，广东沿海较大，台湾和海南西部年日照时数可达2400h/a -2600h/a；内蒙古东部、华北较大，至东北北部又趋减小。由于丰富区和较丰富区占国土面积2/3以上，因而我国是一个太阳能资源丰富的国家，开发、利用前景看好。
宁夏回族自治区位于N 35°14′-N 39°23′,E104°17′-E 107°39′之间，地处中国西部的黄河上游地区。宁夏东邻陕西省，西部、北部接内蒙古自治区，南部与甘肃省相连。自古以来就是内接中原，西通西域，北连大漠，各民族南来北往频繁的地区。
宁夏是我国太阳能资源最丰富的地区之一，也是我国太阳辐射的高能区之一，太阳辐射量年均在4950MJ/m2-6100MJ/ m2之间，年均日照小时数在2250h-3100h之间，在开发利用太阳能方面有着得天独厚的优越条件一地势海拔高、阴雨天气少、日照时间长、辐射强度高、大气透明度好。

宁夏太阳辐射年际变化较稳定，因地域不同具有一定的差异，其特点是北部多于南部，年平均太阳辐射量南北相差约1000MJ/ m2，灵武、同心最大，达6100MJ/ m2以上，全区平均达5781MJ/ m2以上。以引黄灌区和中部干旱带的盐池、同心地区太阳辐射较高且分布均匀，年平均太阳辐射量稳定在5860MJ/ m2-6100MJ/ m2之间，是宁夏太阳能资源最丰富的地区，也是我国太阳辐射的高能区之一。南部的固原地区年辐射量相对较少，年平均太阳辐射量在4950MJ/ m2-5640MJ/ m2之间。
宁夏6月太阳能分布图 宁夏12月太阳能分布图

3. 建设条件
本商场基础已经制作完成，主体施工图正在深化设计中，因此为本项目的实施提供了方便，我公司积极与设计院沟通，确定屋面结构，屋顶空调等设备的布局以及本项目货品的重量对商场主体以及商场基础的影响等，最终经设计院核实，本项目对商场主体和基础产生的影响微乎其微，可以忽略不计；同时，本项目的预制基础可以在商场主体封顶时制作，此举不仅增加了本项目的稳定性，同时也不破坏屋面的防水以及保温等作用。
三、 并网光伏发电系统方案设计简述
由于该商场正在建设之中，根据业主对楼顶光伏发电系统的建设要求，积极与设计院沟通，变更屋面结构设计方案，屋顶预留光伏发电系统支架安装基础，基础前后（南北）间距1.7m，左右（东西）间距3.2m(适用于22块组件为一组支架)或3.0m(适用于44块组件为一组支架)，在预制基础上安装钢结构光伏支架，支架上安装单片功率为250W的多晶硅光伏电池组件，光伏电池组件规格尺寸为：1650x990x45mm。光伏电池板安装倾角36°，阵列南北间距7.7m，每个光伏发电单元安装电池组件22块（2*11块），共计可安装光伏发电单元28个。
本项目采用16路汇集成1路的光伏智能汇流箱，28个单元经两个光伏智能汇流箱汇流后，形成两路直流电送入低压配电室直流配电柜中，直流配电柜接入逆变器中，光伏直流电经逆变后输出0.4KV工频为50赫兹的三相交流电，然后经交流并网开关柜并入配电室0.4KV低压母线。
每个光伏发电单元装机功率5500W，28个发电单元总装机容量为154KW。下图为屋顶光伏发电系统安装示意图：

四、 并网光伏发电系统设计
1. 光伏发电系统设计原则
商场楼顶总建筑面积5000m2，楼顶布设商场暖通空调系统等设施，每个发电单元占地面积86m2（东西长11.5*南北宽7.5m），阵列间距7.5m，光伏发电系统布置时避开屋顶设施、在避免阴影遮挡的前提下，有效合理利用楼顶面积，尽最大可能多安装光伏发电单元。
2. 设计规范
(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) SJ/T11127-1997《光伏（PV）发电系统过电压保护—导则》
(5) GB/T 19939-2005《光伏系统并网技术要求》
(6) GB 6495.1-1996 《光伏器件 第1部分: 光伏电流－电压特性的测量》
(7) GB 6495.8-2002 《光伏器件 第8部分: 光伏器件光谱响应的测量》
(8) GB/T 18210-2000 晶体硅光伏（PV）方阵 I-V特性的现场测量
(9) GB/T 18912-2002 光伏组件盐雾腐蚀试验
(10) GB/T 19394-2003 光伏（PV）组件紫外试验
(11) GB/T 13384—1992 机电产品包装通用技术条件
(12) GB/T 191-2008 包装储运图示标志
(13) GB/T 14009-1992 太阳能电池组件参数测量方法；
(14) GB/T 9535-1998 地面用晶体硅太阳电池组件设计鉴定和类型；
(15) GB/T 11009-1989 太阳电池光谱响应测试方法；
(16) GB/T 11010-1989 光谱标准太阳电池；
(17) GB/T 11012-1989 太阳电池电性能测试设备检验方法；
(18) IEEE 1262-1995 太阳电池组件的测试认证规范；
(19) SJ/T 2196-1982 地面用硅太阳电池电性能测试方法；
(20)SJ/T 9550.30-1993 地面用晶体硅太阳电池组件 质量分等标准；
(21)SJ/T 10173-1991 TDA75 单晶硅太阳电池；
(22) 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。
3. 电气设计
采用光伏智能汇流箱16汇1，经两条汇流箱汇流后送低压配电室集中逆变，后经交流并网开关柜就地并入商场配电0.4KV低压母线。并网光伏发电系统电气示意图如下：

低压配电室预留逆变器、直流开关柜及交流开关柜的安装位置，柜体尺寸900x900x1850mm(宽x深x高)。
屋顶预留电缆井口，光伏系统电缆经电缆井敷设至低压配电室，后经电缆地沟接入直流配电柜。
4. 组件安装支架设计
组件支架采用光伏电站支架专用型材，立柱U41x62x2.5型材或J60x40x2.5管材、斜梁采用U41x62x2.5型材或J60x40x2.5管材，横梁采用U41x62x2.5型材，横梁亦可采用C80x40x15冷弯型材，斜撑采用U41x41x2.0型材或F40x2.0管材，支架强度设计基本风压取值为0.65MPa，满足50年一遇的抗风强度要求。支架所有零部件及标准件全部采用镀锌防腐处理，镀锌层厚度大于75微米，满足25年的使用要求。

支架基础为现浇混凝土基础，预埋件为U型螺栓，基础分布形式有两种，一种是独立单元基础，另一种是双单元基础，独立单元基础为2x4（2行4列）排布，东西向间距为3200mm，本项目一共有八组该单元；双单元基础为2x7（2行7列）排布，东西向间距为3000mm，本项目一共有10组该单元。
混凝土基础规格为250x250x300mm，预埋U型螺栓为Φ16mm，所有基础上顶面为同一标高，混凝土基础高度根据屋顶坡度适度调整，保证基础顶面同一标高，基础验收应符合《钢结构施工质量验收规范》。
5. 电气设备选型
5.1 智能汇流箱
为了减少光伏组件与逆变器之间的连接线路，方便维护，提高可靠性，一般需要在组件和逆变器之间增加汇流箱，规格如下表：
型号(暂定)
PVCB-16M
最大输入电压
1000VDC
输入路数
16
每路熔丝额定电流
10/15A
防护等级
IP65
环境温度/湿度
-25~60℃/0~99%
直流总输出断路器
配备
光伏专用防雷模块
配备
串列电流检测
配备
防雷器失效检测
配备
总断路器断开检测
配备
通讯接口
RS485
尺寸
460x200x590
重量
20kg
5.2直流配电柜(备选)
本项目所用直流配电柜主要是将屋顶的两台智能汇流箱输出的直流电二次汇流，再接入逆变器。本项目所选直流配电柜(暂定)配有直流输入断路器、防反二极管、光伏防雷器等，安装在配电室内。
5.3 逆变器
逆变器是本次电气设备里的核心设备，该设备主要作用是将直流电逆变成工频50Hz的交流电，根据本项目容量以及《国家电网公司关于印发分布式电源并网相关意见和规范（修订版）的通知》附件4的要求，容量在8KW~400KW的分布式，可接入380VAC，因此本项目选择输出为380VAC的逆变器，。逆变器参数如下表：
型号(暂定)
SUNFOREST 150KT
输入(直流侧)
最大直流输入功率
172KW
最大直流输入电压
1000VDC
MPPT电压范围
450~820VDC(启动电压为470VDC)
输入路数
4路
MPPT跟踪路数
1
最大输入电流
380A
输出(交流侧)
额定输出功率
150KW
最大输出功率
165KW
额定输出电流
217A
最大输出电流
238A
额定电网电压
400VAC
允许电网电压
360~440VAC
电网频率范围
50±5Hz
功率因数()
0.9(超前)~0.9(滞后)
电流谐波(THDI)
<3%(额定输出功率)
系统
最大效率
97.2%
欧洲效率
96.5%
MPPT效率
99.9%
工作温度
25~+60℃
噪音
≤65dB
夜间耗电
<100W
电气隔离
含变压器
冷却方式
风冷
防护等级
IP20
通讯接口
RS485
尺寸(宽x深x高mm)
900x900x1850
重量
830kg
5.4 交流配电柜
交流配电柜主要是通过配电给逆变器提供并网接口，本项目所用配电柜含网侧断路器、防雷器，配置发电计量表、逆变器并网接口及交流电压电流表等装置。
五、 光伏发电系统经济效益分析
根据各大光伏电厂以及理论计算，宁夏本地的太阳能年利用小时数为1642.5小时。本项目安装容量为154KW，系统使用效率约为80%，因此本项目年发电量为：

本项目按照分布式光伏发电设计，采取“自发自用，余电上网”的原则，然而本商场用电负荷大，本项目所发电全部归商场使用，因此其效益分析如下：
年发电量
(kW·h)
分布式补贴电价
(元/kW·h)
一般工商业用电电价
(元/kW·h)
年经济效益
(万元)
25年总效益
(万元)
202356
0.42
0.747
23.615
590.375
本项目总体造价为1463000元整，根据本项目年收益，收回成本需要146.3/23.615=6.2年，其余18.8年约收益23.615x18.8=443.962万元。
六、 屋顶荷载设计所需光伏系统数据
序号
名称
数量
总重/kg
备注
1
电池组件
22
440

2
钢支架
1
300

3
混凝土基础
8
360
C30
250x250x300mm
合计
1100

单个基础受力
137

七、 光伏发电系统设备清单
序号
名称
规格
单位
数量
金额
1
支架及标准件
依据设计
项
1
6.93
2
光伏电池组件
250wp
块
616
61.78
3
支架基础
250*251*300（Φ16）
个
224
6.16
4
线缆
pV-0.6/1kV-1x4
米
1200
3.01
ZRC-VV22-0.6/1KV-2x50
米
700
2.01
YJV22-0.6/1kV-3x120
米
30
0.45
5
逆变器
150KW
台
1
15.78
6
直流柜
2进一出
台
1
0.85
7
汇流箱
16进1出
台
2
1.80
8
交流柜
配互感器、断路器
台
1
0.75
9
防雷接地

项
1
0.52
10
电气辅材
配套PVC管、接线端子
项
1
0.45
11
监控系统

项
1
2.00
12
工程安装费

43.81

合计

146.3