东莞10MW水泥屋顶光伏并网发电技术方案.doc

东莞市横沥自来水有限公司
1230.00KW(1.23MW)
分布式光伏并网发电技术方案

东莞市德宝新能源有限公司
2018 年 03月
目 录
一、项目简介 3
1.1 项目气候信息 3
1.2 项目概况 3
二、项目主要设备配置 4
三、光伏分布式土建要求 5
四、光伏并网系统方案设计 5
4.1 光伏阵列设计 5
4.2光伏并网发电系统 8
4.3 EA40KTLSI并网逆变器 12
4.3.1 EA40KTLSI性能与特点 12
4.3.2 EA40KTLSI电路结构 13
4.3.3 EA40KTLSI技术参数 14
4.4光伏监控系统 15
4.5系统效益分析 17
4.5.1修正系数 17
4.5.2光伏电站发电量及收益 17
4.5.3社会环境效益分析 19

一、项目简介
安装场址：东莞市横沥自来水公司水池顶
可用面积： 约9000m2
系统类型：太阳能并网系统
系统容量：1230KW
组件规格：280Wp单晶太阳能电池组件
(可根据造价选配270、280WAP多晶硅、290单晶硅)
组件设计：在建筑屋面修建水泥墩，然后根据倾斜角前后排铺设。
本项目拟建1230KW屋面分布式光伏并网电站，项目地点是东莞市横沥自来水有限公司水池天面，利用闲置天面资源与光伏新能源相结合，利用可再生能源推动社会经济发展，积极响应国家可持续发展战略，符合国家“十三五”新能源规划。随着国家能源局颁布的光伏新政策，大力推进光伏发电多元化发展，加快扩大光伏发电市场规模，因此分布式光伏电站必定得到国家政府的大力支持与鼓励，项目的实施方案是可行肯定的。
1.1 项目气候信息
东莞位于广东中南部，珠江口东岸，东江下游的珠江三角洲。属亚热带季风气候，长夏无冬，日照充足，雨量充沛，温差振幅小，季风明显。东莞市太阳能辐射量年均总太阳能辐射量为5450MJ／m2（水平条件下），年均日照时数为2060h，年均日照百分率为47％。从月际变化可知，太阳能辐射量主要集中3-11月份，占到总辐射量的85％以上，7-8月份达到太阳能辐射高峰，光热资源比较丰富，气候条件十分适宜安装太阳能光伏项目，具备发展光伏应用的巨大潜力。
1.2 项目概况
本项目拟在东莞市横沥自来水有限公司水池天面建设1230KW分布式光伏电站，在水池天面搭建钢结构作为光伏支架，在棚顶带最佳倾角12-19°固定安装光伏组件，设计满足当地气候条件及建筑承重要求。光伏电站利用闲置屋顶与可再生能源相结合，充分体现建筑与光伏相结合的绿色节能活跃体系。同时通过示范效应推进光伏产业发展，提高环境效益、经济效益和社会效益。
从用户信息得知，用户用电量非常大，特别是夏季用电需求更明显，而光伏太阳能项目在夏季是发电量最大的时间段，正好能够替补夏天用电高峰期的格局，能起到错峰用电的作用。并且在屋顶安装光伏有效降低建筑温度，减少空调运行功率，节能效果显著。光伏电站以自发自用，余电上网的运营模式，电站发出的电能全部就地消耗，这种方式最能体现屋面光伏电站的最大实际效益。
二、项目主要设备配置
本项目出于经济性及技术可靠性方面的考虑，针对钢结构用特定的光伏支架夹具，进行光伏组件固定安装，以19°倾斜角的方式最大化利用屋顶空间资源。项目为1230KW屋面分布式光伏发电系统，总安装34368块280Wp单晶硅太阳能电池组件。光伏阵列设计为20块组件串联，共219个光伏串列经并网逆变器逆变交流后并入到厂区用户侧低压电网，光伏并网逆变器与交流汇流箱均为户外式靠近光伏阵列侧安装，并网接入点为用户低压配电室的380V低压母线排。
本工程项目为1230KW屋面分布式光伏电站，输出并入用户侧低压电网，电站以自发自用，余电上网的运营模式。
整套光伏发电系统主要配置如下表：
序号
名称
型号规格
数量
单位
1
单晶硅太阳能电池组件
280Wp
4368
块
2
光伏并网逆变器
EA40KTLSI
30
台
3
交流汇流箱
EAPDCB-5L1
8
台
4
交流配电柜
按需定制
1
台
5
光伏支架系统
镀锌钢结构
1
项
6
监控系统
—
1
项
7
光伏导线
—
1
项
8
系统的防雷和接地装置
—
1
项
9
土建及配电等基础设施
—
1
项
10
系统连接电缆线及防护材料
—
1
项

三、光伏分布式土建要求
为积极响应国家“十三五”新能源规划，有效拓展屋面资源，鼓励电力用户利用各类具备条件的既有屋顶建设分布式光伏电站。新建建筑屋顶要合理预留建设空间，其中政府投资新建的标准化厂房、大型场馆等公共建筑, 除特殊用途及要求外,具备安装、使用条件的均须按照分布式光伏对屋面荷载标准进行设计。现有重点耗能企业要优化用能结构, 利用自有屋面采取多种方式建设分布式光伏电站；新建项目特别是综合能耗超过3000吨标准煤的项目，无特殊原因均须预留分布式光伏建设屋面。本产业园已规划屋面分布式光伏电站，主要有以下几点：
1）屋顶预留安装光伏阵列的空间，提高屋面资源利用率；
2）屋顶承重须按照光伏对屋面荷载标准进行设计；
3）屋顶结构满足光伏阵列安装要求，配合光伏设计做到不破坏屋面原有结构；
4）屋面预留光伏施工便捷通道，方便施工人员进出施工及作业工具搬运；
5）屋面预留光伏施工用的配水配电接口，配备满足消防安全的措施；
6）预留运输吊装设备的通道及摆放设备材料的仓库。
四、光伏并网系统方案设计
4.1 光伏阵列设计
本方案采用单晶硅太阳能电池组件280Wp。单晶硅太阳能光伏组件具有电池转换效率高，稳定性好，寿命长，与同等容量太阳能电池组件所占面积小，性价比高，因此单晶硅太阳能电池组件已在光伏市场占主导地位，得到大量推广应用。
逆变器在并网发电时，光伏阵列必须实现最大功率点跟踪控制，以便光伏阵列在任何当前日照下不断获得最大功率输出。
在设计光伏组件串联数量时，应注意以下几点：
1)接至同一台逆变器同一路MPPT通道的光伏组件的规格类型、串联数量及安装角度应保持一致。
2)需考虑光伏组件的最佳工作电压（Vmp）和开路电压（Voc）的温度系数，串联后的光伏阵列的Vmp应在逆变器MPPT 范围内，Voc应低于逆变器输入电压的最大值。

图1 单晶光伏组件图
太阳能电池组件参数
太阳电池种类
单晶硅
太阳电池组件型号
280Wp
电池数
60(6×10)
峰值功率
280W
开路电压（Voc）
38.6V
短路电流（Isc）
9.03A
工作电压（Vmp）
31.4V
工作电流（Imp）
8.44A
工作温度
-40~+85℃
最大系统电压
1000VDC
峰值功率温度系数
-0.40%/℃
开路电压温度系数
-0.30%/℃
短路电流温度系数
+0.06%/℃
组件转换效率
18.19%
功率公差
0~+3%
尺寸
1650*992*40mm
重量
19kg
表面最大承压
承受雪压达5400Pa/承受风压达2400Pa
标准测试状况（1000W/m2,1.5AM以及25℃电池片温度）
1）组件的串、并联数
根据光伏并网逆变器EA40KTLSI的满载MPPT电压范围480～800Vdc及最大直流电压1000Vdc，并结合当地项目气候情况，组件串列按照20块太阳能电池组件串联进行设计；每个光伏串列开路电压38.6V×20=772V，每个光伏串列峰值功率电压31.4V×21=659.4V，每个串列最大电流9.03A，实际组串数可依据现场灵活配置。根据当地的气候信息条件，均能满足我司光伏并网逆变器EA40KTLSI的参数要求。
根据光伏并网逆变器EA30KTLSI的输入端配有3路独立MPPT通道，且每路通道装配2个输入防水接线端子，每2个串列分别接入一台逆变器的1路MPPT通道，即每路通道接入2个串列。
2）光伏阵列的倾角设计
本项目安装场址为东莞市文斯顿通讯科技有限公司水泥屋顶，采用特定的水泥屋顶支架进行光伏组件铺设，设计为19°倾斜角进行固定安装，按系统容量最优化配置，充分利用屋顶空间资源。
3）光伏阵列的间距设计
由于19°倾斜角的支架系统铺设组件，每两排组件之间需预留900mm的过道进行对组件的安装与维护，结合屋顶光伏阵列最优化设计。
4）光伏阵列的支架设计
本项目安装场址为工厂平坦的水泥屋面，光伏支架基础初步采取钢筋混凝土400*400*400方形基础。方基体型简单，在场地平坦的条件下可直接放置于地面，对原地面破坏少、扬尘少，施工速度快。
本项目采用的支架系统。主体受力部件采用定制的型钢材料，并配套相应的卡块、底座、铰接头，使安装现场无需二次加工及焊接，安装人员采用几件简单的工具即可完成全部安装工作，施工安装快捷简便并易于维护。
5）屋面负荷分析
应根据客户提供的屋面实际情况进行分析，屋面类型及年份，再结合当地气候信息条件综合分析项目屋面承重能力，包括风荷载、雪荷载和恒荷载，配合光伏支架系统的优化设计，减少光伏组件本身对屋面施加的压力，使得屋面承重能力大大提高。
4.2光伏并网发电系统
本方案中的光伏并网发电系统由光伏组件、光伏并网逆变器、交流汇流箱、计量装置及配电系统组成。太阳能能量通过光伏组件转化为直流电力，再通过并网逆变器将直流电转化为与电网同频率、同相位的正弦波交流电馈入电网。在太阳能电池组件按配置串联设计形成光伏串列后直接接到并网逆变器的输入端，逆变器的输出交流侧通过交流配电柜或计量表并入用户侧低压电网。另外，系统可配置1套监控装置，可采用 RS485 （WiFi，GPRS，APP）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。下图是光伏发电系统框图。

图2 屋面光伏发电系统框图
光伏并网发电系统的总体安装流程图如下：
图3户用光伏并网发电系统安装流程图

安装步骤
安装说明
1
安装前需要完成的准备工作
产品配件是否齐全
安装工具以及零件是否齐全
安装环境是否符合要求
2
阅读用户手册
3
如果不是立刻安装，则需妥善保管产品部件
4
选择最佳安装地点
5
相应系统配件移至安装地点
6
将组件、支架、逆变器安装在选定地点
7
电气连接
直流侧接线
交流侧接线
接地连接通讯线连接
8
运行前检查
9
启动系统并配置相应参数
10
故障排除

表1 安装流程说明
4.3 EA40KTLSI并网逆变器

图 4 EA30KTLSI光伏并网逆变器外观图
4.3.1 EA40KTLSI性能与特点
更多发电量：
Ø 无隔离变压器设计，最高转换效率达98.7%，欧洲效率98.4%；
Ø  三路MPPT，最大限度获取受阴影遮挡电池组件的发电量；
Ø  宽MPPT电压范围（320~900V)，日发电时间更长；
Ø  智能MPPT算法，最大功率点跟踪不受光照突变影响；

Ø  功率变化精确识别技术，静态MPPT准确、稳定；
Ø  宽工作温度范围-25~60℃，高温环境持续满载发电。
高可靠性：
Ø 长寿命膜电容设计，整机设计使用寿命25年；
Ø 自然散热，防水，抗沙尘、抗盐雾腐蚀能力强；
Ø 主动+被动孤岛保护，并网继电器冗余断开保护，安全可靠；
Ø 多层、逐级软硬件过流、过压、过温和短路保护；
Ø 多达6路组串故障监测，组串故障快速定位。
先进控制技术：
Ø 三电平SPWM与SVPWM双重调制，自然平滑切换；
Ø 自适应控制，适应恶劣弱电网环境；
Ø 电流谐波补偿，并网电流谐波<1%；
Ø 支持有功、无功电网调度和夜间SVG功能；
Ø 低电压（零电压）故障穿越功能。
友好灵活：
Ø 多语种LCD显示界面，可灵活设置各种运行参数；
Ø 内置直流防雷器及保险丝，无需直流汇流箱，降低用户系统成本；
Ø 直流关断空开，安全，维护方便；
Ø IP65户外使用防护等级；
Ø 壁挂式设计，全铝一次成型外壳，安装维护简便。
4.3.2 EA40KTLSI电路结构
如图所示，EA40KTLSI光伏并网逆变器的主电路拓扑结构。

图5 EA40KTLSI光伏并网逆变器原理图
4.3.3 EA33KTLSI技术参数
型号
EA40KTLSI
直流侧参数
最大直流电压
1000Vdc
启动电压
200Vdc
MPPT电压范围
320～900Vdc
最大直流功率
43.8KWp
最大输入电流
3*23A
满载MPPT电压范围
480～800Vdc
MPPT路数
3路
直流输入端子
2*6
MPPT效率
＞99.9%
交流侧参数
额定输出功率
40KW
额定电网电压
3*380/400/415Vac+N+PE
额定输出电流
3*45.9A
额定电网频率
50Hz/60Hz
最大输出电流
3*48A
输出谐波含量
＜3%（额定功率）
功率因素
0.8(超前)~0.8（滞后）
系统参数
最大效率
98.7%
欧洲效率
98.4%
防护等级
IP65
待机损耗
15W
工作温度
－25℃～+60℃
相对湿度
0～100%
拓扑
无变压器隔离
海拔高度
3000米
散热方式
自然散热
安装方式
壁挂式
显示与通讯
显示
LCD
通讯接口
RS485/USB
机械参数
尺寸（宽×高×深）
580×800×260mm
净重
65kg

4.4光伏监控系统
针对分布式并网系统，在多台逆变器上外接一个或多个数据采集器，便可将光伏系统的数据通过采集设备中的WIFI、以太网或GPRS等通讯方式传输到英特网上，用户只需登录远程监控平台/Email/SMS/智能终端（APP）即可轻松了解光伏系统的运行状况，并获取数据分析、历史报表、日志记录等信息，此外系统可配套环境检测仪，时刻查看包括太阳总辐射、大气温湿度、风向、风速、组件温度等数据，在监控终端可配置LED大屏显示，实现高效管理。

Shine phone App是一款为古瑞瓦特用户开发的智能终端应用，可以在iPhone以及安卓智能手机上运行，使用户可以更简单、更快捷地对自己的光伏系统进行实时监控。实时数据以及历史数据都能以简单明了的图表来展示，并且用户可以选择查看日、月、年以及总数据。在展示系统功率以及发电量的同时，二氧化碳减排、天气状况以及各类传感器信息也都可以一一展示。

4.5系统效益分析
4.5.1修正系数
本项目总装机容量1000KW，经查询当地峰值日照时间NASA数据：
Jan
Feb
Mar
Apr
May
Jun
Jul
Aug
Sep
Oct
Nov
Dec
Annual
Average
2.87
2.65
2.8
3.33
4.02
4.42
4.9
4.64
4.43
4.22
3.84
3.37
3.8

修正系数
年发电量的修正系数主要考虑以下因素：
a.交流输电线路的能量损失修正；
b.逆变器效率修正；
c.尘土覆盖修正；
d.工作温度损耗修正；
e.组件串联不匹配产生的效率降低；
f.直流部分线缆功率损耗；
g.其他因素修正；
除上述各因素外，影响光伏电站发电量的还包括不可利用的太阳辐射损失和最大功率点跟踪精度影响折减等不确定因素；
h.总体系统效率；
根据以上各部分的效率和损耗计算，得到系统总体平均效率为85%。
4.5.2光伏电站发电量及收益
光伏电站每天发电量约为：1230KW×3.80h×90%（修正系数）＝4200KWh；
光伏电站首年发电量约为: 4200KWh ×365=153万KWh；
光伏电站25年年均发电量约为:145万KWh；
光伏电站25年总发电量约为: 3628万kWh。

光伏电站25年累计发电量统计表，年衰减率为0.67%。
年份
1
2
3
4
5
发电量（万kWh）
153.5
152.5
151.4
150.4
149.4
年份
6
7
8
9
10
发电量（万kWh）
148.4
147.4
146.4
145.4
144.5
年份
11
12
13
14
15
发电量（万kWh）
143.5
142.5
141.6
140.6
139.7
年份
16
17
18
19
20
发电量（万kWh）
138.7
137.8
136.9
136.0
135.1
年份
21
22
23
24
25
发电量（万kWh）
134.1
133.2
132.4
131.5
130.6
年份
前5年发电总量

前10年发电总量
发电量（万kWh）
757.3

148.8
年份
前15年发电总量

前20年发电总量
发电量（万kWh）
2197.6

2882.3
年份
25年总发电量

25年年均发电量
发电量（万kWh）
3628

145
由以上初步估算可知，光伏电站设计寿命为25年，一个1000KW的并网光伏发电站在当地的25年平均年发电量约115.24万度，25年总发电量2881万度。电站发出的电能全部就地消耗，体现出电站的最大效益。若本项目取得国家光伏分布式电价补贴的0.37元/度，再加上东莞市政府光伏度电补贴0.1元/度，结合当地一般大众工业用电电价0.8元/度，即实际上分布式光伏电站每发一度电前5年可获得约1.27元的经济效益，前5年的经济效益是961.8万元；后20年约1.17元的经济效益，本项目1000KW光伏电站前25年总产生经济效益约4221.3万元。
光伏电站25年累积经济效益统计表
年份
1
2
3
4
5
经济效益（万元）
194.5
193.6
192.3
191.0
189.7
年份
6
7
8
9
10
经济效益（万元）
188.5
187.2
185.9
184.7
183.5
年份
11
12
13
14
15
经济效益（万元）
182.2
181.0
179.8
178.6
177.4
年份
16
17
18
19
20
经济效益（万元）
176.2
175.0
173.8
172.7
171.5
年份
21
22
23
24
25
经济效益（万元）
170.4
169.2
168.1
167
165.9
按光伏工程市场造价（附表1）结合年均发电量可得知本电站预计5年左右便可回收成本，还有20年左右光伏电站创造的经济效益可利用。并且光伏电站一次性施工到位，后期极少维护，每1个月只需清洁电池组件一次便可享受清洁绿色能源带来的效益，光伏电站智能化程度高，无需人员值守，光伏设备均按25年使用寿命设计。
一个1000KW的并网光伏发电站25年平均年发电量2881万kWh，跟火力发电对比，太阳能发电可减少污染物排放如下表：
25年年平均发电量（万度）
节标准煤（吨）
减排CO2（吨）
减排SO2（吨）
减排NOX（吨）
减排烟尘（吨）
118
515
390
42
21
1420

25年总发电量（万度）
节标准煤（吨）
减排CO2（吨）
减排SO2（吨）
减排NOX（吨）
减排烟尘（吨）
2881
12875
9750
1050
525
35500
注：
每发1度（千瓦时）电就相应节约了0.36kg标准煤，同时减少污染排放0.272kg碳粉尘，0.997kg二氧化碳CO2，0.03kg二氧化硫SO2，0.015kg氮氧化物NOX
综合以上数据表可得知，此光伏并网发电系统在当地具有良好的经济与环境效益。
4.5.3社会环境效益分析
光伏发电是一种清洁的能源，既不直接消耗资源，同时又不释放污染物、废料，也不产生温室气体破坏大气环境，也不会有废渣的堆放、废水排放等问题，有利于保护周围环境，是一种绿色可再生能源。建筑场所能有效阻挡阳光直射，使室顶层室内温度降低6-8摄氏度左右。
太阳能光伏电场生产过程是将太阳能转化为电能，不产生任何污染物，因此太阳能光伏电场的建设代替火电场的建设，可大大减少对周围环境的污染，充分利用可再生的、清洁的自然资源，节约不可再生的化石能源，减少污染、保护人类赖以生存的生态环境，此外还可节约用水，减少相应的废水、废渣和温室气体的排放等，其社会环境效益是非常明显的。 而且，在我国绝大多数地区，日照资源特性比较好，空闲的屋顶或荒地较多，安装太阳能光伏系统在屋面，不但可以提高有限的土地资源利用率，同时还能有效地对建筑物实现有效的隔热，另外，随着社会经济发展，能源及环境问题日益引起全社会的关注，可再生能源的开发与利用显得越来越迫切，我国面临着煤、油、电供应全面紧张的局面，能源供应与环境容量一直是社会经济发展的重要制约因素。开发和利用可再生能源是我国社会经济发展的重要战略举措。随着《中华人民共和国可再生能源法》及其实施细则的颁布与实施，我国可再生能源开发利用将会出现更好的发展前景，而这种能有效实现可再生能源的并网输电技术必然会得到大规模的推广与应用。因此，市场潜力巨大，不存在应用技术推广的市场风险。随着国内光伏市场的蓬勃发展，光伏应用必定实现自身更大的发展跨越与技术提升。
电站基本设计方案：
装机容量：4368*280W=122304W=1.23MW
电站设计分为基础钢结构和电部结构部份
基础钢结构拟采用网结构钢构如图：

或厂房钢结构如图：

电站示意图：

以上方案均采用无缝防水技术，做到保证自来水池的清洁和正常使用。并能保证电站收益稳定，效益明显。
东莞市德宝新能源有限公司
2018 年 03月