技术方案
项目名称：石家庄科林电气股份有限公司光伏发电项目
石家庄科林电气设备有限公司
2017年12月
目录
1项目概述 - 1 -
2太阳能发电系统介绍 - 1 -
3方案设计 - 2 -
3.1设计依据 - 2 -
3.2 设计原则 - 2 -
3.3 系统原理示意图 - 3 -
3.4 组件选型 - 3 -
3.5 逆变器 - 5 -
3.6光伏阵列的安装 - 6 -
3.7太阳能光伏电池组件组串设计 - 9 -
3.8 防雷接地设计 - 9 -
3.9 组件模拟排布图 - 10 -
4 发电量估算 - 11 -
4.1系统效率 - 11 -
4.2光伏电站25年发电量和收益 - 13 -
4.3节能减排 - 14 -
5 案例 - 16 -
1项目概述
拟建项目站址位于石家庄市科林电气股份有限公司，对科林一号车间、二号车间和成套车间进行分布式光伏项目建设。科林一号车间、二号车间采用水泥34°支角度方式安装光伏组件，成套车间采用彩钢平铺的方式安装光伏组件。
拟采用265Wp光伏组件共计2830块，预计总装机容量约为750kWp。光伏并网方式为自发自用，余电上网。
2太阳能发电系统介绍
太阳能电池发电系统是利用光生伏特效应原理制成的，它是将太阳辐射能直接转换成电能的发电系统。它主要由太阳能电池方阵和逆变器两部分组成。
如图3-1所示:白天有日照时，并网发电系统通过光伏组件将接收来的太阳辐射能经过高频直流转换后变成高压直流电，经过逆变器逆变后向电网输出与电网电压同频、同相的正弦交流电流。配电箱具有保护功能，采集系统能够让运维人员和用户第一时间了解发电情况。
图2-1 太阳能并网发电系统原理图
3方案设计
3.1设计依据
本工程主要遵循和依据下列标准、文件
GB 50797-2012 光伏发电站设计规范
GB 50794-2012 光伏发电站施工规范
GB 19939-2005 光伏系统并网技术要求
GB 50057-2010 建筑物防雷设计规范
GB 50009-2012 建筑结构荷载规范
Q/GDW617-2011 光伏电站接入电网技术规定
GB/T29319_2012 光伏发电系统接入配网电技术规定
GB/T50866-2013 光伏发电站接入电力系统设计规范
GB/T29321-2012 光伏发电站无功补偿技术规范
GB/T29320-2012 光伏电站太阳跟踪系统技术要求
IEC 61215—2005 地面用晶体硅光伏组件(PV) –设计鉴定和定型
GB50205-2020 钢结构工程施工质量验收标准
GB50171-2012 电气装置安装工程盘、柜及二次回路结线施工及验收规范
GB50054-2011 低压配电设计规范
GB50018-2002 冷弯薄壁型钢结构技术规范
GB/T20046—2006 光伏（PV）系统电网接口特性
GB/T19064-2003 家用太阳能光伏电源系统技术条件和试验方法
GB 50205-2020 钢结构工程施工质量验收标准
NB/T32014-2013 光伏发电站防孤岛效应检测技术规程
GB/T50065-2011 交流电气装置的接地设计规范
3.2 设计原则
本工程设计在遵循技术先进、科学合理、安全可靠、经济实用的指导思想和设计原则下，着重考虑以下设计原则。
先进性原则：随着太阳能技术的发展，光伏电站设计必须考虑先进性，使系统在一定的时期内保持技术领先性，以保证产品具有较长的生命周期。
实用性原则：光伏电站设计充分考虑我国太阳能电源设备生产现状，选用有大规模实际工程应用经验的产品，采用先进成熟的技术，保证产品的稳定性、可靠性和可维性。
经济性原则：光伏电站设计在保证系统各项技术指标的前提下，努力降低工程、设备成本，提高系统的性价比，保护用户的投资效益。
3.3 系统原理示意图
图3-1 系统原理示意图
3.4 组件选型
目前国内外使用最普遍的是多晶硅、单晶硅太阳能电池。商业化的多晶硅电池片效率一般在17～20％左右，单晶硅电池片电池效率在16～23％左右。
单晶硅电池是最早出现、工艺最成熟的太阳能光伏电池，也是光伏组件大规模生产中效率最高的。大规模生产的单晶硅电池效率可达到16～23%。由于受硅单晶棒形状的限制，单晶硅电池须做成圆形，对光伏组件布置也有一定影响。
多晶硅太阳能电池的生产工艺与单晶硅基本相同，使用了多晶硅铸锭工艺取代单晶硅硅棒生长工艺，成本低廉，工业规模生产的转换效率为17～20.3％左右，略低于单晶硅电池的水平。和单晶硅电池相比，多晶硅电池虽然效率有所降低，但是节约能源，节省硅原料，达到工艺成本和效率的平衡。
转换效率是指在标准的测试环境下，电池将辐射在一定面积上的太阳能转换为电能的能力。高效就意味着更少的占地面积，更高的发电能力，因此，在考虑土地使用成本时，应尽量选用效率高的电池。
由前述可知，单晶硅太阳电池比多晶硅太阳电池具有稍高（约2%）的转换效率，但受其制造工艺的限制，比较单位成本发电效率，两者接近，其差别几乎不到1%。
也就是说，对于同等容量的发电系统而言，采用这两种组件无论从系统转换效率还是占地面积而言，都差别不大。然而多晶硅组件比单晶硅组件产能要大的多，相比之下，多晶硅组件更占优势。
本项目拟选用多晶硅太阳能电池，在选择多晶硅组件时应满足以下几点要求：
a.有一定防雨、防雹、防风等能力。根据实际需要可将电池组件相互串联或并联连接。
b.在兼顾易于搬运条件下，选择大尺寸、高效的电池组件；
c.选择易于接线的电池组件；
d.组件抗强紫外线符合GB/T18950-2003 橡胶和塑料管静态紫外线性能测定；
e.组件必须符合IEC61215标准，保证每块电池组件的质量。
综上所述，本项目拟选择多晶型265Wp太阳能光伏电池组件，详细技术参数参见表4-1。
表3-1 太阳能电池组件技术参数表
|
指 标 |
单 位 |
数 据 |
|
|
峰值功率 |
Wp |
265 |
|
|
开路电压（Voc） |
V |
37.0 |
|
|
短路电流（Isc） |
A |
8.94 |
|
|
工作电压（Vmppt） |
V |
31.0 |
|
|
工作电流（Imppt） |
A |
8.54 |
|
|
尺寸L×W×H |
mm |
1650*990*40 * |
|
|
最大系统电压（V） |
V |
1000 |
|
|
峰值功率温度系数 |
%/℃ |
-0.44 |
|
|
开路电压温度系数 |
% /℃ |
-0.34 |
|
|
短路电流温度系数 |
%/℃ |
+0.06 |
|
|
输出功率公差（W） |
W |
-0~+5 |
|
|
运行温度（℃） |
℃ |
-40~+85 |
3.5 逆变器
本项目选用组串型并网逆变器，其特点如下：
（1）环境温度- 25℃～+ 60℃；
（2）采用MPPT技术，跟踪电压范围要宽、最大直流电压要高；
（3）提供人机界面及监控系统；
（4）具有极性反接保护、防反放电保护、孤岛效应保护、交流过流及直流过载保护、直流母线过电压保护、电网断电、电网过欠压、电网过欠频、光伏阵列及逆变器本身的接地检测及保护 （对地电阻监测和报警功能）等，并相应给出各保护功能动作的条件和工况（即时保护动作、保护时间、自成恢复时间等）；
（5）完全满足国家电网公司《光伏电站接入电网技术规定》的要求，可调有功功率，交流电流谐波不超过允许值；
综上所述，本项目拟选择科林公司生产的20kW逆变器，主要技术参数详见表4-2。
表3-2逆变器技术参数表
|
产品型号 |
KE-GT20KTL |
|
最大输入电压 |
1000V |
|
启动电压 |
250V |
|
满载MPP电压范围 |
480~800V |
|
最大输入功率 |
21.0kW |
|
最大输入电流 |
44A(22A*2) |
|
最大MPP路数/每路MPP可接组串数 |
2/3 |
|
额定输出功率 |
20kW |
|
最大输出电流 |
33A |
|
额定输出电压 |
3/N/PE, 230V/400V |
|
输出电压范围 |
180~265V |
|
额定输出频率 |
50Hz |
|
输出频率范围 |
49.5Hz~50.2Hz |
|
功率因数 |
0.95(超前)~0.95(滞后) |
|
总电流波形畸变率 |
<3% |
|
直流电流分量 |
<0.5% |
|
最大效率 |
98.0% |
|
欧洲效率 |
97.3% |
|
防护等级 |
IP65(风扇IP54) |
|
工作温度 |
-25℃~60℃ |
|
冷却方式 |
强制风冷 |
|
尺寸（宽*高*深） |
560mm*670mm*255mm |
|
重量（Kg） |
53 |
|
显示 |
LCD显示 |
|
通讯方式（标准） |
RS485 |
|
通讯方式（可选） |
WIFI |
3.6光伏阵列的安装
对于光伏组件，不同的安装角度接受的太阳光辐射量是不同的，发出的电量也就不同。安装支架不但要起到支撑和固定光伏组件的作用，还要使光伏组件最大限度的利用太阳光发电。最佳倾角34°布置的光伏阵列可保证系统全年发电量最高。同时保证冬至日真太阳时上午9:00到下午15:00时光伏阵列不被遮挡。
拟采用彩钢平铺和水泥34°支角度的安装方式进行设计。
彩钢平铺设计利用夹具、导轨、中压块和边压块完成对光伏组件的固定，该安装方式不仅重量轻，耐腐蚀性较强，还可以兼具美观等需求。彩钢平铺的具体安装方式如下：
1. 使用中压块和边压块，将光伏组件固定在铝合金导轨上。
2. 滑轨与滑块螺母配合使用，将夹具和压块连接起来。从上到下依次为：压块，滑块螺母，夹具。
3. 使用夹具，将导轨固定在彩钢瓦上。夹具可根据不同种类的彩钢去选择。
彩钢瓦形状与对应的夹具：
4. 滑轨单根长度为6米，多根滑轨之间通过导轨连接件来固定。
5. 安装时预留清洁和检修通道，方便后期维护。
3.7太阳能光伏电池组件组串设计
太阳能电池组件串联的数量由逆变器的最高输入电压和最低工作电压以及太阳能电池组件允许的最大系统电压所确定。本项目所选逆变器的最高允许输入电压根据容量的不同而不同。根据GB50797-2012 《光伏发电站设计规范》，以下逆变器组串数量做出计算，电池组件串联数量应同时满足以下要求：
经计算，选用20kW逆变器，多晶硅电池265Wp每路串联数量为18~20块。实际数量根据现场组串情况确定。
3.8 防雷接地设计
3.8.1防雷设计
太阳能光伏并网电站防雷主要是防直接雷和感应雷两种，防雷措施应依据《光伏（PV）发电系统过电压保护-导则》（SJ/T11127）中有关规定设计。
a） 直击雷保护
直击雷保护分光伏电池组件和交、直流配电系统的直击雷保护。光伏电池组件边框为金属材质，将光伏电池组件边框与支架可靠连接，采用接地扁钢将支架与防雷引下线相连，与接地网连接，为增加雷电流散流效果，将站内所有光伏电池组件支架可靠连接。
b） 感应雷保护
为防止感应雷、浪涌等情况造成过电压而损坏光伏发电系统设备及配电设备，其防雷措施主要为在汇流箱内配置防雷器。
3.8.2 接地设计
（1）保护接地的范围
根据《交流电气装置的接地设计规范》（GB/T 50065-2011）规定，对所有要求接地或接零的设备均应可靠地接地或接零。所有电气设备外壳、电缆金属外皮、电缆支架、桥架和其它可能事故带电的金属物都应可靠接地。
（2）接地电阻
电站的保护接地、工作接地采用一个总的接地装置。根据《交流电气装置的接地设计规范》（GB/T 50065-2011）要求，接地电阻要求R≤4Ω。如建筑物原有接地装置接地电阻值不能满足要求，应增打人工垂直接地极，垂直接地极采用DN50，2500mm长的热镀锌钢管，水平接地体采用-40X4镀锌扁钢。
3.9 组件模拟排布图
本项目光伏方阵由3个光伏子阵组成。子阵1安装于科林1号车间屋顶，建设规模约150kWp，使用7台20kW逆变器，安装效果如下：
子阵2安装于科林2号车间屋顶，建设规模约153 kWp，使用8台20kW逆变器，安装效果如下：
子阵3安装于科林成套车间屋顶，建设规模约447 kWp，使用23台20kW逆变器，安装效果如下：
4 发电量估算
4.1系统效率
年发电量的修正系数主要考虑以下因素：
（1）交流输电线路的能量损失修正
通过初步估算输电线路损失约占总发电量的1%。
（2）逆变器效率修正
根据选取的逆变器产品参数，逆变器损失为2%。
（3）尘土覆盖修正
由于气候原因，造成光伏发电组件表面覆盖了灰尘或积雪造成的发电量损失，取2％。
（4）工作温度损耗修正
多晶硅组件峰值功率温度系数通常为-0.36%/℃。当光伏电池温度升高到60度时（夏季完全可能），多晶硅组件功率损失为15.4%左右，当光伏电池温度降低到0度时（冬季本地区完全可能），多晶硅组件功率增加发电量达11.0%左右，计算时考虑考虑各月根据辐照量计算加权平均值，因此计算得到由于温度造成光伏系统发电量损失为4%。
（5）组件串联不匹配产生的效率降低
组件串联因为电流不一致产生的效率降低，根据电池板出厂的标称偏差值，取1%。
（6）直流部分线缆功率损耗
根据项目的直流部分的线缆连接，直流部分的线缆损耗取2%。
（7）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，其他因素损耗取5%。
（8）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80%。
|
序号 |
效率损失项目 |
修正系数 |
系统效率 |
|
1 |
太阳入射角损失 |
98% |
80.00% |
|
2 |
辐射强度损失 |
99% |
|
|
3 |
阴影损失 |
98% |
|
|
4 |
温度损失 |
96% |
|
|
5 |
组件质量损失 |
99% |
|
|
6 |
组件串并联不匹配损失 |
99% |
|
|
7 |
直流电缆线损 |
98% |
|
|
8 |
并网逆变器效率损失 |
98% |
|
|
9 |
交流电缆线损 |
99% |
|
|
10 |
其它损失（不确定因素等） |
95% |
4.2光伏电站25年发电量和收益
|
石家庄科林电气股份有限公司光伏发电项目 |
光伏电站25年发电量计算表格 |
|||
|
组件斜面年峰值小时数（h） |
1450.8724 |
|||
|
系统效率（%） |
80 |
|||
|
电站装机容量（MW） |
0.75 |
|||
|
首年衰减率 |
单位（%） |
3 |
||
|
前十年衰减率 |
单位（%） |
9.3747 |
||
|
后十五年衰减率 |
单位（%） |
10.6245 |
||
|
序号 |
累计衰减率 |
时间 |
发电量（MWh） |
发电小时（h） |
|
1 |
3.00% |
第1年 |
844.41 |
1125.9 |
|
2 |
3.71% |
第2年 |
838.24 |
1117.7 |
|
3 |
4.42% |
第3年 |
832.08 |
1109.4 |
|
4 |
5.12% |
第4年 |
825.91 |
1101.2 |
|
5 |
5.83% |
第5年 |
819.74 |
1093.0 |
|
6 |
6.54% |
第6年 |
813.58 |
1084.8 |
|
7 |
7.25% |
第7年 |
807.41 |
1076.5 |
|
8 |
7.96% |
第8年 |
801.25 |
1068.3 |
|
9 |
8.67% |
第9年 |
795.08 |
1060.1 |
|
10 |
9.37% |
第10年 |
788.91 |
1051.9 |
|
11 |
10.08% |
第11年 |
782.75 |
1043.7 |
|
12 |
10.79% |
第12年 |
776.58 |
1035.4 |
|
13 |
11.50% |
第13年 |
770.42 |
1027.2 |
|
14 |
12.21% |
第14年 |
764.25 |
1019.0 |
|
15 |
12.92% |
第15年 |
758.08 |
1010.8 |
|
16 |
13.62% |
第16年 |
751.92 |
1002.6 |
|
17 |
14.33% |
第17年 |
745.75 |
994.3 |
|
18 |
15.04% |
第18年 |
739.59 |
986.1 |
|
19 |
15.75% |
第19年 |
733.42 |
977.9 |
|
20 |
16.46% |
第20年 |
727.26 |
969.7 |
|
21 |
17.17% |
第21年 |
721.09 |
961.5 |
|
22 |
17.87% |
第22年 |
714.92 |
953.2 |
|
23 |
18.58% |
第23年 |
708.76 |
945.0 |
|
24 |
19.29% |
第24年 |
702.59 |
936.8 |
|
25 |
20.00% |
第25年 |
696.43 |
928.6 |
|
25年总和 |
20.00% |
25年总和 |
19260.42 |
25680.6 |
|
25年平均 |
770.42 |
1027.2 |
||
项目光伏总容量为750kWp，用户可自行消纳光伏全部发电量，因此收益部分按照100%自用估算，自用电价按0.65元/度估算。首年总收益约为54.89万元，25年总收益约为1251.93万元，25年平均年收益约为50.08万元。逐年及总收益如下表：
|
时间 |
发电利用小时数（h） |
发电量（万度） |
年度收益（万元） |
合计收益（万元） |
|
第1年 |
1125.9 |
84.44 |
54.89 |
54.89 |
|
第2年 |
1117.7 |
83.82 |
54.49 |
109.37 |
|
第3年 |
1109.4 |
83.21 |
54.08 |
163.46 |
|
第4年 |
1101.2 |
82.59 |
53.68 |
217.14 |
|
第5年 |
1093.0 |
81.97 |
53.28 |
270.42 |
|
第6年 |
1084.8 |
81.36 |
52.88 |
323.31 |
|
第7年 |
1076.5 |
80.74 |
52.48 |
375.79 |
|
第8年 |
1068.3 |
80.12 |
52.08 |
427.87 |
|
第9年 |
1060.1 |
79.51 |
51.68 |
479.55 |
|
第10年 |
1051.9 |
78.89 |
51.28 |
530.83 |
|
第11年 |
1043.7 |
78.27 |
50.88 |
581.71 |
|
第12年 |
1035.4 |
77.66 |
50.48 |
632.19 |
|
第13年 |
1027.2 |
77.04 |
50.08 |
682.26 |
|
第14年 |
1019.0 |
76.43 |
49.68 |
731.94 |
|
第15年 |
1010.8 |
75.81 |
49.28 |
781.22 |
|
第16年 |
1002.6 |
75.19 |
48.87 |
830.09 |
|
第17年 |
994.3 |
74.58 |
48.47 |
878.56 |
|
第18年 |
986.1 |
73.96 |
48.07 |
926.64 |
|
第19年 |
977.9 |
73.34 |
47.67 |
974.31 |
|
第20年 |
969.7 |
72.73 |
47.27 |
1021.58 |
|
第21年 |
961.5 |
72.11 |
46.87 |
1068.45 |
|
第22年 |
953.2 |
71.49 |
46.47 |
1114.92 |
|
第23年 |
945.0 |
70.88 |
46.07 |
1160.99 |
|
第24年 |
936.8 |
70.26 |
45.67 |
1206.66 |
|
第25年 |
928.6 |
69.64 |
45.27 |
1251.93 |
|
25年平均 |
1027.2 |
77.0 |
50.08 |
4.3节能减排
光伏发电是一种清洁能源，与火电相比，可节约大量的煤炭或油气资源，有利于环境保护。同时，太阳能是取之不竭用之不尽的可再生能源，早开发早受益。
本项目具有十分突出的环境效益。光伏发电不消耗化石燃料，无二氧化碳、二氧化硫等有害气体的排放，节约水资源，同时减少相应的废水和温排水等对水环境的污染，清洁干净，环境效益良好，取代任何化石能源发电的环境效益都是巨大的。
光伏电站的建设替代了燃煤电厂的建设，将大大减少对周围环境的污染，还可起到利用可再生自然资源、节约不可再生的化石能源及保护生态环境的作用。
|
节能减排效益分析 |
|||||
|
发电量（万度） |
标准煤 |
二氧化碳排 |
硫氧化物 |
氮氧化物 |
|
|
25年总发电量 |
1926.04 |
5874.43 |
15677.98 |
119.41 |
40.45 |
|
25年年均发电量 |
77.04 |
234.98 |
627.12 |
4.78 |
1.62 |
5 案例
某采油厂智慧能源项目。
某油井现场，光伏系统容量80.48kW。
某油井现场，光伏系统容量25.92kW。
唐山市某村25.5kW光伏发电系统（彩钢）
邯郸大名某公司6MW光伏发电项目（彩钢）
河北省某高速收费站管理处330kW光伏发电项目（平顶、彩钢+防水车棚）
河北省某高速收费站管理处330kW光伏发电项目（防水车棚）
邢台市临城县黄蜡沟村300kW村级电站
