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1、3MW屋顶分布式光伏发电项目系统总体方案设计及发电量计算1.1 系统总体方案1.1.1 设计原则设计时必须充分考虑光伏系统的高效性、先进性、成熟稳定性和展示性。在系统设计过程中，将严格遵循以下原则:高效性：本工程属于并网光伏电站，如果在25年内能够产生更多的电能将带来更多的利益，因此系统在较高的效率下运行十分必要。设计过程中应对系统进行优化，最大限度降低损耗，提高系统发电效率。先进性：光伏发电技术在国内属于新兴高新技术，在进行本工程系统设计的过程中，我们通过优化系统配置、优先选择国内先进的关键设备，实现智能控制，以保证系统的先进性。成熟稳定性：本工程所建设的光伏发电系统采用所发电量为“全额上网
2、”模式。本工程为并网光伏系统，系统通过1回IOkV线路并入电网，因此系统并网运行的成熟稳定性至关重要。本系统将采用先进成熟的技术与设备，结合完善的保护措施，以保证系统稳定并网运行。展示性：本项目是中型屋顶电站项目，光伏系统整体的运行数据，在控制区显示，将起到良好的展示效果，向观众直观展示绿色能源的有效利用，宣扬环保理念。1.1.2 设计概述根据本项目的建设规模、目前技术发展水平及建设场址布局，并综合考虑工程施工、以及电站的运行维护管理等方面，本项目总体技术设计采用“分块发电、集中并网方案”的“模块化”技术方案。本项目建设一个3MW分布式光伏电站，电站装机容量为3.135MWpo共含285WP组
3、件11000块，每22块组件为一串，需要50KTL组串式逆变器约63台，每6台逆变器接入一台交流汇流箱，共需交流汇流箱12台。太阳能光伏系统一般是将整个系统分为若干个发电分系统，本期容量3.135MWp光伏发电系统可采用3个L045MWp发电单元分别配备一台IOkV箱变，且布置多采用靠近道路或各个方阵发电单元的中间位置。电缆压降控制在2%以内。共设有1回IOkV集电线路并入电网。1.1.3 设计方案的特点(1)各个光伏发电单元系统之间没有直流和交流的直接电气联系，便于模块化设计和分步实施建设；(2)就近并网，降低损耗，提高效率；(3)局部故障检修时不影响整个系统的运行；(4)便于电网的投切和调
4、度；(5)方便运行维护。1.1.4 光伏电站系统组成本工程主要由光伏阵列、逆变升压、高压输配电、监控等几部分构成。1.2 光伏电站总平面布置组件安装在厂房屋顶，配电室位于厂区一楼。1.3 光伏系统设计设计依据(1) GB/T19939-2005光伏系统并网技术要求;(2) GB/T20046-2006光伏(PV)系统电网接口特性;(3) GB/T20513-2006光伏系统性能监测测量、数据交换和分析导则；(4) GB/T2297-1989太阳光伏能源系统术语；(5)SJT10460-1993太阳光伏能源系统图用图形符号;(6) SJ/T11127-1997光伏(PV)发电系统过电保护一导则；
5、(7) GB/T17478-2004低压直流电源设备的性能特性；(8) GB/T50064-2014交流电气装置的过电压保护和绝缘配合；(9) GB50065-2011交流电气装置接地设计规范；(10) GB/T16891.32-2008建筑物电气装置-特殊装置或场所的要求太阳能光伏(PV)电源供电系统；(11) GB12801-2008生产过程安全卫生要求总则;(12)国家电网公司光伏电站接入电网技术规定(试行);（13）V国能新能2014406号国家能源局关于进一步落实分布式光伏发电有关政策的通知1.4太阳能电池组件选型太阳能电池组件的选择应在技术成熟度高、运行可靠的前提下，结合电站周围的
6、自然环境、施工条件、交通运输的状况，选用行业内的主导太阳能电池组件类型。根据电站所在地的太阳能状况和所选用的太阳能电池组件类型，计算光伏电站的年发电量，选择综合指标最佳的太阳能电池组件。此外，根据国能新能2014406号国家能源局关于进一步落实分布式光伏发电有关政策的通知的要求，“加强光伏产品、光伏发电工程和建筑安装光伏发电设施的安全性评价和管理工作，对载荷校核、安装方式、抗风、防震、消防、避雷等要严格执行国家标准和工程规范。并网运行的光伏发电项目和享受各级政府补贴的非并网独立光伏发电项目，须采用经国家认监委批准的认证机构认证的光伏产品。本项目采购时需选用经国家认监委批准的认证机构认证的光伏产
7、品。141太阳能电池概述太阳能光伏系统中电池组件是重要的组成部分之一，是收集太阳能的基本单位。光伏电池主要有：多晶体硅电池、单晶硅电池、薄膜电池、聚光电池等。太阳电池技术性能比较受目前国内太阳电池市场的产业现状和技术发展情况影响，市场上主流太阳电池基本为晶硅类电池和薄膜类电池。a）晶体硅太阳电池单晶硅电池是发展最早，工艺技术也最为成熟的太阳电池，也是大规模生产的硅基太阳电池中，效率最高的电池，目前规模化生产的商用电池效率在19%20%,曾经长期占领最大的市场份额；规模化生产的商用多晶硅电池的转换效率目前在17%18%,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，但是生
8、产成本也较单晶硅太阳电池低，具有节约能源，节省硅原料的特点，易达到工艺成本和效率的平衡，目前已成为产量和市场占有率最IwJ的太阳电池。晶体硅电池片如图51,5-2所示:图5-1单晶硅硅片图5-2多晶硅硅片两种电池组件的外形结构如图5-3所示。单晶硅组件多晶硅组件图5-3电池组件外形结构图b）薄膜类太阳电池薄膜太阳能电池的优点在于弱光效应好，价格相对便宜；最大的缺点在于转换效率低，且有光感退化问题。其包括非晶硅薄膜太阳电池，硒锢铜和硫化镉薄膜电池，多晶硅薄膜电池等几种。在这几种薄膜电池中，最成熟的产品当属非晶硅薄膜太阳能电池，在世界上已经有多家公司在生产该种电池产品，其主要优点是成本低，制备方便
9、。但也存在缺点，即非晶硅电池的不稳定性，其光电转化效率会随着光照时间的延续而衰减，另外非晶硅薄膜太阳能电池的效率也比较低，一般在硒锢铜和硫化镉薄膜电池的效率较非晶硅薄膜电池高，成本较单晶硅电池低，并且易于大规模生产，还没有效率衰减问题，是非晶硅薄膜电池的一种较好替代品，在美国已经有一些公司开始建设这种电池的生产线。但是这种电池的原材料之一镉对环境有较强的污染，与发展太阳能电池的初衷相背离，而且硒、锢、碑等都是较稀有的金属，对这样电池的大规模生产起到了很大的制约作用。c）聚光光伏电池采用廉价的聚光系统将太阳光会聚到面积很小的高性能光伏电池上，一方面电池芯片单位面积接收的辐射功率密度大幅度地增加，
10、太阳电池光电转换效率得以提高；另一方面，对于给定的输出功率，可以大幅度降低太阳电池芯片的消耗，从而降低系统的成本。聚光光伏电池特点如下：节省芯片；重量比功率、面积比功率大；电流随聚光倍数线性升高；电压随聚光倍数对数增加（一定聚光倍数下）；效率高。太阳能聚光电池具有面积小、功率大、效率高的特点。虽然太阳能聚光电池具有突出的优点，但是，聚光电池必须采用跟踪系统才能发挥其优点。目前太阳能聚光电池没有得到广泛应用，其原因是太阳能聚光电池需要精确的跟踪太阳。精确跟踪系统技术有待提高，现有的跟踪系统价格高，故障率高。1.4.2太阳能电池种类选择现阶段紧紧围绕提高光电转换效率和降低生产成本两大目标，世界各国
11、均在进行各种新型太阳电池的研究开发工作。目前，晶硅类高效太阳电池和各类薄膜太阳电池是全球新型太阳电池研究开发的两大热点和重点。已进行商业化应用的单晶硅太阳电池、多晶硅太阳电池、非晶硅薄膜太阳电池、硅化镉薄膜太阳电池、铜锢钱硒薄膜太阳电池。太阳电池主要特性如表5-1所示。表5-1太阳电池主要特性种类类别单晶硅电池多晶硅电池非晶硅薄膜电池聚光电池电池组件转换效率1929%17-18%1112%31-40.7%功率温度系数-0.45%-0.39%-0.20%-0.15%对高温的敏感性最敏感最敏感不敏感较敏感技术成熟度最成熟最成熟较成熟较成熟优点转换效率高转换效率最,成本低于单品成本低,功率对温度不敏
12、感，弱光效应好转换效率最高硅缺点成本高,工艺复杂效率低于单晶硅转换效率较低,工艺复杂成本高,工艺复杂安装方式固定/跟踪固定/跟踪固定较多跟踪应用范围安装范围较广安装范围较广安装范围广，可安装在云层量较大地区直射光分量较大地区效率保证年限25252525中国应用案例多多较多不多根据上表可知，单晶硅、多晶硅太阳能电池由于制造技术成熟、产品性能稳定、使用寿命长、光电转化效率相对较高的特点，被广泛应用于大型并网光伏电站项目。非晶硅薄膜太阳电池由于其稳定性较差、光电转化效率相对较低（其发电效率大约只有晶体硅电池的一半）、使用寿命相对较短的原因，其在兆瓦级太阳能光伏电站的应用受到一定的限制。况且非晶硅薄膜
13、电池在国内产量很小，目前大规模生产的厂商较少。而磁化镉、铜锢硒电池则由于原材料剧毒或原材料稀缺性，其规模化生产受到限制。聚光光伏系统分类如下：采用水平单轴跟踪系统的线聚焦聚光光伏系统宜安装在低纬度且直射光分量较大地区；采用倾斜单轴跟踪系统的线聚焦聚光光伏系统宜安装在中、高纬度且直射光分量较大地区；点聚焦聚光光伏系统宜安装在直射光分量较大地区。不管安装在什么地方的聚光电池都受当地太阳能直射光分量、地理环境的影响，同时直射光分量的采集也受精确的跟踪系统制约。CPV组件的优势在于较高的转换效率，对于土地昂贵的地区，其成本可能较晶体硅组件有一定的降低，从而缩小与晶体硅组件的发电成本。根据目前的技术成熟
14、度，CPV的维护成本会高于晶体硅配套双轴跟踪器。现阶段应用范围局限于较中小规模的电站或试验站。光伏电站太阳能电池种类应选用技术成熟、转化效率较高、已规模化生产、市场供应充足且在国内有工程应用实例的太阳能电池组件作为光电转换的核心器件。因此，本工程选用晶硅类太阳能电池。晶硅类电池又分为单晶硅电池组件和多晶硅电池组件。两种组件最大的差别是单晶硅组件的光电转化效率略高于多晶硅组件，也就是相同功率的电池组件，单晶硅组件的面积小于多晶硅组件的面积。两种电池组件的电性能、寿命等重要指标相差不大，执行的标准也相同，但单晶硅组件的价格比多晶硅组件的价格高10%左右。在工程实际应用过程中，单晶硅和多晶硅电池都可
15、以选用。因此综合考虑上述因素，本工程拟选用单晶硅太阳能电池组件。1.4.3 电池组件的技术指标太阳能电池组件是太阳能光伏发电系统的核心部件，其各项参数指标的优劣直接影响着整个光伏发电系统的发电性能。表征太阳能电池组件性能的各项参数为：标准测试条件下组件峰值功率、最佳工作电流、最佳工作电压、短路电流、开路电压、最大系统电压、组件效率、短路电流温度系数、开路电压温度系数、峰值功率温度系数、输出功率公差等。1.4.4 电池组件的的选型太阳电池组件要求具有非常好的耐候性，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和廉价。根据分析计算，采用越大功率组件系统效率越高，且大功率组件安装快速、便捷；减少了设备的安装时间；减少了设备的安装材料；同时也减少了系统连线，降低线损。本项目规模较大，项目太阳电池组件的选型应该优先考虑效率较高的大功率电池组件，以降低造价并提高系统效率。太阳能电池组件的功率规格较多，从50Wp到3IOWp国内均有生产厂商生产，且产品应用
