廠房屋頂分布式光伏發(fā)電工程技術(shù)可行性分析

1、廠房屋頂分布式光伏發(fā)電工程技術(shù)可行性分析系統(tǒng)設(shè)計方案設(shè)想將在以下幾個方面來闡述：² 光伏方陣及結(jié)構(gòu)本次工程光伏組件選型及性能，及組件安裝方式的認定各建筑安裝結(jié)構(gòu)方案。² 系統(tǒng)主要設(shè)備包括逆變器、防雷匯流箱、直流配電箱設(shè)備選型及配合。² 系統(tǒng)主電路系統(tǒng)功率認定和系統(tǒng)主電路構(gòu)成。² 光伏電場監(jiān)控系統(tǒng)光伏發(fā)電場監(jiān)控系統(tǒng)，監(jiān)控顯示方案構(gòu)建。² 系統(tǒng)主要設(shè)備材料清單項目主要設(shè)備材料清單列表。² 防雷接地系統(tǒng)直接雷防護及感應(yīng)雷防護，系統(tǒng)接地保護系統(tǒng)。1.1光伏方陣及結(jié)構(gòu)1）太陽能組件在市面上出售的各種太陽能電池中晶體硅太陽能電池組件技術(shù)成熟，且產(chǎn)

2、品性能穩(wěn)定，使用壽命長。商用的太陽能電池組件中，單晶硅組件轉(zhuǎn)換效率最高，多晶硅其次，但兩者相差不大；晶體硅電池組件故障率極低，運行維護最為簡單；使用晶體硅光伏組件安裝簡單方便，布置緊湊，可節(jié)約場地，使用壽命期較長，25年。因此，本工程擬選用常州天合生產(chǎn)的成熟可靠的TSM-250PC05A型多晶組件。電池組件詳細技術(shù)參數(shù)見表5-1：表5-1太陽能電池組件技術(shù)參數(shù)表太陽電池種類多晶硅電池太陽電池生產(chǎn)廠家常州天合光能有限公司太陽電池組件生產(chǎn)廠家常州天合光能有限公司太陽電池組件型號TSM-250PC05A指標單位數(shù)據(jù)峰值功率Wp250(0+3%)開路電壓（Voc）V37.8短路電流（Isc）A8.9工

3、作電壓（Vmppt）V30.5工作電流（Imppt）A8.2尺寸（薄邊框）mm1650×992×26安裝尺寸mm990×941重量kg14.5峰值功率溫度系數(shù)%/K-0.41開路電壓溫度系數(shù)%/K-0.32短路電流溫度系數(shù)%/K0.0532)方陣安裝傾角及間距常州市處于31°09-32°04、東經(jīng)119°08-120°12。本項目的光伏組件全部采用固定式安裝方式。選擇合適的組件安裝傾角，將使并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)具有較好的全年發(fā)電量。一般情況下，組件的安裝傾角選擇等于或在緯度附近值，系統(tǒng)全年發(fā)電量較好。根據(jù)經(jīng)驗和模擬的結(jié)果，本項目組件

4、選擇了25°安裝傾角。合適的光伏方陣間距才能避免發(fā)電量的損失，一般情況下，光伏方陣的安裝要求，每年冬至日的上午九點到下午三點之間，前排方陣不會遮擋后排方陣的直射陽光。如下圖5-1所示：圖5-1方陣陰影示意圖方陣間距的計算公式為：D=0.707H/tanrcsin(0.648cos?-0.399sin?)式中：H為前排方陣高度（或遮擋物）?為當?shù)鼐暥雀鶕?jù)常州的緯度計算獲得，間距倍率為1.987（H高度的）。方陣的高度與方陣的布置方案有關(guān)。項目將大部分采用單行組件豎向布置的方布置方案。TSM-250PC05A組件的外形尺寸為1650mm*992mm*46mm。單行方陣前后間距為1395m

5、m，如下圖所示：圖5-2方陣前后間距示意圖3）方陣安裝結(jié)構(gòu)平屋頂平屋頂為預(yù)應(yīng)力屋面，有較好的承載能力，經(jīng)與原建筑設(shè)計單位初步復(fù)核，可在屋面現(xiàn)澆筑水泥墩，后安裝光伏方陣。安裝過程中要求單行方陣高度一致（方陣東西方向高度一致）。屋面水泥墩設(shè)計主要考慮以下因素：方陣布置為四行方式，考慮安裝方陣后給建筑增加了荷載，因此水泥墩自身不能過重，以免給局部連接點增加荷載過多；充分考慮水泥墩的固定連接方案，防止方陣在最大風(fēng)力下可能出現(xiàn)的滑動、側(cè)翻等；制作過程中水泥墩要直接從屋面板生根，不能在保溫層上部生根制作，以使水泥墩有更強固著力；水泥墩底部放入鋼筋以防止后期打化學(xué)錨栓的過程中出現(xiàn)水泥墩開裂；及時補做防水材料

6、。在方陣周圍要求留有足夠的維護維修通道。因屋面沿中間的分水線呈3%的兩個散水坡，制作水泥墩的過程中，要求相鄰的三列水泥墩頂部保持在一個水平面，并重復(fù)循環(huán)，以降低后續(xù)施工難度。屋面靠北最后一排的方陣與前面的方陣有區(qū)別，為兩行布置方式，因此最后一排方陣具有三排水泥墩。支架采用可調(diào)輕鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計，采用穩(wěn)定三角支撐結(jié)構(gòu)，前后立桿采用化學(xué)錨栓與水泥墩錨固。所有支架熱浸鍍鋅防銹防腐處理，強度要求滿足GB50009-2001建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范。圖5-3平屋頂安裝示意圖彩鋼瓦頂采用目前較先進的彩鋼瓦屋面光伏陣列安裝技術(shù)直接在彩鋼瓦使用夾具安裝。這種安裝方式示意圖如圖5-4所示，其相對傳統(tǒng)彩鋼板屋頂項目安裝方式具有

7、如下優(yōu)勢：優(yōu)點1：無需打穿屋頂結(jié)構(gòu)，100%防漏：優(yōu)點2：專業(yè)的模具設(shè)計，讓夾具與彩鋼板波峰完美結(jié)合，最大限度節(jié)省材料，相對傳統(tǒng)安裝方式節(jié)約多35%鋼材用量優(yōu)點3：使用鋼材量，荷載降低，對工程結(jié)構(gòu)荷載要求低，同時產(chǎn)品經(jīng)過專業(yè)人員力學(xué)驗算，軟件模擬及第三方機構(gòu)的受力測試，力學(xué)性能保證，全鋁型材設(shè)計，25年質(zhì)量保證，美觀實用優(yōu)點4：100%環(huán)保，可循環(huán)使用，安裝簡單方便快捷，相對傳統(tǒng)安裝方式施工時間、成本節(jié)約一半左右屋面水泥墩設(shè)計施工主要考慮以下因素：首先屋面修設(shè)木板或竹板施工棧道，避免材料二次搬運直接踩踏在屋面板上，導(dǎo)致屋面板變形，密封膠脫開而漏水；明確原屋面結(jié)構(gòu)檁條的位置，彈墨線標識出具體位置

8、；施工人員在屋面上行走，必須穿絕緣軟底鞋，走波谷，每天必須清除屋面板上雜物，防止銹蝕和劃傷屋面板。所有需要敷設(shè)密封膏的位置不得有遺漏。屋面外板安裝完畢后，清除屋面全部雜物、鐵屑，如發(fā)現(xiàn)屋面板涂層劃傷，須用彩板專用修補漆進行修補。拉鉚釘及自攻螺釘如發(fā)生空釘，應(yīng)隨時用鉚釘和密封膏補牢，橡膠墊圈不能損壞。圖5-4彩鋼瓦屋面安裝示意圖1.2建筑荷載分析1）鋼結(jié)構(gòu)彩鋼瓦屋面荷載驗算廠區(qū)彩鋼瓦屋面全部為鋼結(jié)構(gòu)，根據(jù)上述彩鋼瓦屋面組件安裝方案，組件、支架和夾具的安裝增加原有屋面的恒荷載。組件尺寸為1.65m×0.992m，重量為14.5kg，支架和夾具約1.5kg?？傇黾雍奢d為16kg/m2，約0

9、.1KN/M2。載荷原設(shè)計屋面恒載0.25KN/M2，現(xiàn)增加屋面荷載（恒載）0.1KN/M2，按0.35KN/M2校核鋼檁條和鋼梁，（活載按0.5KN/M2）滿足使用要求，配筋包絡(luò)和鋼結(jié)構(gòu)應(yīng)力比圖如圖5-5。校核計算書詳見附件7。圖5-5配筋包絡(luò)和鋼結(jié)構(gòu)應(yīng)力比圖鋼結(jié)構(gòu)應(yīng)力比圖說明：柱左：強度計算應(yīng)力比右上：平面內(nèi)穩(wěn)定應(yīng)力比（對應(yīng)長細比）右下：平面外穩(wěn)定應(yīng)力比（對應(yīng)長細比）梁左上：上翼緣受拉時截面最大應(yīng)力比右上：梁整體穩(wěn)定應(yīng)力比（0表示沒有計算）左下：下翼緣受拉時截面最大應(yīng)力比右下：剪應(yīng)力比2）鋼筋砼屋面荷載驗算根據(jù)上述彩鋼瓦屋面組件安裝方案，組件、支架、夾具及混凝土的安裝增加原有屋面的恒荷載。

10、組件尺寸為1.65m×0.992m，重量為14.5kg，支架和夾具約1.5kg，單個混凝土重約265kg，供四塊組件使用?？傇黾雍奢d約為50kg/m2，即0.5KN/M2。原設(shè)計屋面活載2KN/M2，按上人屋面考慮，先增加屋面荷載（恒載）0.5KN/M2，但屋面活載按0.5KN/M2（不上人）考慮，總荷載減少1.0KN/M2，經(jīng)校核能滿足使用要求。1.2系統(tǒng)主要設(shè)備1）逆變器一般情況下，單臺逆變器容量越大，轉(zhuǎn)換效率越高。大型逆變器具有效率和價格上的優(yōu)勢。但在實際使用中，逆變器的選用并不是容量越大越好，還要考慮安裝條件、電網(wǎng)條件以及與光伏方陣匹配等多種因素。具體要求如下：逆變器的選擇必

11、須與光伏方陣的優(yōu)化匹配結(jié)合，才能獲得較高的系統(tǒng)效率；安裝條件：選擇適合現(xiàn)場條件和要求的逆變器在上述兩條的基礎(chǔ)上，盡量選擇大容量，高轉(zhuǎn)換效率的逆變器。技術(shù)先進、性能穩(wěn)定可靠、價格低廉。本項目將配置多種逆變器，該平臺將成為一個系統(tǒng)整合多種逆變器技術(shù)試驗平臺，為后續(xù)規(guī)模化推廣同類項目提供設(shè)計參考數(shù)據(jù)，也為同類項目實施積累經(jīng)驗。本系統(tǒng)為多種逆變器試驗平臺（同一廠家不同規(guī)格產(chǎn)品）。并網(wǎng)逆變器是太陽能發(fā)電系統(tǒng)中的關(guān)鍵設(shè)備。并網(wǎng)逆變器的品質(zhì)好壞直接影響系統(tǒng)的運行效果；并網(wǎng)逆變器的效率高低，直接影響系統(tǒng)的發(fā)電量。根據(jù)對該產(chǎn)品的市場調(diào)研，以及支持本土和國內(nèi)光伏技術(shù)的發(fā)展總指導(dǎo)原則，本工程分別根據(jù)項目屋頂裝機容量

12、。擬選用合肥陽光電源有限公司的SG100K3SG500K3并網(wǎng)逆變器，其主要技術(shù)參數(shù)見表5-2：表5-2合肥陽光逆變器參數(shù)概表直流側(cè)參數(shù)最大直流電壓880Vdc最大功率電壓跟蹤范圍450820Vdc最大直流功率30500kWp最大輸入電流1501200A最大輸入路數(shù)6交流側(cè)參數(shù)額定輸出功率30500kW額定電網(wǎng)電壓400Vac允許電網(wǎng)電壓310450Vac額定電網(wǎng)頻率50Hz/60Hz允許電網(wǎng)頻率4751.5Hz/5761.5Hz總電流波形畸變率<3%(額定功率)功率因數(shù)0.99（額定功率）系統(tǒng)最大效率97.3%（含變壓器）歐洲效率96.7%（含變壓器）防護等級IP20（室內(nèi)）夜間自耗電

13、<30W允許環(huán)境溫度-25+55冷卻方式風(fēng)冷允許相對濕度095%,無冷凝允許最高海拔6000米顯示與通訊顯示LCD標準通訊方式RS485可選通訊方式以太網(wǎng)/GPRS機械參數(shù)外形尺寸（寬x高x深）1020x1964x770mm重量900kg2）項目規(guī)劃與逆變器的匹配光伏發(fā)電系統(tǒng)的設(shè)計過程中，在電氣上需將系統(tǒng)分為多個獨立的發(fā)電單元，以便于設(shè)計規(guī)劃、建設(shè)施工、后續(xù)維護，更利于提高系統(tǒng)性能。發(fā)電單元的劃分需與光伏方陣現(xiàn)場安裝結(jié)合考慮，原則上單元劃分根據(jù)方陣布局，方陣的布局配合電氣單元劃分。項目中各棟建筑位置和安裝面積已經(jīng)確定，建筑所處位置分散，因此難以選擇集中式中大型地面的大型逆變器，選擇大型逆

14、變器會因為電纜長度差異大而使效率損失；各區(qū)廠房逆變器配置如下表所示：表5-3分區(qū)逆變器配置表廠區(qū)名稱廠房數(shù)廠房名稱裝機容量（W）30KW50KW100KW250KW500KW配置逆變器容量(KW)常州*廠房機械有限公司1二分廠1,000,000210002技術(shù)質(zhì)量大樓（新）90,00011803辦公樓（兩部分）115,00011004中小件分廠1,000,000210005大件分廠1,000,000210006廠11,125,00011211307廠2700,000217008廠3375,0001113809連鑄加工車間400,00011140010大型裝配廠房700,0002170011軸承

15、座加工中心機械加工特區(qū)375,00011138012連珠設(shè)備裝配車間750,0001175013空壓機房105,000110014制造事業(yè)部鑄鋼車間225,0001223015中小件分廠堆焊和輥裝配325,0001135016制造事業(yè)部45,00015017制管工具事業(yè)部機加工車間350,0001135018制管工具事業(yè)部鑄鐵車間500,000150019熱處理廠1300,0001130020熱處理廠2250,000125021廠4150,0001115022機電倉庫120,0001100項目總計4516812100003）直流防雷匯流箱并網(wǎng)系統(tǒng)防雷匯流箱應(yīng)用原理基本一致，常用產(chǎn)品有六進一出、

16、八進一出、十六進一出。本項目根據(jù)各屋頂容量選擇防雷匯流箱。以減少接入組件數(shù)量，減少組件組串連接電纜損耗原則進行選擇。防雷匯流箱的主要特點：不銹鋼外殼，滿足室外安裝的使用要求；每路配10A,1000Vdc保險絲；配有光伏專用高壓防雷器，正極負極都具備防雷功能；采用正負極分別串聯(lián)的四極斷路器提高直流耐壓值。本項目采用的防雷匯流箱直接安裝于各方陣支架后部。4）直流防雷配電柜直流防雷配電柜安裝在機房逆變器旁。直流配電柜主要是將匯流箱輸出的直流電進行二次匯流，再接至并網(wǎng)逆變器。該配電柜含有直流輸入斷路器、輸出斷路器、光伏防雷器。方便操作和維護。本項目共采用的直流防雷配電箱，每臺直流柜對應(yīng)輸入一臺并網(wǎng)逆變

17、器，其主要特點：規(guī)格：10kW500kW簡化并減少系統(tǒng)布線操作簡單維護方便提高系統(tǒng)可靠性、安全性選用ABB斷路器，魏德米勒防雷器等高品質(zhì)器件1.3系統(tǒng)主電路項目在實際設(shè)計過程中，根據(jù)已經(jīng)確定的組件安裝方式及建筑樓頂安裝面積，經(jīng)過現(xiàn)場確認安裝范圍，結(jié)合現(xiàn)場實際勘察結(jié)果，各建筑的裝機功率如表5-3。根據(jù)電氣布局及場區(qū)布局結(jié)合的需要，逆變器的配置是根據(jù)場區(qū)布局的劃分，即根據(jù)各分區(qū)組件安裝功率來配置逆變器的數(shù)量及總功率。逆變器與組件的組串匹配主要是為了電壓匹配，根據(jù)逆變器的技術(shù)數(shù)據(jù)，此次使用的逆變器的MPP電壓范圍普遍在450Vdc800Vdc之間，最大直流電壓為880Vdc以上?，綜合考慮逆變器其它

18、各項特點、天合光能組件特點、環(huán)境特點，選定每串組件的串聯(lián)數(shù)量為20塊TSM-250PC05A串聯(lián)連接。根據(jù)建筑的安裝要求及組串數(shù)量要求，將每棟建筑安裝的組件數(shù)量確定為組串數(shù)量的整數(shù)倍，以減少組串電纜數(shù)量和組串電能損耗。逆變器的配置是根據(jù)場區(qū)布局分區(qū)的匹配的，各分區(qū)配置的逆變器功率與分區(qū)內(nèi)方陣功率較好匹配，才能保證穩(wěn)定運行，并不致造成過剩浪費。數(shù)據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)是指通過安裝數(shù)據(jù)計量和采集裝置，同時對采集到的生產(chǎn)數(shù)據(jù)進行加工處理，并由專業(yè)的軟件進行展示和監(jiān)控、分析，而且采用遠程數(shù)據(jù)傳輸手段，將數(shù)據(jù)實時、在線上傳給國網(wǎng)電科院數(shù)據(jù)中心，數(shù)據(jù)中心是接收示范項目上傳的監(jiān)控數(shù)據(jù)，并進行匯總、分析和展示等。光伏電站

19、數(shù)據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)由數(shù)據(jù)采集單元、內(nèi)網(wǎng)、服務(wù)器、操作站等組成。數(shù)據(jù)采集單元采集逆變器、環(huán)境監(jiān)測儀、多功能儀表和電能質(zhì)量監(jiān)測儀的數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)通過企業(yè)內(nèi)部劃分網(wǎng)段的網(wǎng)絡(luò)與服務(wù)器進行通信，數(shù)據(jù)保存在服務(wù)器中。通過操作站可以對監(jiān)控數(shù)據(jù)進行遠程監(jiān)控和分析。圖5-6監(jiān)控系統(tǒng)示意圖1.5系統(tǒng)主要設(shè)備材料清單項目主要設(shè)備材料清單列表。表5-4項目配置表序號名稱型號及規(guī)格單位數(shù)量1太陽能組件TSM-250PC05AW100000002太陽能組件安裝支架及平屋面方陣基礎(chǔ)工程熱浸鍍鋅鋼支架/鋁型材彩鋼瓦支架項13逆變器根據(jù)各屋頂配置容量項14直流防雷匯流箱及配電柜根據(jù)各屋頂配置容量項15交流配電柜根據(jù)各屋頂配置容量項16升壓每個區(qū)域1套項17監(jiān)控顯示系統(tǒng)含整個項目監(jiān)控顯示系統(tǒng)及氣象站項18電纜各種型號項19輔材金屬橋架、連接器、接線端子、線管等項11.6防雷接地系統(tǒng)對于與建筑結(jié)合安裝的光伏發(fā)電系統(tǒng)，不做單獨的接地系統(tǒng)。按照建筑設(shè)計要求，每棟建筑都有可靠的聯(lián)合接地體，接地電阻1。光伏系統(tǒng)的接地直接使用建筑聯(lián)合接地體。雷電分為感應(yīng)雷和直接雷，按發(fā)生的時期分為夏季雷和冬季雷。直接雷是指直接落到太陽能電池陣列、低壓配電線路、電氣設(shè)備以及在其旁的雷擊。直