廠房建筑光伏發(fā)電示范項目

皇明潔能控股有限公司

2009年12月廠房建筑光伏發(fā)電示范項目

技術(shù)方案一、項目概況二、廠房建筑光伏設(shè)計思路三、社會效益分析一、項目概況1、本項目安裝位置為廠房屋頂；2、建筑占地面積：10000m2，在屋頂結(jié)合建筑情況安裝光伏發(fā)電系統(tǒng)。3、太陽電池組件與建筑結(jié)合的方式要求兼具功能性、觀賞性。二、廠房建筑光伏設(shè)計思路1、光伏發(fā)電與建筑結(jié)合的方式（BIPV和BAPV）BIPV建筑集成光伏BAPV建筑附加光伏安裝方式附加的特性：1太陽電池與建筑結(jié)合后還具有最為重要的特性————發(fā)電。2傳統(tǒng)的建筑材料被太陽電池組件替代后還具有獨特的光學(xué)效果。太陽電池組件延廠房屋頂平鋪安裝組件安裝方式：用自攻自鉆螺栓（或長螺栓）或其它結(jié)構(gòu)件，把支架固定在屋頂支撐結(jié)構(gòu)上，并做好屋面防水。斜屋頂?shù)慕M件的一般平鋪在屋頂上。平屋頂（樓頂）半建筑結(jié)合應(yīng)用組件安裝方式：在屋頂采用生根或不生根筑起水泥條或水泥帶基礎(chǔ)，并在其中預(yù)埋地腳螺栓用于固定組件支架。太陽電池組件在廠房平屋頂支架式安裝2、光伏發(fā)電并網(wǎng)模式（低壓配電側(cè)和高壓輸電側(cè)并網(wǎng)）低壓配電側(cè)并網(wǎng)1、配電側(cè)并網(wǎng)的光伏發(fā)電處在負(fù)荷中心，可以起到消峰（PeakShaving）的作用，是“黃金電力”；2、在配電網(wǎng)接入不超過15-20%的光伏發(fā)電系統(tǒng)，不需要對電網(wǎng)進(jìn)行任何改造，也不存在電力送出（逆流）和電網(wǎng)能力的問題，對于電網(wǎng)公司僅僅是負(fù)荷管理；3、配電側(cè)并網(wǎng)的光伏發(fā)電的經(jīng)濟(jì)效益明顯，“自發(fā)自用”（NetMetering）運(yùn)行方式相當(dāng)于電力公司以銷售電價購買光伏電量，其價值0.5-1.5元/kWh;4、應(yīng)當(dāng)優(yōu)先發(fā)展配電側(cè)并網(wǎng)的或與建筑結(jié)合的，處于負(fù)荷中心的分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)。

每日辦公樓耗電曲線和太陽能光伏發(fā)電曲線的對比高壓輸電側(cè)并網(wǎng)1、在發(fā)電側(cè)并網(wǎng)；2、電流是單方向的；3、不能自發(fā)自用，需要給出“上網(wǎng)電價”，電網(wǎng)公司以高電價收購PV電量，用戶繳納常規(guī)低價電費。高壓輸電側(cè)并網(wǎng)系統(tǒng)組成高壓輸電側(cè)并網(wǎng)系統(tǒng)設(shè)備配置和選型太陽電池方陣接線箱直流配電逆變器交流配電箱式變壓器數(shù)據(jù)顯示和通信廠房建筑光伏示范項目建議采用 用戶配電側(cè)并網(wǎng)光伏發(fā)電電量就地使用，減少了大量的傳輸、變電損耗光伏發(fā)電容量占比不超過20%，不需要對電網(wǎng)進(jìn)行任何改造，也不存在電力送出（逆流）和電網(wǎng)能力的問題，經(jīng)濟(jì)效益明顯。

光伏配電系統(tǒng)圖運(yùn)行原理圖皇明并網(wǎng)光伏發(fā)電特點應(yīng)用最先進(jìn)的BIPV/BAPV技術(shù)系統(tǒng)配置優(yōu)化高可靠性高轉(zhuǎn)換效率高智能化系統(tǒng)配置優(yōu)化——并網(wǎng)光伏系統(tǒng)以全年發(fā)電量最大為設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)。皇明設(shè)計部門擁有先進(jìn)的系統(tǒng)設(shè)計軟件，數(shù)據(jù)庫中收集了全國各地近50年的氣象輻射資料作為設(shè)計依據(jù)。并網(wǎng)保護(hù)：防孤島、過壓、防雷……。高可靠性——保護(hù)功能齊全，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，故障率低。系統(tǒng)配置交、直流防雷器，保護(hù)設(shè)備免受雷擊損壞

電池組件為我公司精制產(chǎn)品，出廠前經(jīng)過太陽模擬器嚴(yán)格測試細(xì)分，避免了組件陣列間串、并聯(lián)造成的相互干擾，保障電池組件陣列功率最大化。高轉(zhuǎn)換效率——太陽能光電轉(zhuǎn)換效率高，高利用率系統(tǒng)由微電腦芯片和PC機(jī)實現(xiàn)智能化控制。具有故障自診斷功能，最大功率點跟蹤調(diào)節(jié)功能。高智能化——自適應(yīng)、易維護(hù)特殊設(shè)計

遮擋、占地計算、抗風(fēng)能力設(shè)計、系統(tǒng)的防雷接地太陽電池方陣間距計算計算當(dāng)太陽電池子陣前后安裝時的最小間距D。一般確定原則：冬至當(dāng)天早9：00至下午3：00太陽電池方陣不應(yīng)被遮擋。按照國家標(biāo)準(zhǔn)公式計算間距：當(dāng)光伏電站功率較大，需要前后排布太陽電池方陣，或當(dāng)太陽電池方陣附近有高達(dá)建筑物或樹木的情況下，需要計算建筑物或樹木的陰影，以確定方陣間的距離或太陽電池方陣與建筑物的距離。一般確定原則：冬至當(dāng)天早9：00至下午3：00太陽電池方陣不應(yīng)被遮擋。計算公式如下：太陽高度角的公式：sin

=sin

sin

+cos

cos

cos

太陽方位角的公式：sinβ=cos

sin

/cos

式中：

為當(dāng)?shù)鼐暥龋?/p>

為太陽赤緯，冬至日的太陽赤緯為-23.5度；

為時角，上午9:00的時角為45度。D=cosβ×L，L=H/tan

，

=arcsin(sin

sin

+cos

cos

cos

)太陽電池方陣抗風(fēng)能力設(shè)計

（依據(jù)：GB50009-2006建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范、GB50017-2003《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》）

1、需要計算受風(fēng)梁在受風(fēng)條件下的彎曲應(yīng)力和彎曲度；2、需要計算支撐臂在順風(fēng)條件下的壓曲強(qiáng)度和逆風(fēng)條件下的拉伸強(qiáng)度；3、需要計算在受風(fēng)條件下螺栓的剪切力（折斷力）的耐受強(qiáng)度。

Q：設(shè)計用風(fēng)壓（N/m2）

Aw：受風(fēng)面積（m2）

設(shè)計用風(fēng)壓Q：

Q=Qo

H

I

Qo：基準(zhǔn)風(fēng)壓

H：高度修正系數(shù)

I：

環(huán)境系數(shù)

I環(huán)境系數(shù)：

對風(fēng)無遮擋的空曠地帶：1.15

對風(fēng)有少量遮擋：

0.9

對風(fēng)有較大遮擋：

0.7H高度修正系數(shù)：太陽電池支架抗風(fēng)能力的設(shè)計風(fēng)壓荷載

太陽電池方陣支架結(jié)構(gòu)的設(shè)計要考慮風(fēng)壓荷載，防止因強(qiáng)風(fēng)導(dǎo)致普破壞。

作用于太陽電池陣列的風(fēng)壓荷載由下式計算：

W=Cw

Q

AwW：風(fēng)壓荷載（N）

Cw：風(fēng)荷載體型系數(shù)

風(fēng)荷載體型系數(shù)順風(fēng)方陣傾角逆風(fēng)0.79150.940.87301.181.06451.43風(fēng)壓高度修正系數(shù)距離地面高度地面粗糙度類別（m）ABCD51.171.000.740.62101.381.000.740.62151.521.140.740.62201.631.250.840.62301.801.421.000.62401.921.561.130.73502.031.671.250.84

Qo

基準(zhǔn)風(fēng)壓：基準(zhǔn)高度為10米

Qo=1/2

Vo2

：空氣密度（NS2/m4）

冬季空氣密度?。?.274（NS2/m4）Vo：地面10米處50年最大風(fēng)速（m/S）

取：42（m/S）太陽電池支架抗風(fēng)能力的設(shè)計1、受風(fēng)梁彎曲強(qiáng)度和彎曲度的計算

彎曲力矩M：M=WL2/8（Nm）W：單位長度上的風(fēng)壓（N/m）L：跨距長度（m）彎曲應(yīng)力P：P=M/Z（N/cm2）Z：角鋼的截面系數(shù)彎曲度A：A=（5Wt

L3）/（384

E

Im）（cm）Wt：受風(fēng)梁上的總風(fēng)壓（N）L：跨距長度（m）E：材料的縱向彈性系數(shù)（N/cm2）Im：橫截面二次力矩(cm4)2、支撐臂的壓曲荷載（順風(fēng)時）

歐拉公式計算支架所能承受的壓曲荷載：Pk=n

2

（E

Im）/L2(N)n：有支撐條件決定的系數(shù)，緊密無松動為1；Im：截面軸向二次力矩(cm4)；E：材料的縱向彈性系數(shù)（N/cm2）L：軸長（cm）總荷重（W+G）/2應(yīng)小于Pk。3、支撐臂的拉伸強(qiáng)度（逆風(fēng)時）拉伸張力B

（N/cm2）:B=W/AW：每根支撐梁所承受的風(fēng)壓（N）A：支撐臂的截面積（cm2）4、安裝螺栓的強(qiáng)度（逆風(fēng)時）

雖然有4只螺栓，但受理最大的是后面2根。所以有：螺栓最大折斷力

：

=1/2

W/A（N/cm2）W：總的逆向風(fēng)壓（N）A：螺栓截面積（cm2）設(shè)備的防雷和接地措施1：架設(shè)避雷針防止低空直擊雷措施2:太陽電池方陣支架可靠接地；措施3：太陽電池方陣接線箱內(nèi)，輸入、輸出處加裝防雷器，各機(jī)殼均可靠接地；措施4：機(jī)房設(shè)備需可靠接地。措施5：控制室進(jìn)、出線處均增設(shè)防雷隔離箱，內(nèi)裝防雷保安器，防止感應(yīng)雷；雷擊對電路板的損壞防雷措施可恢復(fù)的防雷器不可恢復(fù)的防雷器保護(hù)半徑：r=1.5h

與建筑結(jié)合的光伏系統(tǒng)的防雷和接地依據(jù)：《建筑物防雷設(shè)計規(guī)范GB50057-94》建筑物的防雷和接地已經(jīng)有標(biāo)準(zhǔn)，也已經(jīng)很完善。因此，在建筑物上安裝的光伏系統(tǒng)一般不單獨安裝避雷裝置。GB50057-94中規(guī)定：突出屋面的金屬物體可不裝接閃器，但應(yīng)和屋面防雷裝置相連；需要保護(hù)的突出屋面的飛金屬物體則需要裝接閃器。建筑物等級：一類建筑：儲存爆炸物、易燃物和其它受雷擊易造成巨大損失或傷亡的建筑；二類建筑：重要的政府機(jī)構(gòu)、博物館、檔案館、計算中心、通信中心等；三類建筑：一般公共建筑、辦公建筑、民居等。

大型并網(wǎng)光伏電站的防雷和接地接地裝置示意圖：1-接地體2-接地干線3-接地支線4-電氣設(shè)備34根據(jù)《工業(yè)與民用電力裝置的接地設(shè)計規(guī)程》《通信局（站）防雷與接地工程設(shè)計規(guī)程》，水平接地體為主，垂直接地體為輔。

接閃器只對機(jī)房。當(dāng)?shù)仄骄昀妆┤眨?5天以下屬于少雷區(qū)，接地電阻允許≤10歐姆。與土壤電阻率相關(guān)：土壤電阻率≤100歐姆.米，接地電阻≤5歐姆；土壤電阻率100-700歐姆.米，接地電阻≤10歐姆；土壤電阻率≤700歐姆.米，需增加10-20米輻射地網(wǎng)。防雷和接地等電位連接三、社會效益分析11月25日中國提出具有里程碑意義的碳減排目標(biāo)：到2020年我國單位國內(nèi)生產(chǎn)總值二氧化碳排放比2005年下降40％－45％，作為約束性指標(biāo)納入國民經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展中長期規(guī)劃，并制定相應(yīng)的國內(nèi)統(tǒng)計、監(jiān)測、考核辦法。太陽能光伏發(fā)電具有零排放、零噪音、永不枯竭等特點，建設(shè)光伏發(fā)電站具有顯著的環(huán)境效益。針對新能源或低碳經(jīng)濟(jì)的產(chǎn)業(yè)振興規(guī)劃有望于今年底明年初出臺，并有望于近期出臺更積極的新能源支持政策。根據(jù)國家氣象統(tǒng)計資料，結(jié)合太陽輻射量數(shù)據(jù)，每兆瓦并網(wǎng)發(fā)電項目全年可發(fā)清潔電量128.3萬kWh（德州地區(qū)）。按照25年使用算，全壽命期總發(fā)電量：128.3×25=3207.5萬度。相當(dāng)于：節(jié)省